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 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  * 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 #include "avcodec.h"
  43 #include "get_bits.h"
  44 #include "internal.h"
  45 #include "atrac.h"
  46 #include "atrac3plus.h"
  47
  48 typedef struct ATRAC3PContext {
  49     GetBitContext gb;
  50     AVFloatDSPContext fdsp;
  51
  52     DECLARE_ALIGNED(32, float, samples)[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES];  ///< quantized MDCT spectrum
  53     DECLARE_ALIGNED(32, float, mdct_buf)[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES]; ///< output of the IMDCT
  54     DECLARE_ALIGNED(32, float, time_buf)[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES]; ///< output of the gain compensation
  55     DECLARE_ALIGNED(32, float, outp_buf)[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES];
  56
  57     AtracGCContext gainc_ctx;   ///< gain compensation context
  58     FFTContext mdct_ctx;
  59     FFTContext ipqf_dct_ctx;    ///< IDCT context used by IPQF
  60
  61     Atrac3pChanUnitCtx *ch_units;   ///< global channel units
  62
  63     int num_channel_blocks;     ///< number of channel blocks
  64     uint8_t channel_blocks[5];  ///< channel configuration descriptor
  65     uint64_t my_channel_layout; ///< current channel layout
  66 } ATRAC3PContext;
  67
  68 static av_cold int atrac3p_decode_close(AVCodecContext *avctx)
  69 {
  70     av_free(((ATRAC3PContext *)(avctx->priv_data))->ch_units);
  71
  72     return 0;
  73 }
  74
  75 static av_cold int set_channel_params(ATRAC3PContext *ctx,
  76                                       AVCodecContext *avctx)
  77 {
  78     memset(ctx->channel_blocks, 0, sizeof(ctx->channel_blocks));
  79
  80     switch (avctx->channels) {
  81     case 1:
  82         if (avctx->channel_layout != AV_CH_FRONT_LEFT)
  83             avctx->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_MONO;
  84
  85         ctx->num_channel_blocks = 1;
  86         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_MONO;
  87         break;
  88     case 2:
  89         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_STEREO;
  90         ctx->num_channel_blocks = 1;
  91         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
  92         break;
  93     case 3:
  94         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_SURROUND;
  95         ctx->num_channel_blocks = 2;
  96         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
  97         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
  98         break;
  99     case 4:
 100         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_4POINT0;
 101         ctx->num_channel_blocks = 3;
 102         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
 103         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
 104         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_MONO;
 105         break;
 106     case 6:
 107         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK;
 108         ctx->num_channel_blocks = 4;
 109         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
 110         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
 111         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_STEREO;
 112         ctx->channel_blocks[3]  = CH_UNIT_MONO;
 113         break;
 114     case 7:
 115         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_6POINT1_BACK;
 116         ctx->num_channel_blocks = 5;
 117         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
 118         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
 119         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_STEREO;
 120         ctx->channel_blocks[3]  = CH_UNIT_MONO;
 121         ctx->channel_blocks[4]  = CH_UNIT_MONO;
 122         break;
 123     case 8:
 124         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_7POINT1;
 125         ctx->num_channel_blocks = 5;
 126         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
 127         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
 128         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_STEREO;
 129         ctx->channel_blocks[3]  = CH_UNIT_STEREO;
 130         ctx->channel_blocks[4]  = CH_UNIT_MONO;
 131         break;
 132     default:
 133         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 134                "Unsupported channel count: %d!\n", avctx->channels);
 135         return AVERROR_INVALIDDATA;
 136     }
 137
 138     return 0;
 139 }
 140
 141 static av_cold int atrac3p_decode_init(AVCodecContext *avctx)
 142 {
 143     ATRAC3PContext *ctx = avctx->priv_data;
 144     int i, ch, ret;
 145
 146     if (!avctx->block_align) {
 147         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "block_align is not set\n");
 148         return AVERROR(EINVAL);
 149     }
 150
 151     ff_atrac3p_init_vlcs();
 152
 153     avpriv_float_dsp_init(&ctx->fdsp, avctx->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT);
 154
 155     /* initialize IPQF */
 156     ff_mdct_init(&ctx->ipqf_dct_ctx, 5, 1, 32.0 / 32768.0);
 157
 158     ff_atrac3p_init_imdct(avctx, &ctx->mdct_ctx);
 159
 160     ff_atrac_init_gain_compensation(&ctx->gainc_ctx, 6, 2);
 161
 162     ff_atrac3p_init_wave_synth();
 163
 164     if ((ret = set_channel_params(ctx, avctx)) < 0)
 165         return ret;
 166
 167     ctx->my_channel_layout = avctx->channel_layout;
 168
 169     ctx->ch_units = av_mallocz_array(ctx->num_channel_blocks, sizeof(*ctx->ch_units));
 170
 171     if (!ctx->ch_units) {
 172         atrac3p_decode_close(avctx);
 173         return AVERROR(ENOMEM);
 174     }
 175
 176     for (i = 0; i < ctx->num_channel_blocks; i++) {
