git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/atrac3plusdec.c

   1 /*
   2  * ATRAC3+ compatible decoder
   3  *
   4  * Copyright (c) 2010-2013 Maxim Poliakovski
   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  * Sony ATRAC3+ compatible decoder.
  26  *
  27  * Container formats used to store its data:
  28  * RIFF WAV (.at3) and Sony OpenMG (.oma, .aa3).
  29  *
  30  * Technical description of this codec can be found here:
  31  * http://wiki.multimedia.cx/index.php?title=ATRAC3plus
  32  *
  33  * Kudos to Benjamin Larsson and Michael Karcher
  34  * for their precious technical help!
  35  */
  36
  37 #include <stdint.h>
  38 #include <string.h>
  39
  40 #include "libavutil/channel_layout.h"
  41 #include "libavutil/float_dsp.h"
  42
  43 #include "avcodec.h"
  44 #include "bitstream.h"
  45 #include "internal.h"
  46 #include "atrac.h"
  47 #include "atrac3plus.h"
  48
  49 typedef struct ATRAC3PContext {
  50     BitstreamContext bc;
  51     AVFloatDSPContext fdsp;
  52
  53     DECLARE_ALIGNED(32, float, samples)[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES];  ///< quantized MDCT spectrum
  54     DECLARE_ALIGNED(32, float, mdct_buf)[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES]; ///< output of the IMDCT
  55     DECLARE_ALIGNED(32, float, time_buf)[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES]; ///< output of the gain compensation
  56     DECLARE_ALIGNED(32, float, outp_buf)[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES];
  57
  58     AtracGCContext gainc_ctx;   ///< gain compensation context
  59     FFTContext mdct_ctx;
  60     FFTContext ipqf_dct_ctx;    ///< IDCT context used by IPQF
  61
  62     Atrac3pChanUnitCtx *ch_units;   ///< global channel units
  63
  64     int num_channel_blocks;     ///< number of channel blocks
  65     uint8_t channel_blocks[5];  ///< channel configuration descriptor
  66     uint64_t my_channel_layout; ///< current channel layout
  67 } ATRAC3PContext;
  68
  69 static av_cold int atrac3p_decode_close(AVCodecContext *avctx)
  70 {
  71     av_free(((ATRAC3PContext *)(avctx->priv_data))->ch_units);
  72
  73     return 0;
  74 }
  75
  76 static av_cold int set_channel_params(ATRAC3PContext *ctx,
  77                                       AVCodecContext *avctx)
  78 {
  79     memset(ctx->channel_blocks, 0, sizeof(ctx->channel_blocks));
  80
  81     switch (avctx->channels) {
  82     case 1:
  83         if (avctx->channel_layout != AV_CH_FRONT_LEFT)
  84             avctx->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_MONO;
  85
  86         ctx->num_channel_blocks = 1;
  87         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_MONO;
  88         break;
  89     case 2:
  90         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_STEREO;
  91         ctx->num_channel_blocks = 1;
  92         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
  93         break;
  94     case 3:
  95         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_SURROUND;
  96         ctx->num_channel_blocks = 2;
  97         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
  98         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
  99         break;
 100     case 4:
 101         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_4POINT0;
 102         ctx->num_channel_blocks = 3;
 103         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
 104         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
 105         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_MONO;
 106         break;
 107     case 6:
 108         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK;
 109         ctx->num_channel_blocks = 4;
 110         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
 111         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
 112         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_STEREO;
 113         ctx->channel_blocks[3]  = CH_UNIT_MONO;
 114         break;
 115     case 7:
 116         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_6POINT1_BACK;
 117         ctx->num_channel_blocks = 5;
 118         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
 119         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
 120         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_STEREO;
 121         ctx->channel_blocks[3]  = CH_UNIT_MONO;
 122         ctx->channel_blocks[4]  = CH_UNIT_MONO;
 123         break;
 124     case 8:
