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 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  * 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 "avcodec.h"
  36 #include "get_bits.h"
  37 #include "dsputil.h"
  38 #include "fft.h"
  39 #include "fmtconvert.h"
  40 #include "sinewin.h"
  41
  42 #include "atrac.h"
  43 #include "atrac1data.h"
  44
  45 #define AT1_MAX_BFU      52                 ///< max number of block floating units in a sound unit
  46 #define AT1_SU_SIZE      212                ///< number of bytes in a sound unit
  47 #define AT1_SU_SAMPLES   512                ///< number of samples in a sound unit
  48 #define AT1_FRAME_SIZE   AT1_SU_SIZE * 2
  49 #define AT1_SU_MAX_BITS  AT1_SU_SIZE * 8
  50 #define AT1_MAX_CHANNELS 2
  51
  52 #define AT1_QMF_BANDS    3
  53 #define IDX_LOW_BAND     0
  54 #define IDX_MID_BAND     1
  55 #define IDX_HIGH_BAND    2
  56
  57 /**
  58  * Sound unit struct, one unit is used per channel
  59  */
  60 typedef struct {
  61     int                 log2_block_count[AT1_QMF_BANDS];    ///< log2 number of blocks in a band
  62     int                 num_bfus;                           ///< number of Block Floating Units
  63     float*              spectrum[2];
  64     DECLARE_ALIGNED(32, float, spec1)[AT1_SU_SAMPLES];     ///< mdct buffer
  65     DECLARE_ALIGNED(32, float, spec2)[AT1_SU_SAMPLES];     ///< mdct buffer
  66     DECLARE_ALIGNED(32, float, fst_qmf_delay)[46];         ///< delay line for the 1st stacked QMF filter
  67     DECLARE_ALIGNED(32, float, snd_qmf_delay)[46];         ///< delay line for the 2nd stacked QMF filter
  68     DECLARE_ALIGNED(32, float, last_qmf_delay)[256+23];    ///< delay line for the last stacked QMF filter
  69 } AT1SUCtx;
  70
  71 /**
  72  * The atrac1 context, holds all needed parameters for decoding
  73  */
  74 typedef struct {
  75     AT1SUCtx            SUs[AT1_MAX_CHANNELS];              ///< channel sound unit
  76     DECLARE_ALIGNED(32, float, spec)[AT1_SU_SAMPLES];      ///< the mdct spectrum buffer
  77
  78     DECLARE_ALIGNED(32, float,  low)[256];
  79     DECLARE_ALIGNED(32, float,  mid)[256];
  80     DECLARE_ALIGNED(32, float, high)[512];
  81     float*              bands[3];
  82     float              *out_samples[AT1_MAX_CHANNELS];
  83     FFTContext          mdct_ctx[3];
  84     int                 channels;
  85     DSPContext          dsp;
  86     FmtConvertContext   fmt_conv;
  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 -1;
 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->dsp.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 -1;
 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 -1;
 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 -1;
 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 emty 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     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 23 samples */
 267     memcpy( su->last_qmf_delay,    &su->last_qmf_delay[256], sizeof(float) *  23);
 268     memcpy(&su->last_qmf_delay[23], q->bands[2],             sizeof(float) * 256);
 269
 270     /* combine (low + middle) and high bands */
 271     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 *data_size, AVPacket *avpkt)
 277 {
 278     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 279     int buf_size       = avpkt->size;
 280     AT1Ctx *q          = avctx->priv_data;
 281     int ch, ret, out_size;
 282     GetBitContext gb;
 283     float* samples = data;
 284
 285
 286     if (buf_size < 212 * q->channels) {
 287         av_log(q,AV_LOG_ERROR,"Not enough data to decode!\n");
 288         return -1;
 289     }
 290
 291     out_size = q->channels * AT1_SU_SAMPLES *
 292                av_get_bytes_per_sample(avctx->sample_fmt);
 293     if (*data_size < out_size) {
 294         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Output buffer is too small\n");
 295         return AVERROR(EINVAL);
 296     }
 297
 298     for (ch = 0; ch < q->channels; ch++) {
 299         AT1SUCtx* su = &q->SUs[ch];
 300
 301         init_get_bits(&gb, &buf[212 * ch], 212 * 8);
 302
 303         /* parse block_size_mode, 1st byte */
 304         ret = at1_parse_bsm(&gb, su->log2_block_count);
 305         if (ret < 0)
 306             return ret;
 307
 308         ret = at1_unpack_dequant(&gb, su, q->spec);
 309         if (ret < 0)
 310             return ret;
 311
 312         ret = at1_imdct_block(su, q);
 313         if (ret < 0)
 314             return ret;
 315         at1_subband_synthesis(q, su, q->channels == 1 ? samples : q->out_samples[ch]);
 316     }
 317
 318     /* interleave */
 319     if (q->channels == 2) {
 320         q->fmt_conv.float_interleave(samples, (const float **)q->out_samples,
 321                                      AT1_SU_SAMPLES, 2);
 322     }
 323
 324     *data_size = out_size;
 325     return avctx->block_align;
 326 }
 327
 328
 329 static av_cold int atrac1_decode_init(AVCodecContext *avctx)
 330 {
 331     AT1Ctx *q = avctx->priv_data;
 332
 333     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_FLT;
 334
 335     if (avctx->channels < 1 || avctx->channels > AT1_MAX_CHANNELS) {
 336         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported number of channels: %d\n",
 337                avctx->channels);
 338         return AVERROR(EINVAL);
 339     }
 340     q->channels = avctx->channels;
 341
 342     if (avctx->channels == 2) {
 343         q->out_samples[0] = av_malloc(2 * AT1_SU_SAMPLES * sizeof(*q->out_samples[0]));
 344         q->out_samples[1] = q->out_samples[0] + AT1_SU_SAMPLES;
 345         if (!q->out_samples[0]) {
 346             av_freep(&q->out_samples[0]);
 347             return AVERROR(ENOMEM);
 348         }
 349     }
 350
 351     /* Init the mdct transforms */
 352     ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[0], 6, 1, -1.0/ (1 << 15));
 353     ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[1], 8, 1, -1.0/ (1 << 15));
 354     ff_mdct_init(&q->mdct_ctx[2], 9, 1, -1.0/ (1 << 15));
 355
 356     ff_init_ff_sine_windows(5);
 357
 358     atrac_generate_tables();
 359
 360     dsputil_init(&q->dsp, avctx);
 361     ff_fmt_convert_init(&q->fmt_conv, avctx);
 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 static av_cold int atrac1_decode_end(AVCodecContext * avctx) {
 378     AT1Ctx *q = avctx->priv_data;
 379
 380     av_freep(&q->out_samples[0]);
 381
 382     ff_mdct_end(&q->mdct_ctx[0]);
 383     ff_mdct_end(&q->mdct_ctx[1]);
 384     ff_mdct_end(&q->mdct_ctx[2]);
 385     return 0;
 386 }
 387
 388
 389 AVCodec ff_atrac1_decoder = {
 390     .name = "atrac1",
 391     .type = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 392     .id = CODEC_ID_ATRAC1,
 393     .priv_data_size = sizeof(AT1Ctx),
 394     .init = atrac1_decode_init,
 395     .close = atrac1_decode_end,
 396     .decode = atrac1_decode_frame,
 397     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Atrac 1 (Adaptive TRansform Acoustic Coding)"),
 398 };