 177         for (ch = 0; ch < 2; ch++) {
 178             ctx->ch_units[i].channels[ch].ch_num          = ch;
 179             ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape       = &ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_hist[0][0];
 180             ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_prev  = &ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_hist[1][0];
 181             ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data       = &ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_hist[0][0];
 182             ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_prev  = &ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_hist[1][0];
 183             ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info      = &ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_hist[0][0];
 184             ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_prev = &ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_hist[1][0];
 185         }
 186
 187         ctx->ch_units[i].waves_info      = &ctx->ch_units[i].wave_synth_hist[0];
 188         ctx->ch_units[i].waves_info_prev = &ctx->ch_units[i].wave_synth_hist[1];
 189     }
 190
 191     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_FLTP;
 192
 193     return 0;
 194 }
 195
 196 static void decode_residual_spectrum(Atrac3pChanUnitCtx *ctx,
 197                                      float out[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES],
 198                                      int num_channels,
 199                                      AVCodecContext *avctx)
 200 {
 201     int i, sb, ch, qu, nspeclines, RNG_index;
 202     float *dst, q;
 203     int16_t *src;
 204     /* calculate RNG table index for each subband */
 205     int sb_RNG_index[ATRAC3P_SUBBANDS] = { 0 };
 206
 207     if (ctx->mute_flag) {
 208         for (ch = 0; ch < num_channels; ch++)
 209             memset(out[ch], 0, ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(*out[ch]));
 210         return;
 211     }
 212
 213     for (qu = 0, RNG_index = 0; qu < ctx->used_quant_units; qu++)
 214         RNG_index += ctx->channels[0].qu_sf_idx[qu] +
 215                      ctx->channels[1].qu_sf_idx[qu];
 216
 217     for (sb = 0; sb < ctx->num_coded_subbands; sb++, RNG_index += 128)
 218         sb_RNG_index[sb] = RNG_index & 0x3FC;
 219
 220     /* inverse quant and power compensation */
 221     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
 222         /* clear channel's residual spectrum */
 223         memset(out[ch], 0, ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(*out[ch]));
 224
 225         for (qu = 0; qu < ctx->used_quant_units; qu++) {
 226             src        = &ctx->channels[ch].spectrum[ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu]];
 227             dst        = &out[ch][ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu]];
 228             nspeclines = ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu + 1] -
 229                          ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu];
 230
 231             if (ctx->channels[ch].qu_wordlen[qu] > 0) {
 232                 q = ff_atrac3p_sf_tab[ctx->channels[ch].qu_sf_idx[qu]] *
 233                     ff_atrac3p_mant_tab[ctx->channels[ch].qu_wordlen[qu]];
 234                 for (i = 0; i < nspeclines; i++)
 235                     dst[i] = src[i] * q;
 236             }
 237         }
 238
 239         for (sb = 0; sb < ctx->num_coded_subbands; sb++)
 240             ff_atrac3p_power_compensation(ctx, ch, &out[ch][0],
 241                                           sb_RNG_index[sb], sb);
 242     }
 243
 244     if (ctx->unit_type == CH_UNIT_STEREO) {
 245         for (sb = 0; sb < ctx->num_coded_subbands; sb++) {
 246             if (ctx->swap_channels[sb]) {
 247                 for (i = 0; i < ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES; i++)
 248                     FFSWAP(float, out[0][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i],
 249                                   out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i]);
 250             }
 251
 252             /* flip coefficients' sign if requested */
 253             if (ctx->negate_coeffs[sb])
 254                 for (i = 0; i < ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES; i++)
 255                     out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i] = -(out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i]);
 256         }
 257     }
 258 }
 259
 260 static void reconstruct_frame(ATRAC3PContext *ctx, Atrac3pChanUnitCtx *ch_unit,
 261                               int num_channels, AVCodecContext *avctx)
 262 {
 263     int ch, sb;
 264
 265     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
 266         for (sb = 0; sb < ch_unit->num_subbands; sb++) {
 267             /* inverse transform and windowing */
 268             ff_atrac3p_imdct(&ctx->fdsp, &ctx->mdct_ctx,
 269                              &ctx->samples[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 270                              &ctx->mdct_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 271                              (ch_unit->channels[ch].wnd_shape_prev[sb] << 1) +
 272                              ch_unit->channels[ch].wnd_shape[sb], sb);
 273
 274             /* gain compensation and overlapping */
 275             ff_atrac_gain_compensation(&ctx->gainc_ctx,
 276                                        &ctx->mdct_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 277                                        &ch_unit->prev_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 278                                        &ch_unit->channels[ch].gain_data_prev[sb],