 125         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_7POINT1;
 126         ctx->num_channel_blocks = 5;
 127         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
 128         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
 129         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_STEREO;
 130         ctx->channel_blocks[3]  = CH_UNIT_STEREO;
 131         ctx->channel_blocks[4]  = CH_UNIT_MONO;
 132         break;
 133     default:
 134         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 135                "Unsupported channel count: %d!\n", avctx->channels);
 136         return AVERROR_INVALIDDATA;
 137     }
 138
 139     return 0;
 140 }
 141
 142 static av_cold int atrac3p_decode_init(AVCodecContext *avctx)
 143 {
 144     ATRAC3PContext *ctx = avctx->priv_data;
 145     int i, ch, ret;
 146
 147     if (!avctx->block_align) {
 148         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "block_align is not set\n");
 149         return AVERROR(EINVAL);
 150     }
 151
 152     avpriv_float_dsp_init(&ctx->fdsp, avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_BITEXACT);
 153
 154     /* initialize IPQF */
 155     ff_mdct_init(&ctx->ipqf_dct_ctx, 5, 1, 32.0 / 32768.0);
 156
 157     ff_atrac3p_init_imdct(avctx, &ctx->mdct_ctx);
 158
 159     ff_atrac_init_gain_compensation(&ctx->gainc_ctx, 6, 2);
 160
 161     ff_atrac3p_init_wave_synth();
 162
 163     if ((ret = set_channel_params(ctx, avctx)) < 0)
 164         return ret;
 165
 166     ctx->my_channel_layout = avctx->channel_layout;
 167
 168     ctx->ch_units = av_mallocz(sizeof(*ctx->ch_units) *
 169                                ctx->num_channel_blocks);
 170     if (!ctx->ch_units) {
 171         atrac3p_decode_close(avctx);
 172         return AVERROR(ENOMEM);
 173     }
 174
 175     for (i = 0; i < ctx->num_channel_blocks; i++) {
 176         for (ch = 0; ch < 2; ch++) {
 177             ctx->ch_units[i].channels[ch].ch_num          = ch;
 178             ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape       = &ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_hist[0][0];
 179             ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_prev  = &ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_hist[1][0];
 180             ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data       = &ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_hist[0][0];
 181             ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_prev  = &ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_hist[1][0];
 182             ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info      = &ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_hist[0][0];
 183             ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_prev = &ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_hist[1][0];
 184         }
 185
 186         ctx->ch_units[i].waves_info      = &ctx->ch_units[i].wave_synth_hist[0];
 187         ctx->ch_units[i].waves_info_prev = &ctx->ch_units[i].wave_synth_hist[1];
 188     }
 189
 190     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_FLTP;
 191
 192     return 0;
 193 }
 194
 195 static void decode_residual_spectrum(Atrac3pChanUnitCtx *ctx,
 196                                      float out[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES],
 197                                      int num_channels,
 198                                      AVCodecContext *avctx)
 199 {
 200     int i, sb, ch, qu, nspeclines, RNG_index;
 201     float *dst, q;
 202     int16_t *src;
 203     /* calculate RNG table index for each subband */
 204     int sb_RNG_index[ATRAC3P_SUBBANDS] = { 0 };
 205
 206     if (ctx->mute_flag) {
 207         for (ch = 0; ch < num_channels; ch++)
 208             memset(out[ch], 0, ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(*out[ch]));
 209         return;
 210     }
 211
 212     for (qu = 0, RNG_index = 0; qu < ctx->used_quant_units; qu++)
 213         RNG_index += ctx->channels[0].qu_sf_idx[qu] +
 214                      ctx->channels[1].qu_sf_idx[qu];
 215
 216     for (sb = 0; sb < ctx->num_coded_subbands; sb++, RNG_index += 128)
 217         sb_RNG_index[sb] = RNG_index & 0x3FC;
 218
 219     /* inverse quant and power compensation */
 220     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
 221         /* clear channel's residual spectrum */
 222         memset(out[ch], 0, ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(*out[ch]));
