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
  25  * Atrac 1 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 "avcodec.h"
  37 #include "get_bits.h"
  38 #include "dsputil.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 {
  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 {
  76     AVFrame frame;
  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     AVFloatDSPContext   fdsp;
  86 } AT1Ctx;
  87
  88 /** size of the transform in samples in the long mode for each QMF band */
  89 static const uint16_t samples_per_band[3] = {128, 128, 256};
  90 static const uint8_t   mdct_long_nbits[3] = {7, 7, 8};
  91
  92
  93 static void at1_imdct(AT1Ctx *q, float *spec, float *out, int nbits,
  94                       int rev_spec)
  95 {
  96     FFTContext* mdct_context = &q->mdct_ctx[nbits - 5 - (nbits > 6)];
  97     int transf_size = 1 << nbits;
  98
  99     if (rev_spec) {
 100         int i;
 101         for (i = 0; i < transf_size / 2; i++)
 102             FFSWAP(float, spec[i], spec[transf_size - 1 - i]);
 103     }
 104     mdct_context->imdct_half(mdct_context, out, spec);
 105 }
 106
 107
 108 static int at1_imdct_block(AT1SUCtx* su, AT1Ctx *q)
 109 {
 110     int          band_num, band_samples, log2_block_count, nbits, num_blocks, block_size;
 111     unsigned int start_pos, ref_pos = 0, pos = 0;
 112
 113     for (band_num = 0; band_num < AT1_QMF_BANDS; band_num++) {
 114         float *prev_buf;
 115         int j;
 116
 117         band_samples = samples_per_band[band_num];
 118         log2_block_count = su->log2_block_count[band_num];
 119
 120         /* number of mdct blocks in the current QMF band: 1 - for long mode */
 121         /* 4 for short mode(low/middle bands) and 8 for short mode(high band)*/
 122         num_blocks = 1 << log2_block_count;
 123
 124         if (num_blocks == 1) {
 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 AVERROR_INVALIDDATA;
 134         } else {
 135             block_size = 32;
 136             nbits = 5;
 137         }
 138
 139         start_pos = 0;
 140         prev_buf = &su->spectrum[1][ref_pos + band_samples - 16];
 141         for (j=0; j < num_blocks; j++) {
 142             at1_imdct(q, &q->spec[pos], &su->spectrum[0][ref_pos + start_pos], nbits, band_num);
 143
 144             /* overlap and window */
 145             q->fdsp.vector_fmul_window(&q->bands[band_num][start_pos], prev_buf,
 146                                        &su->spectrum[0][ref_pos + start_pos], ff_sine_32, 16);
 147
 148             prev_buf = &su->spectrum[0][ref_pos+start_pos + 16];
 149             start_pos += block_size;
 150             pos += block_size;
 151         }
 152
 153         if (num_blocks == 1)
 154             memcpy(q->bands[band_num] + 32, &su->spectrum[0][ref_pos + 16], 240 * sizeof(float));
 155
 156         ref_pos += band_samples;
 157     }
 158
 159     /* Swap buffers so the mdct overlap works */
 160     FFSWAP(float*, su->spectrum[0], su->spectrum[1]);
 161
 162     return 0;
 163 }
 164
 165 /**
 166  * Parse the block size mode byte
 167  */
 168
 169 static int at1_parse_bsm(GetBitContext* gb, 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 = get_bits(gb, 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 = get_bits(gb, 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     skip_bits(gb, 2);
 188     return 0;
 189 }
 190
 191
 192 static int at1_unpack_dequant(GetBitContext* gb, 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[get_bits(gb, 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[get_bits(gb, 2)] +
 207                 (bfu_amount_tab3[get_bits(gb, 3)] << 1);
 208
 209     /* get word length index (idwl) for each BFU */
 210     for (i = 0; i < su->num_bfus; i++)
 211         idwls[i] = get_bits(gb, 4);
 212
 213     /* get scalefactor index (idsf) for each BFU */
 214     for (i = 0; i < su->num_bfus; i++)
 215         idsfs[i] = get_bits(gb, 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] = get_sbits(gb, word_len) * scale_factor * max_quant;
 246                 }
 247             } else { /* word_len = 0 -> empty BFU, zero all specs in the empty 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     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 278     int buf_size       = avpkt->size;
 279     AT1Ctx *q          = avctx->priv_data;
 280     int ch, ret;
 281     GetBitContext gb;
 282
 283
 284     if (buf_size < 212 * avctx->channels) {
 285         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Not enough data to decode!\n");
 286         return AVERROR_INVALIDDATA;
 287     }
 288
 289     /* get output buffer */
 290     q->frame.nb_samples = AT1_SU_SAMPLES;
 291     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, &q->frame)) < 0) {
 292         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
 293         return ret;
 294     }
 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 *)q->frame.extended_data[ch]);
 314     }
 315
 316     *got_frame_ptr   = 1;
 317     *(AVFrame *)data = q->frame;
 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     if (avctx->block_align <= 0) {
 349         av_log_ask_for_sample(avctx, "unsupported block align\n");
 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         atrac1_decode_end(avctx);
 359         return ret;
 360     }
 361
 362     ff_init_ff_sine_windows(5);
 363
 364     ff_atrac_generate_tables();
 365
 366     avpriv_float_dsp_init(&q->fdsp, avctx->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT);
 367
 368     q->bands[0] = q->low;
 369     q->bands[1] = q->mid;
 370     q->bands[2] = q->high;
 371
 372     /* Prepare the mdct overlap buffers */
 373     q->SUs[0].spectrum[0] = q->SUs[0].spec1;
 374     q->SUs[0].spectrum[1] = q->SUs[0].spec2;
 375     q->SUs[1].spectrum[0] = q->SUs[1].spec1;
 376     q->SUs[1].spectrum[1] = q->SUs[1].spec2;
 377
 378     avcodec_get_frame_defaults(&q->frame);
 379     avctx->coded_frame = &q->frame;
 380
 381     return 0;
 382 }
 383
 384
 385 AVCodec ff_atrac1_decoder = {
 386     .name           = "atrac1",
 387     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 388     .id             = AV_CODEC_ID_ATRAC1,
 389     .priv_data_size = sizeof(AT1Ctx),
 390     .init           = atrac1_decode_init,
 391     .close          = atrac1_decode_end,
 392     .decode         = atrac1_decode_frame,
 393     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1,
 394     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Atrac 1 (Adaptive TRansform Acoustic Coding)"),
 395     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]) { AV_SAMPLE_FMT_FLTP,
 396                                                       AV_SAMPLE_FMT_NONE },
 397 };