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->channel_layout) {
  81     case AV_CH_FRONT_LEFT:
  82     case AV_CH_LAYOUT_MONO:
  83         ctx->num_channel_blocks = 1;
  84         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_MONO;
  85         break;
  86     case AV_CH_LAYOUT_STEREO:
  87         ctx->num_channel_blocks = 1;
  88         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
  89         break;
  90     case AV_CH_LAYOUT_SURROUND:
  91         ctx->num_channel_blocks = 2;
  92         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
  93         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
  94         break;
  95     case AV_CH_LAYOUT_4POINT0:
  96         ctx->num_channel_blocks = 3;
  97         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
  98         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
  99         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_MONO;
 100         break;
 101     case AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK:
 102         ctx->num_channel_blocks = 4;
 103         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
 104         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
 105         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_STEREO;
 106         ctx->channel_blocks[3]  = CH_UNIT_MONO;
 107         break;
 108     case AV_CH_LAYOUT_6POINT1_BACK:
 109         ctx->num_channel_blocks = 5;
 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         ctx->channel_blocks[4]  = CH_UNIT_MONO;
 115         break;
 116     case AV_CH_LAYOUT_7POINT1:
 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_STEREO;
 122         ctx->channel_blocks[4]  = CH_UNIT_MONO;
 123         break;
 124     default:
 125         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 126                "Unsupported channel layout: %"PRIx64"!\n", avctx->channel_layout);
 127         return AVERROR_INVALIDDATA;
 128     }
 129
 130     return 0;
 131 }
 132
 133 static av_cold int atrac3p_decode_init(AVCodecContext *avctx)
 134 {
 135     ATRAC3PContext *ctx = avctx->priv_data;
 136     int i, ch, ret;
 137
 138     ff_atrac3p_init_vlcs();
 139
 140     avpriv_float_dsp_init(&ctx->fdsp, avctx->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT);
 141
 142     /* initialize IPQF */
 143     ff_mdct_init(&ctx->ipqf_dct_ctx, 5, 1, 32.0 / 32768.0);
 144
 145     ff_atrac3p_init_imdct(avctx, &ctx->mdct_ctx);
 146
 147     ff_atrac_init_gain_compensation(&ctx->gainc_ctx, 6, 2);
 148
 149     ff_atrac3p_init_wave_synth();
 150
 151     if ((ret = set_channel_params(ctx, avctx)) < 0)
 152         return ret;
 153
 154     ctx->my_channel_layout = avctx->channel_layout;
 155
 156     ctx->ch_units = av_mallocz(sizeof(*ctx->ch_units) *
 157                                ctx->num_channel_blocks);
 158     if (!ctx->ch_units) {
 159         atrac3p_decode_close(avctx);
 160         return AVERROR(ENOMEM);
 161     }
 162
 163     for (i = 0; i < ctx->num_channel_blocks; i++) {
 164         for (ch = 0; ch < 2; ch++) {
 165             ctx->ch_units[i].channels[ch].ch_num          = ch;
 166             ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape       = &ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_hist[0][0];
 167             ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_prev  = &ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_hist[1][0];
 168             ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data       = &ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_hist[0][0];
 169             ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_prev  = &ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_hist[1][0];
 170             ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info      = &ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_hist[0][0];
 171             ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_prev = &ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_hist[1][0];
 172         }
 173
 174         ctx->ch_units[i].waves_info      = &ctx->ch_units[i].wave_synth_hist[0];
 175         ctx->ch_units[i].waves_info_prev = &ctx->ch_units[i].wave_synth_hist[1];
 176     }
 177
 178     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_FLTP;
 179
 180     return 0;
 181 }
 182
 183 static void decode_residual_spectrum(Atrac3pChanUnitCtx *ctx,
 184                                      float out[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES],
 185                                      int num_channels,
 186                                      AVCodecContext *avctx)
 187 {
 188     int i, sb, ch, qu, nspeclines, RNG_index;
 189     float *dst, q;
 190     int16_t *src;
 191     /* calculate RNG table index for each subband */
 192     int sb_RNG_index[ATRAC3P_SUBBANDS] = { 0 };
 193
 194     if (ctx->mute_flag) {
 195         for (ch = 0; ch < num_channels; ch++)
 196             memset(out[ch], 0, ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(*out[ch]));
 197         return;
 198     }
 199
 200     for (qu = 0, RNG_index = 0; qu < ctx->used_quant_units; qu++)
 201         RNG_index += ctx->channels[0].qu_sf_idx[qu] +
 202                      ctx->channels[1].qu_sf_idx[qu];
 203
 204     for (sb = 0; sb < ctx->num_coded_subbands; sb++, RNG_index += 128)
 205         sb_RNG_index[sb] = RNG_index & 0x3FC;
 206
 207     /* inverse quant and power compensation */