 223
 224         for (qu = 0; qu < ctx->used_quant_units; qu++) {
 225             src        = &ctx->channels[ch].spectrum[ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu]];
 226             dst        = &out[ch][ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu]];
 227             nspeclines = ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu + 1] -
 228                          ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu];
 229
 230             if (ctx->channels[ch].qu_wordlen[qu] > 0) {
 231                 q = ff_atrac3p_sf_tab[ctx->channels[ch].qu_sf_idx[qu]] *
 232                     ff_atrac3p_mant_tab[ctx->channels[ch].qu_wordlen[qu]];
 233                 for (i = 0; i < nspeclines; i++)
 234                     dst[i] = src[i] * q;
 235             }
 236         }
 237
 238         for (sb = 0; sb < ctx->num_coded_subbands; sb++)
 239             ff_atrac3p_power_compensation(ctx, ch, &out[ch][0],
 240                                           sb_RNG_index[sb], sb);
 241     }
 242
 243     if (ctx->unit_type == CH_UNIT_STEREO) {
 244         for (sb = 0; sb < ctx->num_coded_subbands; sb++) {
 245             if (ctx->swap_channels[sb]) {
 246                 for (i = 0; i < ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES; i++)
 247                     FFSWAP(float, out[0][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i],
 248                                   out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i]);
 249             }
 250
 251             /* flip coefficients' sign if requested */
 252             if (ctx->negate_coeffs[sb])
 253                 for (i = 0; i < ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES; i++)
 254                     out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i] = -(out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i]);
 255         }
 256     }
 257 }
 258
 259 static void reconstruct_frame(ATRAC3PContext *ctx, Atrac3pChanUnitCtx *ch_unit,
 260                               int num_channels, AVCodecContext *avctx)
 261 {
 262     int ch, sb;
 263
 264     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
 265         for (sb = 0; sb < ch_unit->num_subbands; sb++) {
 266             /* inverse transform and windowing */
 267             ff_atrac3p_imdct(&ctx->fdsp, &ctx->mdct_ctx,
 268                              &ctx->samples[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 269                              &ctx->mdct_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 270                              (ch_unit->channels[ch].wnd_shape_prev[sb] << 1) +
 271                              ch_unit->channels[ch].wnd_shape[sb], sb);
 272
 273             /* gain compensation and overlapping */
 274             ff_atrac_gain_compensation(&ctx->gainc_ctx,
 275                                        &ctx->mdct_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 276                                        &ch_unit->prev_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 277                                        &ch_unit->channels[ch].gain_data_prev[sb],
 278                                        &ch_unit->channels[ch].gain_data[sb],
 279                                        ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES,
 280                                        &ctx->time_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]);
 281         }
 282
 283         /* zero unused subbands in both output and overlapping buffers */
 284         memset(&ch_unit->prev_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 285                0,
 286                (ATRAC3P_SUBBANDS - ch_unit->num_subbands) *
 287                ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES *
 288                sizeof(ch_unit->prev_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]));
 289         memset(&ctx->time_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 290                0,
 291                (ATRAC3P_SUBBANDS - ch_unit->num_subbands) *
 292                ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES *
 293                sizeof(ctx->time_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]));
 294
 295         /* resynthesize and add tonal signal */
 296         if (ch_unit->waves_info->tones_present ||
 297             ch_unit->waves_info_prev->tones_present) {
 298             for (sb = 0; sb < ch_unit->num_subbands; sb++)
 299                 if (ch_unit->channels[ch].tones_info[sb].num_wavs ||
