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 Libav.
   7  *
   8  * Libav 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  * Libav 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 Libav; 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
  37 #include "avcodec.h"
  38 #include "bitstream.h"
  39 #include "fft.h"
  40 #include "internal.h"
  41 #include "sinewin.h"
  42
  43 #include "atrac.h"
  44 #include "atrac1data.h"
  45
  46 #define AT1_MAX_BFU      52                 ///< max number of block floating units in a sound unit
  47 #define AT1_SU_SIZE      212                ///< number of bytes in a sound unit
  48 #define AT1_SU_SAMPLES   512                ///< number of samples in a sound unit
  49 #define AT1_FRAME_SIZE   AT1_SU_SIZE * 2
  50 #define AT1_SU_MAX_BITS  AT1_SU_SIZE * 8
  51 #define AT1_MAX_CHANNELS 2
  52
  53 #define AT1_QMF_BANDS    3
  54 #define IDX_LOW_BAND     0
  55 #define IDX_MID_BAND     1
  56 #define IDX_HIGH_BAND    2
  57
  58 /**
  59  * Sound unit struct, one unit is used per channel
  60  */
  61 typedef struct AT1SUCtx {
  62     int                 log2_block_count[AT1_QMF_BANDS];    ///< log2 number of blocks in a band
  63     int                 num_bfus;                           ///< number of Block Floating Units
  64     float*              spectrum[2];
  65     DECLARE_ALIGNED(32, float, spec1)[AT1_SU_SAMPLES];     ///< mdct buffer
  66     DECLARE_ALIGNED(32, float, spec2)[AT1_SU_SAMPLES];     ///< mdct buffer
  67     DECLARE_ALIGNED(32, float, fst_qmf_delay)[46];         ///< delay line for the 1st stacked QMF filter
  68     DECLARE_ALIGNED(32, float, snd_qmf_delay)[46];         ///< delay line for the 2nd stacked QMF filter
  69     DECLARE_ALIGNED(32, float, last_qmf_delay)[256+23];    ///< delay line for the last stacked QMF filter
  70 } AT1SUCtx;
  71
  72 /**
  73  * The atrac1 context, holds all needed parameters for decoding
  74  */
  75 typedef struct AT1Ctx {
  76     AT1SUCtx            SUs[AT1_MAX_CHANNELS];              ///< channel sound unit
  77     DECLARE_ALIGNED(32, float, spec)[AT1_SU_SAMPLES];      ///< the mdct spectrum buffer
  78
  79     DECLARE_ALIGNED(32, float,  low)[256];
  80     DECLARE_ALIGNED(32, float,  mid)[256];
  81     DECLARE_ALIGNED(32, float, high)[512];
  82     float*              bands[3];
  83     FFTContext          mdct_ctx[3];
  84     AVFloatDSPContext   fdsp;
  85 } AT1Ctx;
  86
  87 /** size of the transform in samples in the long mode for each QMF band */
  88 static const uint16_t samples_per_band[3] = {128, 128, 256};
  89 static const uint8_t   mdct_long_nbits[3] = {7, 7, 8};
  90
  91
  92 static void at1_imdct(AT1Ctx *q, float *spec, float *out, int nbits,
  93                       int rev_spec)
  94 {
  95     FFTContext* mdct_context = &q->mdct_ctx[nbits - 5 - (nbits > 6)];
  96     int transf_size = 1 << nbits;
  97
  98     if (rev_spec) {
  99         int i;
 100         for (i = 0; i < transf_size / 2; i++)
 101             FFSWAP(float, spec[i], spec[transf_size - 1 - i]);
 102     }
 103     mdct_context->imdct_half(mdct_context, out, spec);
 104 }
 105
 106
 107 static int at1_imdct_block(AT1SUCtx* su, AT1Ctx *q)
 108 {
 109     int          band_num, band_samples, log2_block_count, nbits, num_blocks, block_size;
 110     unsigned int start_pos, ref_pos = 0, pos = 0;
 111
 112     for (band_num = 0; band_num < AT1_QMF_BANDS; band_num++) {
 113         float *prev_buf;
 114         int j;
 115
 116         band_samples = samples_per_band[band_num];
 117         log2_block_count = su->log2_block_count[band_num];
 118
 119         /* number of mdct blocks in the current QMF band: 1 - for long mode */
 120         /* 4 for short mode(low/middle bands) and 8 for short mode(high band)*/
 121         num_blocks = 1 << log2_block_count;
 122
 123         if (num_blocks == 1) {
 124             /* mdct block size in samples: 128 (long mode, low & mid bands), */
 125             /* 256 (long mode, high band) and 32 (short mode, all bands) */
 126             block_size = band_samples >> log2_block_count;
 127
 128             /* calc transform size in bits according to the block_size_mode */
 129             nbits = mdct_long_nbits[band_num] - log2_block_count;
 130
 131             if (nbits != 5 && nbits != 7 && nbits != 8)
 132                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 133         } else {
 134             block_size = 32;
 135             nbits = 5;
 136         }
 137
 138         start_pos = 0;
 139         prev_buf = &su->spectrum[1][ref_pos + band_samples - 16];
 140         for (j=0; j < num_blocks; j++) {