 279                                        &ch_unit->channels[ch].gain_data[sb],
 280                                        ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES,
 281                                        &ctx->time_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]);
 282         }
 283
 284         /* zero unused subbands in both output and overlapping buffers */
 285         memset(&ch_unit->prev_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 286                0,
 287                (ATRAC3P_SUBBANDS - ch_unit->num_subbands) *
 288                ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES *
 289                sizeof(ch_unit->prev_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]));
 290         memset(&ctx->time_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 291                0,
 292                (ATRAC3P_SUBBANDS - ch_unit->num_subbands) *
 293                ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES *
 294                sizeof(ctx->time_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]));
 295
 296         /* resynthesize and add tonal signal */
 297         if (ch_unit->waves_info->tones_present ||
 298             ch_unit->waves_info_prev->tones_present) {
 299             for (sb = 0; sb < ch_unit->num_subbands; sb++)
 300                 if (ch_unit->channels[ch].tones_info[sb].num_wavs ||
 301                     ch_unit->channels[ch].tones_info_prev[sb].num_wavs) {
 302                     ff_atrac3p_generate_tones(ch_unit, &ctx->fdsp, ch, sb,
 303                                               &ctx->time_buf[ch][sb * 128]);
 304                 }
 305         }
 306
 307         /* subband synthesis and acoustic signal output */
 308         ff_atrac3p_ipqf(&ctx->ipqf_dct_ctx, &ch_unit->ipqf_ctx[ch],
 309                         &ctx->time_buf[ch][0], &ctx->outp_buf[ch][0]);
 310     }
 311
 312     /* swap window shape and gain control buffers. */
 313     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
 314         FFSWAP(uint8_t *, ch_unit->channels[ch].wnd_shape,
 315                ch_unit->channels[ch].wnd_shape_prev);
 316         FFSWAP(AtracGainInfo *, ch_unit->channels[ch].gain_data,
 317                ch_unit->channels[ch].gain_data_prev);
 318         FFSWAP(Atrac3pWavesData *, ch_unit->channels[ch].tones_info,
 319                ch_unit->channels[ch].tones_info_prev);
 320     }
 321
 322     FFSWAP(Atrac3pWaveSynthParams *, ch_unit->waves_info, ch_unit->waves_info_prev);
 323 }
 324
 325 static int atrac3p_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 326                                 int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 327 {
 328     ATRAC3PContext *ctx = avctx->priv_data;
 329     AVFrame *frame      = data;
 330     int i, ret, ch_unit_id, ch_block = 0, out_ch_index = 0, channels_to_process;
 331     float **samples_p = (float **)frame->extended_data;
 332
 333     frame->nb_samples = ATRAC3P_FRAME_SAMPLES;
 334     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0) {
 335         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
 336         return ret;
 337     }
 338
 339     if ((ret = init_get_bits8(&ctx->gb, avpkt->data, avpkt->size)) < 0)
 340         return ret;
 341
 342     if (get_bits1(&ctx->gb)) {
 343         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid start bit!\n");
 344         return AVERROR_INVALIDDATA;
 345     }
 346
 347     while (get_bits_left(&ctx->gb) >= 2 &&
 348            (ch_unit_id = get_bits(&ctx->gb, 2)) != CH_UNIT_TERMINATOR) {
 349         if (ch_unit_id == CH_UNIT_EXTENSION) {
 350             avpriv_report_missing_feature(avctx, "Channel unit extension");
 351             return AVERROR_PATCHWELCOME;
 352         }
 353         if (ch_block >= ctx->num_channel_blocks ||
 354             ctx->channel_blocks[ch_block] != ch_unit_id) {
 355             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 356                    "Frame data doesn't match channel configuration!\n");
 357             return AVERROR_INVALIDDATA;
 358         }
 359
 360         ctx->ch_units[ch_block].unit_type = ch_unit_id;
 361         channels_to_process               = ch_unit_id + 1;
 362
 363         if ((ret = ff_atrac3p_decode_channel_unit(&ctx->gb,
 364                                                   &ctx->ch_units[ch_block],
 365                                                   channels_to_process,
 366                                                   avctx)) < 0)
 367             return ret;
 368
 369         decode_residual_spectrum(&ctx->ch_units[ch_block], ctx->samples,
 370                                  channels_to_process, avctx);
 371         reconstruct_frame(ctx, &ctx->ch_units[ch_block],
 372                           channels_to_process, avctx);
 373
 374         for (i = 0; i < channels_to_process; i++)
 375             memcpy(samples_p[out_ch_index + i], ctx->outp_buf[i],
 376                    ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(**samples_p));
 377
 378         ch_block++;
 379         out_ch_index += channels_to_process;
 380     }
 381
 382     *got_frame_ptr = 1;
 383
 384     return avctx->block_align;
 385 }
 386
 387 AVCodec ff_atrac3p_decoder = {
 388     .name           = "atrac3plus",
 389     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("ATRAC3+ (Adaptive TRansform Acoustic Coding 3+)"),
 390     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 391     .id             = AV_CODEC_ID_ATRAC3P,
 392     .priv_data_size = sizeof(ATRAC3PContext),
 393     .init           = atrac3p_decode_init,
 394     .close          = atrac3p_decode_close,
 395     .decode         = atrac3p_decode_frame,
 396 };