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

   1 /*
   2  * Atrac 1 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 libavcodec/atrac1.c
  25  * Atrac 1 compatible decoder.
  26  * This decoder handles raw ATRAC1 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 "avcodec.h"
  36 #include "get_bits.h"
  37 #include "dsputil.h"
  38
  39 #include "atrac.h"
  40 #include "atrac1data.h"
  41
  42 #define AT1_MAX_BFU      52                 ///< max number of block floating units in a sound unit
  43 #define AT1_SU_SIZE      212                ///< number of bytes in a sound unit
  44 #define AT1_SU_SAMPLES   512                ///< number of samples in a sound unit
  45 #define AT1_FRAME_SIZE   AT1_SU_SIZE * 2
  46 #define AT1_SU_MAX_BITS  AT1_SU_SIZE * 8
  47 #define AT1_MAX_CHANNELS 2
  48
  49 #define AT1_QMF_BANDS    3
  50 #define IDX_LOW_BAND     0
  51 #define IDX_MID_BAND     1
  52 #define IDX_HIGH_BAND    2
  53
  54 /**
  55  * Sound unit struct, one unit is used per channel
  56  */
  57 typedef struct {
  58     int                 log2_block_count[AT1_QMF_BANDS];    ///< log2 number of blocks in a band
  59     int                 num_bfus;                           ///< number of Block Floating Units
  60     int                 idwls[AT1_MAX_BFU];                 ///< the word length indexes for each BFU
  61     int                 idsfs[AT1_MAX_BFU];                 ///< the scalefactor indexes for each BFU
  62     float*              spectrum[2];
  63     DECLARE_ALIGNED_16(float,spec1[AT1_SU_SAMPLES]);        ///< mdct buffer
  64     DECLARE_ALIGNED_16(float,spec2[AT1_SU_SAMPLES]);        ///< mdct buffer
  65     DECLARE_ALIGNED_16(float,fst_qmf_delay[46]);            ///< delay line for the 1st stacked QMF filter
  66     DECLARE_ALIGNED_16(float,snd_qmf_delay[46]);            ///< delay line for the 2nd stacked QMF filter
  67     DECLARE_ALIGNED_16(float,last_qmf_delay[256+23]);       ///< delay line for the last stacked QMF filter
  68 } AT1SUCtx;
  69
  70 /**
  71  * The atrac1 context, holds all needed parameters for decoding
  72  */
  73 typedef struct {
  74     AT1SUCtx            SUs[AT1_MAX_CHANNELS];              ///< channel sound unit
  75     DECLARE_ALIGNED_16(float,spec[AT1_SU_SAMPLES]);         ///< the mdct spectrum buffer
  76     DECLARE_ALIGNED_16(float,short_buf[512]);               ///< buffer for the short mode
  77
  78     DECLARE_ALIGNED_16(float, low[256]);
  79     DECLARE_ALIGNED_16(float, mid[256]);
  80     DECLARE_ALIGNED_16(float,high[512]);
  81     float*              bands[3];
  82     float               out_samples[AT1_MAX_CHANNELS][AT1_SU_SAMPLES];
  83     MDCTContext         mdct_ctx[3];
  84     int                 channels;
  85     DSPContext          dsp;
  86 } AT1Ctx;
  87
  88 DECLARE_ALIGNED_16(static float, short_window[32]);
  89
  90 /** size of the transform in samples in the long mode for each QMF band */
  91 static const uint16_t samples_per_band[3] = {128, 128, 256};
  92 static const uint8_t   mdct_long_nbits[3] = {7, 7, 8};
  93
  94
  95 static void at1_imdct(AT1Ctx *q, float *spec, float *out, int nbits,
  96                       int rev_spec)
  97 {
  98     MDCTContext* mdct_context;
  99     int transf_size = 1 << nbits;
 100
 101     mdct_context = &q->mdct_ctx[nbits - 5 - (nbits>6)];
 102
 103     if (rev_spec) {
 104         int i;
 105         for (i=0 ; i<transf_size/2 ; i++)
 106             FFSWAP(float, spec[i], spec[transf_size - 1 - i]);
 107     }