 141             at1_imdct(q, &q->spec[pos], &su->spectrum[0][ref_pos + start_pos], nbits, band_num);
 142
 143             /* overlap and window */
 144             q->fdsp.vector_fmul_window(&q->bands[band_num][start_pos], prev_buf,
 145                                        &su->spectrum[0][ref_pos + start_pos], ff_sine_32, 16);
 146
 147             prev_buf = &su->spectrum[0][ref_pos+start_pos + 16];
 148             start_pos += block_size;
 149             pos += block_size;
 150         }
 151
 152         if (num_blocks == 1)
 153             memcpy(q->bands[band_num] + 32, &su->spectrum[0][ref_pos + 16], 240 * sizeof(float));
 154
 155         ref_pos += band_samples;
 156     }
 157
 158     /* Swap buffers so the mdct overlap works */
 159     FFSWAP(float*, su->spectrum[0], su->spectrum[1]);
 160
 161     return 0;
 162 }
 163
 164 /**
 165  * Parse the block size mode byte
 166  */
 167
 168 static int at1_parse_bsm(BitstreamContext *bc,
 169                          int log2_block_cnt[AT1_QMF_BANDS])
 170 {
 171     int log2_block_count_tmp, i;
 172
 173     for (i = 0; i < 2; i++) {
 174         /* low and mid band */
 175         log2_block_count_tmp = bitstream_read(bc, 2);
 176         if (log2_block_count_tmp & 1)
 177             return AVERROR_INVALIDDATA;
 178         log2_block_cnt[i] = 2 - log2_block_count_tmp;
 179     }
 180
 181     /* high band */
 182     log2_block_count_tmp = bitstream_read(bc, 2);
 183     if (log2_block_count_tmp != 0 && log2_block_count_tmp != 3)
 184         return AVERROR_INVALIDDATA;
 185     log2_block_cnt[IDX_HIGH_BAND] = 3 - log2_block_count_tmp;
 186
 187     bitstream_skip(bc, 2);
 188     return 0;
 189 }
 190
 191
 192 static int at1_unpack_dequant(BitstreamContext *bc, AT1SUCtx *su,
 193                               float spec[AT1_SU_SAMPLES])
 194 {
 195     int bits_used, band_num, bfu_num, i;
 196     uint8_t idwls[AT1_MAX_BFU];                 ///< the word length indexes for each BFU
 197     uint8_t idsfs[AT1_MAX_BFU];                 ///< the scalefactor indexes for each BFU
 198
 199     /* parse the info byte (2nd byte) telling how much BFUs were coded */
 200     su->num_bfus = bfu_amount_tab1[bitstream_read(bc, 3)];
 201
 202     /* calc number of consumed bits:
 203         num_BFUs * (idwl(4bits) + idsf(6bits)) + log2_block_count(8bits) + info_byte(8bits)
 204         + info_byte_copy(8bits) + log2_block_count_copy(8bits) */
 205     bits_used = su->num_bfus * 10 + 32 +
 206                 bfu_amount_tab2[bitstream_read(bc, 2)] +
 207                 (bfu_amount_tab3[bitstream_read(bc, 3)] << 1);
 208
 209     /* get word length index (idwl) for each BFU */
 210     for (i = 0; i < su->num_bfus; i++)
 211         idwls[i] = bitstream_read(bc, 4);
 212
 213     /* get scalefactor index (idsf) for each BFU */
 214     for (i = 0; i < su->num_bfus; i++)
 215         idsfs[i] = bitstream_read(bc, 6);
 216
 217     /* zero idwl/idsf for empty BFUs */
 218     for (i = su->num_bfus; i < AT1_MAX_BFU; i++)
 219         idwls[i] = idsfs[i] = 0;
 220
 221     /* read in the spectral data and reconstruct MDCT spectrum of this channel */
 222     for (band_num = 0; band_num < AT1_QMF_BANDS; band_num++) {
 223         for (bfu_num = bfu_bands_t[band_num]; bfu_num < bfu_bands_t[band_num+1]; bfu_num++) {
 224             int pos;
 225
 226             int num_specs = specs_per_bfu[bfu_num];
 227             int word_len  = !!idwls[bfu_num] + idwls[bfu_num];
 228             float scale_factor = ff_atrac_sf_table[idsfs[bfu_num]];
 229             bits_used += word_len * num_specs; /* add number of bits consumed by current BFU */
 230
 231             /* check for bitstream overflow */
 232             if (bits_used > AT1_SU_MAX_BITS)
 233                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 234
 235             /* get the position of the 1st spec according to the block size mode */
 236             pos = su->log2_block_count[band_num] ? bfu_start_short[bfu_num] : bfu_start_long[bfu_num];
 237
 238             if (word_len) {
 239                 float   max_quant = 1.0 / (float)((1 << (word_len - 1)) - 1);
 240
 241                 for (i = 0; i < num_specs; i++) {
 242                     /* read in a quantized spec and convert it to
 243                      * signed int and then inverse quantization
 244                      */
 245                     spec[pos+i] = bitstream_read_signed(bc, word_len) * scale_factor * max_quant;
 246                 }
 247             } else { /* word_len = 0 -> empty BFU, zero all specs in the emty BFU */
 248                 memset(&spec[pos], 0, num_specs * sizeof(float));
