git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/atrac1.c

   1 /*
   2  * ATRAC1 compatible decoder
   3  * Copyright (c) 2009 Maxim Poliakovski
   4  * Copyright (c) 2009 Benjamin Larsson
   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 /**
  24  * @file
  25  * ATRAC1 compatible decoder.
  26  * This decoder handles raw ATRAC1 data and probably SDDS data.
  27  */
  28
  29 /* Many thanks to Tim Craig for all the help! */
  30
  31 #include <math.h>
  32 #include <stddef.h>
  33 #include <stdio.h>
  34
  35 #include "libavutil/float_dsp.h"
  36 #include "libavutil/mem_internal.h"
  37
  38 #include "avcodec.h"
  39 #include "get_bits.h"
  40 #include "fft.h"
  41 #include "internal.h"
  42 #include "sinewin.h"
  43
  44 #include "atrac.h"
  45 #include "atrac1data.h"
  46
  47 #define AT1_MAX_BFU      52                 ///< max number of block floating units in a sound unit
  48 #define AT1_SU_SIZE      212                ///< number of bytes in a sound unit
  49 #define AT1_SU_SAMPLES   512                ///< number of samples in a sound unit
  50 #define AT1_FRAME_SIZE   AT1_SU_SIZE * 2
  51 #define AT1_SU_MAX_BITS  AT1_SU_SIZE * 8
  52 #define AT1_MAX_CHANNELS 2
  53
  54 #define AT1_QMF_BANDS    3
  55 #define IDX_LOW_BAND     0
  56 #define IDX_MID_BAND     1
  57 #define IDX_HIGH_BAND    2
  58
  59 /**
  60  * Sound unit struct, one unit is used per channel
  61  */
  62 typedef struct AT1SUCtx {
  63     int                 log2_block_count[AT1_QMF_BANDS];    ///< log2 number of blocks in a band
  64     int                 num_bfus;                           ///< number of Block Floating Units
  65     float*              spectrum[2];
  66     DECLARE_ALIGNED(32, float, spec1)[AT1_SU_SAMPLES];     ///< mdct buffer
  67     DECLARE_ALIGNED(32, float, spec2)[AT1_SU_SAMPLES];     ///< mdct buffer
  68     DECLARE_ALIGNED(32, float, fst_qmf_delay)[46];         ///< delay line for the 1st stacked QMF filter
  69     DECLARE_ALIGNED(32, float, snd_qmf_delay)[46];         ///< delay line for the 2nd stacked QMF filter
  70     DECLARE_ALIGNED(32, float, last_qmf_delay)[256+39];    ///< delay line for the last stacked QMF filter
  71 } AT1SUCtx;
  72
  73 /**
  74  * The atrac1 context, holds all needed parameters for decoding
  75  */
  76 typedef struct AT1Ctx {
  77     AT1SUCtx            SUs[AT1_MAX_CHANNELS];              ///< channel sound unit
  78     DECLARE_ALIGNED(32, float, spec)[AT1_SU_SAMPLES];      ///< the mdct spectrum buffer
  79
  80     DECLARE_ALIGNED(32, float,  low)[256];
  81     DECLARE_ALIGNED(32, float,  mid)[256];
  82     DECLARE_ALIGNED(32, float, high)[512];
  83     float*              bands[3];
  84     FFTContext          mdct_ctx[3];
  85     void (*vector_fmul_window)(float *dst, const float *src0,
  86                                const float *src1, const float *win, int len);
  87 } AT1Ctx;
  88
  89 /** size of the transform in samples in the long mode for each QMF band */
  90 static const uint16_t samples_per_band[3] = {128, 128, 256};
  91 static const uint8_t   mdct_long_nbits[3] = {7, 7, 8};
  92
  93
  94 static void at1_imdct(AT1Ctx *q, float *spec, float *out, int nbits,
  95                       int rev_spec)
  96 {
  97     FFTContext* mdct_context = &q->mdct_ctx[nbits - 5 - (nbits > 6)];
  98     int transf_size = 1 << nbits;
  99
 100     if (rev_spec) {
 101         int i;
 102         for (i = 0; i < transf_size / 2; i++)
 103             FFSWAP(float, spec[i], spec[transf_size - 1 - i]);
 104     }
 105     mdct_context->imdct_half(mdct_context, out, spec);
 106 }
 107
 108
 109 static int at1_imdct_block(AT1SUCtx* su, AT1Ctx *q)
 110 {
 111     int          band_num, band_samples, log2_block_count, nbits, num_blocks, block_size;