 108     ff_imdct_half(mdct_context, out, spec);
 109 }
 110
 111
 112 static int at1_imdct_block(AT1SUCtx* su, AT1Ctx *q)
 113 {
 114     int             band_num, band_samples, log2_block_count, nbits, num_blocks, block_size;
 115     unsigned int    start_pos, ref_pos=0, pos = 0;
 116
 117     for (band_num=0 ; band_num<AT1_QMF_BANDS ; band_num++) {
 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         /* mdct block size in samples: 128 (long mode, low & mid bands), */
 126         /* 256 (long mode, high band) and 32 (short mode, all bands) */
 127         block_size = band_samples >> log2_block_count;
 128
 129         /* calc transform size in bits according to the block_size_mode */
 130         nbits = mdct_long_nbits[band_num] - log2_block_count;
 131
 132         if (nbits!=5 && nbits!=7 && nbits!=8)
 133             return -1;
 134
 135         if (num_blocks == 1) {
 136             at1_imdct(q, &q->spec[pos], &su->spectrum[0][ref_pos], nbits, band_num);
 137             pos += block_size; // move to the next mdct block in the spectrum
 138
 139             /* overlap and window long blocks */
 140             q->dsp.vector_fmul_window(q->bands[band_num], &su->spectrum[1][ref_pos+band_samples-16],
 141                 &su->spectrum[0][ref_pos], short_window, 0, 16);
 142             memcpy(q->bands[band_num]+32, &su->spectrum[0][ref_pos+16], 240 * sizeof(float));
 143
 144         } else {
 145             /* calc start position for the 1st short block: 96(128) or 112(256) */
 146             int short_pos = 32;
 147             float *prev_buf;
 148             start_pos = (band_samples * (num_blocks - 1)) >> (log2_block_count + 1);
 149             memset(&su->spectrum[0][ref_pos], 0, sizeof(float) * (band_samples * 2));
 150
 151             prev_buf = &su->spectrum[1][ref_pos+band_samples-16];
 152             for (; num_blocks!=0 ; num_blocks--) {
 153                 /* use hardcoded nbits for the short mode */
 154                 at1_imdct(q, &q->spec[pos], &q->short_buf[short_pos], 5, band_num);
 155
 156                 /* overlap and window between short blocks */
 157                 q->dsp.vector_fmul_window(&su->spectrum[0][ref_pos+start_pos],
 158                                           &q->short_buf[short_pos-16],
 159                                           &q->short_buf[short_pos],short_window, 0, 16);
 160
 161                 prev_buf = &q->short_buf[short_pos+16];
 162
 163                 start_pos += 32; // use hardcoded block_size
 164                 pos += 32;
 165                 short_pos +=32;
 166             }
 167             memcpy(q->bands[band_num], &su->spectrum[0][ref_pos], band_samples*sizeof(float));
 168         }
 169         ref_pos += band_samples;
 170     }
 171
 172     /* Swap buffers so the mdct overlap works */
 173     FFSWAP(float*, su->spectrum[0], su->spectrum[1]);
 174
 175     return 0;
 176 }
 177
 178 /**
 179  * Parse the block size mode byte
 180  */
 181
 182 static int at1_parse_bsm(GetBitContext* gb, int log2_block_cnt[AT1_QMF_BANDS])
 183 {
 184     int log2_block_count_tmp, i;
 185
 186     for(i=0 ; i<2 ; i++) {
 187         /* low and mid band */
 188         log2_block_count_tmp = get_bits(gb, 2);
 189         if (log2_block_count_tmp & 1)
 190             return -1;
 191         log2_block_cnt[i] = 2 - log2_block_count_tmp;
 192     }
 193
 194     /* high band */
 195     log2_block_count_tmp = get_bits(gb, 2);
 196     if (log2_block_count_tmp != 0 && log2_block_count_tmp != 3)
