git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/aptx.h

   1 /*
   2  * Audio Processing Technology codec for Bluetooth (aptX)
   3  *
   4  * Copyright (C) 2017  Aurelien Jacobs <aurel@gnuage.org>
   5  *
   6  * This file is part of FFmpeg.
   7  *
   8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  10  * License as published by the Free Software Foundation; either
  11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * Lesser General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  21  */
  22
  23 #ifndef AVCODEC_APTX_H
  24 #define AVCODEC_APTX_H
  25
  26 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  27 #include "avcodec.h"
  28 #include "internal.h"
  29 #include "mathops.h"
  30 #include "audio_frame_queue.h"
  31
  32
  33 enum channels {
  34     LEFT,
  35     RIGHT,
  36     NB_CHANNELS
  37 };
  38
  39 enum subbands {
  40     LF,  // Low Frequency (0-5.5 kHz)
  41     MLF, // Medium-Low Frequency (5.5-11kHz)
  42     MHF, // Medium-High Frequency (11-16.5kHz)
  43     HF,  // High Frequency (16.5-22kHz)
  44     NB_SUBBANDS
  45 };
  46
  47 #define NB_FILTERS 2
  48 #define FILTER_TAPS 16
  49
  50 typedef struct {
  51     int pos;
  52     int32_t buffer[2*FILTER_TAPS];
  53 } FilterSignal;
  54
  55 typedef struct {
  56     FilterSignal outer_filter_signal[NB_FILTERS];
  57     FilterSignal inner_filter_signal[NB_FILTERS][NB_FILTERS];
  58 } QMFAnalysis;
  59
  60 typedef struct {
  61     int32_t quantized_sample;
  62     int32_t quantized_sample_parity_change;
  63     int32_t error;
  64 } Quantize;
  65
  66 typedef struct {
  67     int32_t quantization_factor;
  68     int32_t factor_select;
  69     int32_t reconstructed_difference;
  70 } InvertQuantize;
  71
  72 typedef struct {
  73     int32_t prev_sign[2];
  74     int32_t s_weight[2];
  75     int32_t d_weight[24];
  76     int32_t pos;
  77     int32_t reconstructed_differences[48];
  78     int32_t previous_reconstructed_sample;
  79     int32_t predicted_difference;
  80     int32_t predicted_sample;
  81 } Prediction;
  82
  83 typedef struct {
  84     int32_t codeword_history;
  85     int32_t dither_parity;
  86     int32_t dither[NB_SUBBANDS];
  87
  88     QMFAnalysis qmf;
  89     Quantize quantize[NB_SUBBANDS];
  90     InvertQuantize invert_quantize[NB_SUBBANDS];
  91     Prediction prediction[NB_SUBBANDS];
  92 } Channel;
  93
  94 typedef struct {
  95     int hd;
  96     int block_size;
  97     int32_t sync_idx;
  98     Channel channels[NB_CHANNELS];
  99     AudioFrameQueue afq;
 100 } AptXContext;
 101
 102 typedef const struct {
 103     const int32_t *quantize_intervals;
 104     const int32_t *invert_quantize_dither_factors;
 105     const int32_t *quantize_dither_factors;
 106     const int16_t *quantize_factor_select_offset;
 107     int tables_size;
 108     int32_t factor_max;
 109     int32_t prediction_order;
 110 } ConstTables;
 111
 112 extern ConstTables ff_aptx_quant_tables[2][NB_SUBBANDS];
 113
 114 /* Rounded right shift with optionnal clipping */
 115 #define RSHIFT_SIZE(size)                                                     \
 116 av_always_inline                                                              \
 117 static int##size##_t rshift##size(int##size##_t value, int shift)             \
 118 {                                                                             \
 119     int##size##_t rounding = (int##size##_t)1 << (shift - 1);                 \
 120     int##size##_t mask = ((int##size##_t)1 << (shift + 1)) - 1;               \
 121     return ((value + rounding) >> shift) - ((value & mask) == rounding);      \
 122 }                                                                             \
 123 av_always_inline                                                              \
 124 static int##size##_t rshift##size##_clip24(int##size##_t value, int shift)    \
 125 {                                                                             \
 126     return av_clip_intp2(rshift##size(value, shift), 23);                     \
 127 }
 128 RSHIFT_SIZE(32)
 129 RSHIFT_SIZE(64)
 130
 131 /*
 132  * Convolution filter coefficients for the outer QMF of the QMF tree.
