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 #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     avpriv_float_dsp_init(&ctx->fdsp, avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_BITEXACT);
 152
 153     /* initialize IPQF */
 154     ff_mdct_init(&ctx->ipqf_dct_ctx, 5, 1, 32.0 / 32768.0);
 155
 156     ff_atrac3p_init_imdct(avctx, &ctx->mdct_ctx);
 157
 158     ff_atrac_init_gain_compensation(&ctx->gainc_ctx, 6, 2);
 159
 160     ff_atrac3p_init_wave_synth();
 161
 162     if ((ret = set_channel_params(ctx, avctx)) < 0)
 163         return ret;
 164
 165     ctx->my_channel_layout = avctx->channel_layout;
 166
 167     ctx->ch_units = av_mallocz(sizeof(*ctx->ch_units) *
 168                                ctx->num_channel_blocks);
 169     if (!ctx->ch_units) {
 170         atrac3p_decode_close(avctx);
 171         return AVERROR(ENOMEM);
 172     }
 173
 174     for (i = 0; i < ctx->num_channel_blocks; i++) {
 175         for (ch = 0; ch < 2; ch++) {
 176             ctx->ch_units[i].channels[ch].ch_num          = ch;
 177             ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape       = &ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_hist[0][0];
 178             ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_prev  = &ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_hist[1][0];
 179             ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data       = &ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_hist[0][0];
 180             ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_prev  = &ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_hist[1][0];
 181             ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info      = &ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_hist[0][0];
 182             ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_prev = &ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_hist[1][0];
 183         }
 184
 185         ctx->ch_units[i].waves_info      = &ctx->ch_units[i].wave_synth_hist[0];
 186         ctx->ch_units[i].waves_info_prev = &ctx->ch_units[i].wave_synth_hist[1];
 187     }
 188
 189     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_FLTP;
 190
 191     return 0;
 192 }
 193
 194 static void decode_residual_spectrum(Atrac3pChanUnitCtx *ctx,
 195                                      float out[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES],
 196                                      int num_channels,
 197                                      AVCodecContext *avctx)
 198 {
 199     int i, sb, ch, qu, nspeclines, RNG_index;
 200     float *dst, q;
 201     int16_t *src;
 202     /* calculate RNG table index for each subband */
 203     int sb_RNG_index[ATRAC3P_SUBBANDS] = { 0 };
 204
 205     if (ctx->mute_flag) {
 206         for (ch = 0; ch < num_channels; ch++)
 207             memset(out[ch], 0, ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(*out[ch]));
 208         return;
 209     }
 210
 211     for (qu = 0, RNG_index = 0; qu < ctx->used_quant_units; qu++)
 212         RNG_index += ctx->channels[0].qu_sf_idx[qu] +
 213                      ctx->channels[1].qu_sf_idx[qu];
 214
 215     for (sb = 0; sb < ctx->num_coded_subbands; sb++, RNG_index += 128)
 216         sb_RNG_index[sb] = RNG_index & 0x3FC;
 217
 218     /* inverse quant and power compensation */
 219     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
 220         /* clear channel's residual spectrum */
 221         memset(out[ch], 0, ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(*out[ch]));
 222
 223         for (qu = 0; qu < ctx->used_quant_units; qu++) {
 224             src        = &ctx->channels[ch].spectrum[ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu]];
 225             dst        = &out[ch][ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu]];
 226             nspeclines = ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu + 1] -
 227                          ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu];
 228
 229             if (ctx->channels[ch].qu_wordlen[qu] > 0) {
 230                 q = ff_atrac3p_sf_tab[ctx->channels[ch].qu_sf_idx[qu]] *
 231                     ff_atrac3p_mant_tab[ctx->channels[ch].qu_wordlen[qu]];
 232                 for (i = 0; i < nspeclines; i++)
 233                     dst[i] = src[i] * q;
 234             }
 235         }
 236
 237         for (sb = 0; sb < ctx->num_coded_subbands; sb++)
 238             ff_atrac3p_power_compensation(ctx, ch, &out[ch][0],
 239                                           sb_RNG_index[sb], sb);
 240     }
 241
 242     if (ctx->unit_type == CH_UNIT_STEREO) {
 243         for (sb = 0; sb < ctx->num_coded_subbands; sb++) {
 244             if (ctx->swap_channels[sb]) {
 245                 for (i = 0; i < ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES; i++)
 246                     FFSWAP(float, out[0][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i],
 247                                   out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i]);
 248             }
 249
 250             /* flip coefficients' sign if requested */
 251             if (ctx->negate_coeffs[sb])
 252                 for (i = 0; i < ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES; i++)
 253                     out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i] = -(out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i]);
 254         }
 255     }
 256 }
 257
 258 static void reconstruct_frame(ATRAC3PContext *ctx, Atrac3pChanUnitCtx *ch_unit,
 259                               int num_channels, AVCodecContext *avctx)
 260 {
 261     int ch, sb;
 262
 263     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
 264         for (sb = 0; sb < ch_unit->num_subbands; sb++) {
 265             /* inverse transform and windowing */
 266             ff_atrac3p_imdct(&ctx->fdsp, &ctx->mdct_ctx,
 267                              &ctx->samples[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 268                              &ctx->mdct_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 269                              (ch_unit->channels[ch].wnd_shape_prev[sb] << 1) +
 270                              ch_unit->channels[ch].wnd_shape[sb], sb);