 112     unsigned int start_pos, ref_pos = 0, pos = 0;
 113
 114     for (band_num = 0; band_num < AT1_QMF_BANDS; band_num++) {
 115         float *prev_buf;
 116         int j;
 117
 118         band_samples = samples_per_band[band_num];
 119         log2_block_count = su->log2_block_count[band_num];
 120
 121         /* number of mdct blocks in the current QMF band: 1 - for long mode */
 122         /* 4 for short mode(low/middle bands) and 8 for short mode(high band)*/
 123         num_blocks = 1 << log2_block_count;
 124
 125         if (num_blocks == 1) {
 126             /* mdct block size in samples: 128 (long mode, low & mid bands), */
 127             /* 256 (long mode, high band) and 32 (short mode, all bands) */
 128             block_size = band_samples >> log2_block_count;
 129
 130             /* calc transform size in bits according to the block_size_mode */
 131             nbits = mdct_long_nbits[band_num] - log2_block_count;
 132
 133             if (nbits != 5 && nbits != 7 && nbits != 8)
 134                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 135         } else {
 136             block_size = 32;
 137             nbits = 5;
 138         }
 139
 140         start_pos = 0;
 141         prev_buf = &su->spectrum[1][ref_pos + band_samples - 16];
 142         for (j=0; j < num_blocks; j++) {
 143             at1_imdct(q, &q->spec[pos], &su->spectrum[0][ref_pos + start_pos], nbits, band_num);
 144
 145             /* overlap and window */
 146             q->vector_fmul_window(&q->bands[band_num][start_pos], prev_buf,
 147                                   &su->spectrum[0][ref_pos + start_pos], ff_sine_32, 16);
 148
 149             prev_buf = &su->spectrum[0][ref_pos+start_pos + 16];
 150             start_pos += block_size;
 151             pos += block_size;
 152         }
 153
 154         if (num_blocks == 1)
 155             memcpy(q->bands[band_num] + 32, &su->spectrum[0][ref_pos + 16], 240 * sizeof(float));
 156
 157         ref_pos += band_samples;
 158     }
 159
 160     /* Swap buffers so the mdct overlap works */
 161     FFSWAP(float*, su->spectrum[0], su->spectrum[1]);
 162
 163     return 0;
 164 }
 165
 166 /**
 167  * Parse the block size mode byte
 168  */
 169
 170 static int at1_parse_bsm(GetBitContext* gb, int log2_block_cnt[AT1_QMF_BANDS])
 171 {
 172     int log2_block_count_tmp, i;
 173
 174     for (i = 0; i < 2; i++) {
 175         /* low and mid band */
 176         log2_block_count_tmp = get_bits(gb, 2);
 177         if (log2_block_count_tmp & 1)
 178             return AVERROR_INVALIDDATA;
 179         log2_block_cnt[i] = 2 - log2_block_count_tmp;
 180     }
 181
 182     /* high band */
 183     log2_block_count_tmp = get_bits(gb, 2);
 184     if (log2_block_count_tmp != 0 && log2_block_count_tmp != 3)
 185         return AVERROR_INVALIDDATA;
 186     log2_block_cnt[IDX_HIGH_BAND] = 3 - log2_block_count_tmp;
 187
 188     skip_bits(gb, 2);
 189     return 0;
 190 }
 191
 192
 193 static int at1_unpack_dequant(GetBitContext* gb, AT1SUCtx* su,
 194                               float spec[AT1_SU_SAMPLES])
 195 {
 196     int bits_used, band_num, bfu_num, i;
 197     uint8_t idwls[AT1_MAX_BFU];                 ///< the word length indexes for each BFU
 198     uint8_t idsfs[AT1_MAX_BFU];                 ///< the scalefactor indexes for each BFU
 199
 200     /* parse the info byte (2nd byte) telling how much BFUs were coded */
 201     su->num_bfus = bfu_amount_tab1[get_bits(gb, 3)];
 202
 203     /* calc number of consumed bits:
 204         num_BFUs * (idwl(4bits) + idsf(6bits)) + log2_block_count(8bits) + info_byte(8bits)
 205         + info_byte_copy(8bits) + log2_block_count_copy(8bits) */