 197         return -1;
 198     log2_block_cnt[IDX_HIGH_BAND] = 3 - log2_block_count_tmp;
 199
 200     skip_bits(gb, 2);
 201     return 0;
 202 }
 203
 204
 205 static int at1_unpack_dequant(GetBitContext* gb, AT1SUCtx* su,
 206                               float spec[AT1_SU_SAMPLES])
 207 {
 208     int bits_used, band_num, bfu_num, i;
 209
 210     /* parse the info byte (2nd byte) telling how much BFUs were coded */
 211     su->num_bfus = bfu_amount_tab1[get_bits(gb, 3)];
 212
 213     /* calc number of consumed bits:
 214         num_BFUs * (idwl(4bits) + idsf(6bits)) + log2_block_count(8bits) + info_byte(8bits)
 215         + info_byte_copy(8bits) + log2_block_count_copy(8bits) */
 216     bits_used = su->num_bfus * 10 + 32 +
 217                 bfu_amount_tab2[get_bits(gb, 2)] +
 218                 (bfu_amount_tab3[get_bits(gb, 3)] << 1);
 219
 220     /* get word length index (idwl) for each BFU */
 221     for (i=0 ; i<su->num_bfus ; i++)
 222         su->idwls[i] = get_bits(gb, 4);
 223
 224     /* get scalefactor index (idsf) for each BFU */
 225     for (i=0 ; i<su->num_bfus ; i++)
 226         su->idsfs[i] = get_bits(gb, 6);
 227
 228     /* zero idwl/idsf for empty BFUs */
 229     for (i = su->num_bfus; i < AT1_MAX_BFU; i++)
 230         su->idwls[i] = su->idsfs[i] = 0;
 231
 232     /* read in the spectral data and reconstruct MDCT spectrum of this channel */
 233     for (band_num=0 ; band_num<AT1_QMF_BANDS ; band_num++) {
 234         for (bfu_num=bfu_bands_t[band_num] ; bfu_num<bfu_bands_t[band_num+1] ; bfu_num++) {
 235             int pos;
 236
 237             int num_specs = specs_per_bfu[bfu_num];
 238             int word_len  = !!su->idwls[bfu_num] + su->idwls[bfu_num];
 239             float scale_factor = sf_table[su->idsfs[bfu_num]];
 240             bits_used    += word_len * num_specs; /* add number of bits consumed by current BFU */
 241
 242             /* check for bitstream overflow */
 243             if (bits_used > AT1_SU_MAX_BITS)
 244                 return -1;
 245
 246             /* get the position of the 1st spec according to the block size mode */
 247             pos = su->log2_block_count[band_num] ? bfu_start_short[bfu_num] : bfu_start_long[bfu_num];
 248
 249             if (word_len) {
 250                 float   max_quant = 1.0 / (float)((1 << (word_len - 1)) - 1);
 251
 252                 for (i=0 ; i<num_specs ; i++) {
 253                     /* read in a quantized spec and convert it to
 254                      * signed int and then inverse quantization
 255                      */
 256                     spec[pos+i] = get_sbits(gb, word_len) * scale_factor * max_quant;
 257                 }
 258             } else { /* word_len = 0 -> empty BFU, zero all specs in the emty BFU */
 259                 memset(&spec[pos], 0, num_specs*sizeof(float));
 260             }
 261         }
 262     }
 263
 264     return 0;
 265 }
 266
 267
 268 void at1_subband_synthesis(AT1Ctx *q, AT1SUCtx* su, float *pOut)
 269 {
 270     float   temp[256];
 271     float   iqmf_temp[512 + 46];
 272
 273     /* combine low and middle bands */
 274     atrac_iqmf(q->bands[0], q->bands[1], 128, temp, su->fst_qmf_delay, iqmf_temp);
 275
 276     /* delay the signal of the high band by 23 samples */
 277     memcpy( su->last_qmf_delay,    &su->last_qmf_delay[256], sizeof(float)*23);
 278     memcpy(&su->last_qmf_delay[23], q->bands[2],             sizeof(float)*256);
 279
 280     /* combine (low + middle) and high bands */