 300                     ch_unit->channels[ch].tones_info_prev[sb].num_wavs) {
 301                     ff_atrac3p_generate_tones(ch_unit, &ctx->fdsp, ch, sb,
 302                                               &ctx->time_buf[ch][sb * 128]);
 303                 }
 304         }
 305
 306         /* subband synthesis and acoustic signal output */
 307         ff_atrac3p_ipqf(&ctx->ipqf_dct_ctx, &ch_unit->ipqf_ctx[ch],
 308                         &ctx->time_buf[ch][0], &ctx->outp_buf[ch][0]);
 309     }
 310
 311     /* swap window shape and gain control buffers. */
 312     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
 313         FFSWAP(uint8_t *, ch_unit->channels[ch].wnd_shape,
 314                ch_unit->channels[ch].wnd_shape_prev);
 315         FFSWAP(AtracGainInfo *, ch_unit->channels[ch].gain_data,
 316                ch_unit->channels[ch].gain_data_prev);
 317         FFSWAP(Atrac3pWavesData *, ch_unit->channels[ch].tones_info,
 318                ch_unit->channels[ch].tones_info_prev);
 319     }
 320
 321     FFSWAP(Atrac3pWaveSynthParams *, ch_unit->waves_info, ch_unit->waves_info_prev);
 322 }
 323
 324 static int atrac3p_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 325                                 int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 326 {
 327     ATRAC3PContext *ctx = avctx->priv_data;
 328     AVFrame *frame      = data;
 329     int i, ret, ch_unit_id, ch_block = 0, out_ch_index = 0, channels_to_process;
 330     float **samples_p = (float **)frame->extended_data;
 331
 332     frame->nb_samples = ATRAC3P_FRAME_SAMPLES;
 333     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0) {
 334         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
 335         return ret;
 336     }
 337
 338     if ((ret = bitstream_init8(&ctx->bc, avpkt->data, avpkt->size)) < 0)
 339         return ret;
 340
 341     if (bitstream_read_bit(&ctx->bc)) {
 342         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid start bit!\n");
 343         return AVERROR_INVALIDDATA;
 344     }
 345
 346     while (bitstream_bits_left(&ctx->bc) >= 2 &&
 347            (ch_unit_id = bitstream_read(&ctx->bc, 2)) != CH_UNIT_TERMINATOR) {
 348         if (ch_unit_id == CH_UNIT_EXTENSION) {
 349             avpriv_report_missing_feature(avctx, "Channel unit extension");
 350             return AVERROR_PATCHWELCOME;
 351         }
 352         if (ch_block >= ctx->num_channel_blocks ||
 353             ctx->channel_blocks[ch_block] != ch_unit_id) {
 354             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 355                    "Frame data doesn't match channel configuration!\n");
 356             return AVERROR_INVALIDDATA;
 357         }
 358
 359         ctx->ch_units[ch_block].unit_type = ch_unit_id;
 360         channels_to_process               = ch_unit_id + 1;
 361
 362         if ((ret = ff_atrac3p_decode_channel_unit(&ctx->bc,
 363                                                   &ctx->ch_units[ch_block],
 364                                                   channels_to_process,
 365                                                   avctx)) < 0)
 366             return ret;
 367
 368         decode_residual_spectrum(&ctx->ch_units[ch_block], ctx->samples,
 369                                  channels_to_process, avctx);
 370         reconstruct_frame(ctx, &ctx->ch_units[ch_block],
 371                           channels_to_process, avctx);
 372
 373         for (i = 0; i < channels_to_process; i++)
 374             memcpy(samples_p[out_ch_index + i], ctx->outp_buf[i],
 375                    ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(**samples_p));
 376
 377         ch_block++;
 378         out_ch_index += channels_to_process;
 379     }
 380
 381     *got_frame_ptr = 1;
 382
 383     return avctx->block_align;
 384 }
 385
 386 AVCodec ff_atrac3p_decoder = {
 387     .name             = "atrac3plus",
 388     .long_name        = NULL_IF_CONFIG_SMALL("ATRAC3+ (Adaptive TRansform Acoustic Coding 3+)"),
 389     .type             = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 390     .id               = AV_CODEC_ID_ATRAC3P,
 391     .capabilities     = AV_CODEC_CAP_DR1,
 392     .priv_data_size   = sizeof(ATRAC3PContext),
 393     .init             = atrac3p_decode_init,
 394     .init_static_data = ff_atrac3p_init_vlcs,
 395     .close            = atrac3p_decode_close,
 396     .decode           = atrac3p_decode_frame,
 397 };