 206     bits_used = su->num_bfus * 10 + 32 +
 207                 bfu_amount_tab2[get_bits(gb, 2)] +
 208                 (bfu_amount_tab3[get_bits(gb, 3)] << 1);
 209
 210     /* get word length index (idwl) for each BFU */
 211     for (i = 0; i < su->num_bfus; i++)
 212         idwls[i] = get_bits(gb, 4);
 213
 214     /* get scalefactor index (idsf) for each BFU */
 215     for (i = 0; i < su->num_bfus; i++)
 216         idsfs[i] = get_bits(gb, 6);
 217
 218     /* zero idwl/idsf for empty BFUs */
 219     for (i = su->num_bfus; i < AT1_MAX_BFU; i++)
 220         idwls[i] = idsfs[i] = 0;
 221
 222     /* read in the spectral data and reconstruct MDCT spectrum of this channel */
 223     for (band_num = 0; band_num < AT1_QMF_BANDS; band_num++) {
 224         for (bfu_num = bfu_bands_t[band_num]; bfu_num < bfu_bands_t[band_num+1]; bfu_num++) {
 225             int pos;
 226
 227             int num_specs = specs_per_bfu[bfu_num];
 228             int word_len  = !!idwls[bfu_num] + idwls[bfu_num];
 229             float scale_factor = ff_atrac_sf_table[idsfs[bfu_num]];
 230             bits_used += word_len * num_specs; /* add number of bits consumed by current BFU */
 231
 232             /* check for bitstream overflow */
 233             if (bits_used > AT1_SU_MAX_BITS)
 234                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 235
 236             /* get the position of the 1st spec according to the block size mode */
 237             pos = su->log2_block_count[band_num] ? bfu_start_short[bfu_num] : bfu_start_long[bfu_num];
 238
 239             if (word_len) {
 240                 float   max_quant = 1.0 / (float)((1 << (word_len - 1)) - 1);
 241
 242                 for (i = 0; i < num_specs; i++) {
 243                     /* read in a quantized spec and convert it to
 244                      * signed int and then inverse quantization
 245                      */
 246                     spec[pos+i] = get_sbits(gb, word_len) * scale_factor * max_quant;
 247                 }
 248             } else { /* word_len = 0 -> empty BFU, zero all specs in the empty BFU */
 249                 memset(&spec[pos], 0, num_specs * sizeof(float));
 250             }
 251         }
 252     }
 253
 254     return 0;
 255 }
 256
 257
 258 static void at1_subband_synthesis(AT1Ctx *q, AT1SUCtx* su, float *pOut)
 259 {
 260     float temp[256];
 261     float iqmf_temp[512 + 46];
 262
 263     /* combine low and middle bands */
 264     ff_atrac_iqmf(q->bands[0], q->bands[1], 128, temp, su->fst_qmf_delay, iqmf_temp);
 265
 266     /* delay the signal of the high band by 39 samples */
 267     memcpy( su->last_qmf_delay,    &su->last_qmf_delay[256], sizeof(float) *  39);
 268     memcpy(&su->last_qmf_delay[39], q->bands[2],             sizeof(float) * 256);
 269
 270     /* combine (low + middle) and high bands */
 271     ff_atrac_iqmf(temp, su->last_qmf_delay, 256, pOut, su->snd_qmf_delay, iqmf_temp);
 272 }
 273
 274
 275 static int atrac1_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 276                                int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 277 {
 278     AVFrame *frame     = data;
 279     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 280     int buf_size       = avpkt->size;
 281     AT1Ctx *q          = avctx->priv_data;
 282     int ch, ret;
 283     GetBitContext gb;
 284
 285
 286     if (buf_size < 212 * avctx->channels) {
 287         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Not enough data to decode!\n");
 288         return AVERROR_INVALIDDATA;
 289     }
 290
 291     /* get output buffer */
 292     frame->nb_samples = AT1_SU_SAMPLES;
 293     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
 294         return ret;