 133  * The 2 sets are a mirror of each other.
 134  */
 135 static const int32_t aptx_qmf_outer_coeffs[NB_FILTERS][FILTER_TAPS] = {
 136     {
 137         730, -413, -9611, 43626, -121026, 269973, -585547, 2801966,
 138         697128, -160481, 27611, 8478, -10043, 3511, 688, -897,
 139     },
 140     {
 141         -897, 688, 3511, -10043, 8478, 27611, -160481, 697128,
 142         2801966, -585547, 269973, -121026, 43626, -9611, -413, 730,
 143     },
 144 };
 145
 146 /*
 147  * Convolution filter coefficients for the inner QMF of the QMF tree.
 148  * The 2 sets are a mirror of each other.
 149  */
 150 static const int32_t aptx_qmf_inner_coeffs[NB_FILTERS][FILTER_TAPS] = {
 151     {
 152        1033, -584, -13592, 61697, -171156, 381799, -828088, 3962579,
 153        985888, -226954, 39048, 11990, -14203, 4966, 973, -1268,
 154     },
 155     {
 156       -1268, 973, 4966, -14203, 11990, 39048, -226954, 985888,
 157       3962579, -828088, 381799, -171156, 61697, -13592, -584, 1033,
 158     },
 159 };
 160
 161 /*
 162  * Push one sample into a circular signal buffer.
 163  */
 164 av_always_inline
 165 static void aptx_qmf_filter_signal_push(FilterSignal *signal, int32_t sample)
 166 {
 167     signal->buffer[signal->pos            ] = sample;
 168     signal->buffer[signal->pos+FILTER_TAPS] = sample;
 169     signal->pos = (signal->pos + 1) & (FILTER_TAPS - 1);
 170 }
 171
 172 /*
 173  * Compute the convolution of the signal with the coefficients, and reduce
 174  * to 24 bits by applying the specified right shifting.
 175  */
 176 av_always_inline
 177 static int32_t aptx_qmf_convolution(FilterSignal *signal,
 178                                     const int32_t coeffs[FILTER_TAPS],
 179                                     int shift)
 180 {
 181     int32_t *sig = &signal->buffer[signal->pos];
 182     int64_t e = 0;
 183     int i;
 184
 185     for (i = 0; i < FILTER_TAPS; i++)
 186         e += MUL64(sig[i], coeffs[i]);
 187
 188     return rshift64_clip24(e, shift);
 189 }
 190
 191 static inline int32_t aptx_quantized_parity(Channel *channel)
 192 {
 193     int32_t parity = channel->dither_parity;
 194     int subband;
 195
 196     for (subband = 0; subband < NB_SUBBANDS; subband++)
 197         parity ^= channel->quantize[subband].quantized_sample;
 198
 199     return parity & 1;
 200 }
 201
 202 /* For each sample, ensure that the parity of all subbands of all channels
 203  * is 0 except once every 8 samples where the parity is forced to 1. */
 204 static inline int aptx_check_parity(Channel channels[NB_CHANNELS], int32_t *idx)
 205 {
 206     int32_t parity = aptx_quantized_parity(&channels[LEFT])
 207                    ^ aptx_quantized_parity(&channels[RIGHT]);
 208
 209     int eighth = *idx == 7;
 210     *idx = (*idx + 1) & 7;
 211
 212     return parity ^ eighth;
 213 }
 214
 215 void ff_aptx_invert_quantize_and_prediction(Channel *channel, int hd);
 216 void ff_aptx_generate_dither(Channel *channel);
 217
 218 int ff_aptx_init(AVCodecContext *avctx);
 219
 220 #endif /* AVCODEC_APTX_H */