 281     atrac_iqmf(temp, su->last_qmf_delay, 256, pOut, su->snd_qmf_delay, iqmf_temp);
 282 }
 283
 284
 285 static int atrac1_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 286                                int *data_size, AVPacket *avpkt)
 287 {
 288     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 289     int buf_size       = avpkt->size;
 290     AT1Ctx *q          = avctx->priv_data;
 291     int ch, ret, i;
 292     GetBitContext gb;
 293     float* samples = data;
 294
 295
 296     if (buf_size < 212 * q->channels) {
 297         av_log(q,AV_LOG_ERROR,"Not enought data to decode!\n");
 298         return -1;
 299     }
 300
 301     for (ch=0 ; ch<q->channels ; ch++) {
 302         AT1SUCtx* su = &q->SUs[ch];
 303
 304         init_get_bits(&gb, &buf[212*ch], 212*8);
 305
 306         /* parse block_size_mode, 1st byte */
 307         ret = at1_parse_bsm(&gb, su->log2_block_count);
 308         if (ret < 0)
 309             return ret;
 310
 311         ret = at1_unpack_dequant(&gb, su, q->spec);
 312         if (ret < 0)
 313             return ret;
 314
 315         ret = at1_imdct_block(su, q);
 316         if (ret < 0)
 317             return ret;
 318         at1_subband_synthesis(q, su, q->out_samples[ch]);
 319     }
 320
 321     /* round, convert to 16bit and interleave */
 322     if (q->channels == 1) {
 323         /* mono */
 324         q->dsp.vector_clipf(samples, q->out_samples[0], -32700.0 / (1<<15),
 325                             32700.0 / (1<<15), AT1_SU_SAMPLES);
 326     } else {
 327         /* stereo */
 328         for (i = 0; i < AT1_SU_SAMPLES; i++) {
 329             samples[i*2]   = av_clipf(q->out_samples[0][i], -32700.0 / (1<<15),
 330                                       32700.0 / (1<<15));
 331             samples[i*2+1] = av_clipf(q->out_samples[1][i], -32700.0 / (1<<15),
 332                                       32700.0 / (1<<15));
 333         }
 334     }
 335
 336     *data_size = q->channels * AT1_SU_SAMPLES * sizeof(*samples);
 337     return avctx->block_align;
 338 }
 339
 340
 341 static av_cold int atrac1_decode_init(AVCodecContext *avctx)
 342 {
 343     AT1Ctx *q = avctx->priv_data;
 344
 345     avctx->sample_fmt = SAMPLE_FMT_FLT;
 346
 347     q->channels = avctx->channels;
 348
 349     /* Init the mdct transforms */
 350     ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[0], 6, 1, -1.0/ (1<<15));
 351     ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[1], 8, 1, -1.0/ (1<<15));
 352     ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[2], 9, 1, -1.0/ (1<<15));
 353
 354     ff_sine_window_init(short_window, 32);
 355
 356     atrac_generate_tables();
 357
 358     dsputil_init(&q->dsp, avctx);
 359
 360     q->bands[0] = q->low;
 361     q->bands[1] = q->mid;
 362     q->bands[2] = q->high;
 363
 364     /* Prepare the mdct overlap buffers */
 365     q->SUs[0].spectrum[0] = q->SUs[0].spec1;
 366     q->SUs[0].spectrum[1] = q->SUs[0].spec2;
 367     q->SUs[1].spectrum[0] = q->SUs[1].spec1;
 368     q->SUs[1].spectrum[1] = q->SUs[1].spec2;
 369
 370     return 0;
 371 }
 372
 373 AVCodec atrac1_decoder = {
 374     .name = "atrac1",
 375     .type = CODEC_TYPE_AUDIO,
 376     .id = CODEC_ID_ATRAC1,
 377     .priv_data_size = sizeof(AT1Ctx),
 378     .init = atrac1_decode_init,
 379     .close = NULL,
 380     .decode = atrac1_decode_frame,
 381     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Atrac 1 (Adaptive TRansform Acoustic Coding)"),
 382 };