 249             }
 250         }
 251     }
 252
 253     return 0;
 254 }
 255
 256
 257 static void at1_subband_synthesis(AT1Ctx *q, AT1SUCtx* su, float *pOut)
 258 {
 259     float temp[256];
 260     float iqmf_temp[512 + 46];
 261
 262     /* combine low and middle bands */
 263     ff_atrac_iqmf(q->bands[0], q->bands[1], 128, temp, su->fst_qmf_delay, iqmf_temp);
 264
 265     /* delay the signal of the high band by 23 samples */
 266     memcpy( su->last_qmf_delay,    &su->last_qmf_delay[256], sizeof(float) *  23);
 267     memcpy(&su->last_qmf_delay[23], q->bands[2],             sizeof(float) * 256);
 268
 269     /* combine (low + middle) and high bands */
 270     ff_atrac_iqmf(temp, su->last_qmf_delay, 256, pOut, su->snd_qmf_delay, iqmf_temp);
 271 }
 272
 273
 274 static int atrac1_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 275                                int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 276 {
 277     AVFrame *frame     = data;
 278     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 279     int buf_size       = avpkt->size;
 280     AT1Ctx *q          = avctx->priv_data;
 281     int ch, ret;
 282     BitstreamContext bc;
 283
 284
 285     if (buf_size < 212 * avctx->channels) {
 286         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Not enough data to decode!\n");
 287         return AVERROR_INVALIDDATA;
 288     }
 289
 290     /* get output buffer */
 291     frame->nb_samples = AT1_SU_SAMPLES;
 292     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0) {
 293         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
 294         return ret;
 295     }
 296
 297     for (ch = 0; ch < avctx->channels; ch++) {
 298         AT1SUCtx* su = &q->SUs[ch];
 299
 300         bitstream_init(&bc, &buf[212 * ch], 212 * 8);
 301
 302         /* parse block_size_mode, 1st byte */
 303         ret = at1_parse_bsm(&bc, su->log2_block_count);
 304         if (ret < 0)
 305             return ret;
 306
 307         ret = at1_unpack_dequant(&bc, su, q->spec);
 308         if (ret < 0)
 309             return ret;
 310
 311         ret = at1_imdct_block(su, q);
 312         if (ret < 0)
 313             return ret;
 314         at1_subband_synthesis(q, su, (float *)frame->extended_data[ch]);
 315     }
 316
 317     *got_frame_ptr = 1;
 318
 319     return avctx->block_align;
 320 }
 321
 322
 323 static av_cold int atrac1_decode_end(AVCodecContext * avctx)
 324 {
 325     AT1Ctx *q = avctx->priv_data;
 326
 327     ff_mdct_end(&q->mdct_ctx[0]);
 328     ff_mdct_end(&q->mdct_ctx[1]);
 329     ff_mdct_end(&q->mdct_ctx[2]);
 330
 331     return 0;
 332 }
 333
 334
 335 static av_cold int atrac1_decode_init(AVCodecContext *avctx)
 336 {
 337     AT1Ctx *q = avctx->priv_data;
 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     /* Init the mdct transforms */
 349     if ((ret = ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[0], 6, 1, -1.0/ (1 << 15))) ||
 350         (ret = ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[1], 8, 1, -1.0/ (1 << 15))) ||
 351         (ret = ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[2], 9, 1, -1.0/ (1 << 15)))) {
 352         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error initializing MDCT\n");
 353         atrac1_decode_end(avctx);
 354         return ret;
 355     }
 356
 357     ff_init_ff_sine_windows(5);
 358
 359     ff_atrac_generate_tables();
 360
 361     avpriv_float_dsp_init(&q->fdsp, avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_BITEXACT);
 362
 363     q->bands[0] = q->low;
 364     q->bands[1] = q->mid;
 365     q->bands[2] = q->high;
 366
 367     /* Prepare the mdct overlap buffers */
 368     q->SUs[0].spectrum[0] = q->SUs[0].spec1;
 369     q->SUs[0].spectrum[1] = q->SUs[0].spec2;
 370     q->SUs[1].spectrum[0] = q->SUs[1].spec1;
 371     q->SUs[1].spectrum[1] = q->SUs[1].spec2;
 372
 373     return 0;
 374 }
 375
 376
 377 AVCodec ff_atrac1_decoder = {
 378     .name           = "atrac1",
 379     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("ATRAC1 (Adaptive TRansform Acoustic Coding)"),
 380     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 381     .id             = AV_CODEC_ID_ATRAC1,
 382     .priv_data_size = sizeof(AT1Ctx),
 383     .init           = atrac1_decode_init,
 384     .close          = atrac1_decode_end,
 385     .decode         = atrac1_decode_frame,
 386     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DR1,
 387     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]) { AV_SAMPLE_FMT_FLTP,
 388                                                       AV_SAMPLE_FMT_NONE },
 389 };