 295
 296     for (ch = 0; ch < avctx->channels; ch++) {
 297         AT1SUCtx* su = &q->SUs[ch];
 298
 299         init_get_bits(&gb, &buf[212 * ch], 212 * 8);
 300
 301         /* parse block_size_mode, 1st byte */
 302         ret = at1_parse_bsm(&gb, su->log2_block_count);
 303         if (ret < 0)
 304             return ret;
 305
 306         ret = at1_unpack_dequant(&gb, su, q->spec);
 307         if (ret < 0)
 308             return ret;
 309
 310         ret = at1_imdct_block(su, q);
 311         if (ret < 0)
 312             return ret;
 313         at1_subband_synthesis(q, su, (float *)frame->extended_data[ch]);
 314     }
 315
 316     *got_frame_ptr = 1;
 317
 318     return avctx->block_align;
 319 }
 320
 321
 322 static av_cold int atrac1_decode_end(AVCodecContext * avctx)
 323 {
 324     AT1Ctx *q = avctx->priv_data;
 325
 326     ff_mdct_end(&q->mdct_ctx[0]);
 327     ff_mdct_end(&q->mdct_ctx[1]);
 328     ff_mdct_end(&q->mdct_ctx[2]);
 329
 330     return 0;
 331 }
 332
 333
 334 static av_cold int atrac1_decode_init(AVCodecContext *avctx)
 335 {
 336     AT1Ctx *q = avctx->priv_data;
 337     AVFloatDSPContext *fdsp;
 338     int ret;
 339
 340     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_FLTP;
 341
 342     if (avctx->channels < 1 || avctx->channels > AT1_MAX_CHANNELS) {
 343         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported number of channels: %d\n",
 344                avctx->channels);
 345         return AVERROR(EINVAL);
 346     }
 347
 348     if (avctx->block_align <= 0) {
 349         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported block align.");
 350         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 351     }
 352
 353     /* Init the mdct transforms */
 354     if ((ret = ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[0], 6, 1, -1.0/ (1 << 15))) ||
 355         (ret = ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[1], 8, 1, -1.0/ (1 << 15))) ||
 356         (ret = ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[2], 9, 1, -1.0/ (1 << 15)))) {
 357         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error initializing MDCT\n");
 358         return ret;
 359     }
 360
 361     ff_init_ff_sine_windows(5);
 362
 363     ff_atrac_generate_tables();
 364
 365     fdsp = avpriv_float_dsp_alloc(avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_BITEXACT);
 366     if (!fdsp)
 367         return AVERROR(ENOMEM);
 368     q->vector_fmul_window = fdsp->vector_fmul_window;
 369     av_free(fdsp);
 370
 371     q->bands[0] = q->low;
 372     q->bands[1] = q->mid;
 373     q->bands[2] = q->high;
 374
 375     /* Prepare the mdct overlap buffers */
 376     q->SUs[0].spectrum[0] = q->SUs[0].spec1;
 377     q->SUs[0].spectrum[1] = q->SUs[0].spec2;
 378     q->SUs[1].spectrum[0] = q->SUs[1].spec1;
 379     q->SUs[1].spectrum[1] = q->SUs[1].spec2;
 380
 381     return 0;
 382 }
 383
 384
 385 const AVCodec ff_atrac1_decoder = {
 386     .name           = "atrac1",
 387     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("ATRAC1 (Adaptive TRansform Acoustic Coding)"),
 388     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 389     .id             = AV_CODEC_ID_ATRAC1,
 390     .priv_data_size = sizeof(AT1Ctx),
 391     .init           = atrac1_decode_init,
 392     .close          = atrac1_decode_end,
 393     .decode         = atrac1_decode_frame,
 394     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DR1,
 395     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]) { AV_SAMPLE_FMT_FLTP,
 396                                                       AV_SAMPLE_FMT_NONE },
 397     .caps_internal  = FF_CODEC_CAP_INIT_THREADSAFE | FF_CODEC_CAP_INIT_CLEANUP,
 398 };