 271
 272             /* gain compensation and overlapping */
 273             ff_atrac_gain_compensation(&ctx->gainc_ctx,
 274                                        &ctx->mdct_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 275                                        &ch_unit->prev_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 276                                        &ch_unit->channels[ch].gain_data_prev[sb],
 277                                        &ch_unit->channels[ch].gain_data[sb],
 278                                        ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES,
 279                                        &ctx->time_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]);
 280         }
 281
 282         /* zero unused subbands in both output and overlapping buffers */
 283         memset(&ch_unit->prev_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 284                0,
 285                (ATRAC3P_SUBBANDS - ch_unit->num_subbands) *
 286                ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES *
 287                sizeof(ch_unit->prev_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]));
 288         memset(&ctx->time_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 289                0,
 290                (ATRAC3P_SUBBANDS - ch_unit->num_subbands) *
 291                ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES *
 292                sizeof(ctx->time_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]));
 293
 294         /* resynthesize and add tonal signal */
 295         if (ch_unit->waves_info->tones_present ||
 296             ch_unit->waves_info_prev->tones_present) {
 297             for (sb = 0; sb < ch_unit->num_subbands; sb++)
 298                 if (ch_unit->channels[ch].tones_info[sb].num_wavs ||
 299                     ch_unit->channels[ch].tones_info_prev[sb].num_wavs) {
 300                     ff_atrac3p_generate_tones(ch_unit, &ctx->fdsp, ch, sb,
 301                                               &ctx->time_buf[ch][sb * 128]);
 302                 }
 303         }
 304
 305         /* subband synthesis and acoustic signal output */
 306         ff_atrac3p_ipqf(&ctx->ipqf_dct_ctx, &ch_unit->ipqf_ctx[ch],
 307                         &ctx->time_buf[ch][0], &ctx->outp_buf[ch][0]);
 308     }
 309
 310     /* swap window shape and gain control buffers. */
 311     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
 312         FFSWAP(uint8_t *, ch_unit->channels[ch].wnd_shape,
 313                ch_unit->channels[ch].wnd_shape_prev);
 314         FFSWAP(AtracGainInfo *, ch_unit->channels[ch].gain_data,
 315                ch_unit->channels[ch].gain_data_prev);
 316         FFSWAP(Atrac3pWavesData *, ch_unit->channels[ch].tones_info,
 317                ch_unit->channels[ch].tones_info_prev);
 318     }
 319
 320     FFSWAP(Atrac3pWaveSynthParams *, ch_unit->waves_info, ch_unit->waves_info_prev);
 321 }
 322
 323 static int atrac3p_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 324                                 int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 325 {
 326     ATRAC3PContext *ctx = avctx->priv_data;
 327     AVFrame *frame      = data;
 328     int i, ret, ch_unit_id, ch_block = 0, out_ch_index = 0, channels_to_process;
 329     float **samples_p = (float **)frame->extended_data;
 330
 331     frame->nb_samples = ATRAC3P_FRAME_SAMPLES;
 332     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0) {
 333         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
 334         return ret;
 335     }
 336
 337     if ((ret = init_get_bits8(&ctx->gb, avpkt->data, avpkt->size)) < 0)
 338         return ret;
 339
 340     if (get_bits1(&ctx->gb)) {
 341         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid start bit!\n");
 342         return AVERROR_INVALIDDATA;
 343     }
 344
 345     while (get_bits_left(&ctx->gb) >= 2 &&
 346            (ch_unit_id = get_bits(&ctx->gb, 2)) != CH_UNIT_TERMINATOR) {
 347         if (ch_unit_id == CH_UNIT_EXTENSION) {
 348             avpriv_report_missing_feature(avctx, "Channel unit extension");
 349             return AVERROR_PATCHWELCOME;
 350         }
 351         if (ch_block >= ctx->num_channel_blocks ||
 352             ctx->channel_blocks[ch_block] != ch_unit_id) {
 353             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 354                    "Frame data doesn't match channel configuration!\n");
 355             return AVERROR_INVALIDDATA;
 356         }
 357
 358         ctx->ch_units[ch_block].unit_type = ch_unit_id;
 359         channels_to_process               = ch_unit_id + 1;
 360
 361         if ((ret = ff_atrac3p_decode_channel_unit(&ctx->gb,
 362                                                   &ctx->ch_units[ch_block],
 363                                                   channels_to_process,
 364                                                   avctx)) < 0)
 365             return ret;
 366
 367         decode_residual_spectrum(&ctx->ch_units[ch_block], ctx->samples,
 368                                  channels_to_process, avctx);
 369         reconstruct_frame(ctx, &ctx->ch_units[ch_block],
 370                           channels_to_process, avctx);
 371
 372         for (i = 0; i < channels_to_process; i++)
 373             memcpy(samples_p[out_ch_index + i], ctx->outp_buf[i],
 374                    ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(**samples_p));
 375
 376         ch_block++;
 377         out_ch_index += channels_to_process;
 378     }
 379
 380     *got_frame_ptr = 1;
 381
 382     return avctx->block_align;
 383 }
 384
 385 AVCodec ff_atrac3p_decoder = {
 386     .name             = "atrac3plus",
 387     .long_name        = NULL_IF_CONFIG_SMALL("ATRAC3+ (Adaptive TRansform Acoustic Coding 3+)"),
 388     .type             = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 389     .id               = AV_CODEC_ID_ATRAC3P,
 390     .capabilities     = AV_CODEC_CAP_DR1,
 391     .priv_data_size   = sizeof(ATRAC3PContext),
 392     .init             = atrac3p_decode_init,
 393     .init_static_data = ff_atrac3p_init_vlcs,
 394     .close            = atrac3p_decode_close,
 395     .decode           = atrac3p_decode_frame,
 396 };