 208     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
 209         /* clear channel's residual spectrum */
 210         memset(out[ch], 0, ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(*out[ch]));
 211
 212         for (qu = 0; qu < ctx->used_quant_units; qu++) {
 213             src        = &ctx->channels[ch].spectrum[ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu]];
 214             dst        = &out[ch][ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu]];
 215             nspeclines = ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu + 1] -
 216                          ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu];
 217
 218             if (ctx->channels[ch].qu_wordlen[qu] > 0) {
 219                 q = ff_atrac3p_sf_tab[ctx->channels[ch].qu_sf_idx[qu]] *
 220                     ff_atrac3p_mant_tab[ctx->channels[ch].qu_wordlen[qu]];
 221                 for (i = 0; i < nspeclines; i++)
 222                     dst[i] = src[i] * q;
 223             }
 224         }
 225
 226         for (sb = 0; sb < ctx->num_coded_subbands; sb++)
 227             ff_atrac3p_power_compensation(ctx, ch, &out[ch][0],
 228                                           sb_RNG_index[sb], sb);
 229     }
 230
 231     if (ctx->unit_type == CH_UNIT_STEREO) {
 232         for (sb = 0; sb < ctx->num_coded_subbands; sb++) {
 233             if (ctx->swap_channels[sb]) {
 234                 for (i = 0; i < ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES; i++)
 235                     FFSWAP(float, out[0][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i],
 236                                   out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i]);
 237             }
 238
 239             /* flip coefficients' sign if requested */
 240             if (ctx->negate_coeffs[sb])
 241                 for (i = 0; i < ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES; i++)
 242                     out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i] = -(out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i]);
 243         }
 244     }
 245 }
 246
 247 static void reconstruct_frame(ATRAC3PContext *ctx, Atrac3pChanUnitCtx *ch_unit,
 248                               int num_channels, AVCodecContext *avctx)
 249 {
 250     int ch, sb;
 251
 252     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
 253         for (sb = 0; sb < ch_unit->num_subbands; sb++) {
 254             /* inverse transform and windowing */
 255             ff_atrac3p_imdct(&ctx->fdsp, &ctx->mdct_ctx,
 256                              &ctx->samples[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 257                              &ctx->mdct_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 258                              (ch_unit->channels[ch].wnd_shape_prev[sb] << 1) +
 259                              ch_unit->channels[ch].wnd_shape[sb], sb);
 260
 261             /* gain compensation and overlapping */
 262             ff_atrac_gain_compensation(&ctx->gainc_ctx,
 263                                        &ctx->mdct_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 264                                        &ch_unit->prev_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 265                                        &ch_unit->channels[ch].gain_data_prev[sb],
 266                                        &ch_unit->channels[ch].gain_data[sb],
 267                                        ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES,
 268                                        &ctx->time_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]);
 269         }
 270
 271         /* zero unused subbands in both output and overlapping buffers */
 272         memset(&ch_unit->prev_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 273                0,
 274                (ATRAC3P_SUBBANDS - ch_unit->num_subbands) *
 275                ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES *
 276                sizeof(ch_unit->prev_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]));
 277         memset(&ctx->time_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 278                0,
 279                (ATRAC3P_SUBBANDS - ch_unit->num_subbands) *
 280                ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES *
 281                sizeof(ctx->time_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]));
 282
 283         /* resynthesize and add tonal signal */
 284         if (ch_unit->waves_info->tones_present ||
 285             ch_unit->waves_info_prev->tones_present) {
 286             for (sb = 0; sb < ch_unit->num_subbands; sb++)
 287                 if (ch_unit->channels[ch].tones_info[sb].num_wavs ||
 288                     ch_unit->channels[ch].tones_info_prev[sb].num_wavs) {
 289                     ff_atrac3p_generate_tones(ch_unit, &ctx->fdsp, ch, sb,
 290                                               &ctx->time_buf[ch][sb * 128]);
 291                 }
 292         }
 293
 294         /* subband synthesis and acoustic signal output */
 295         ff_atrac3p_ipqf(&ctx->ipqf_dct_ctx, &ch_unit->ipqf_ctx[ch],
 296                         &ctx->time_buf[ch][0], &ctx->outp_buf[ch][0]);
 297     }
 298
 299     /* swap window shape and gain control buffers. */
 300     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
 301         FFSWAP(uint8_t *, ch_unit->channels[ch].wnd_shape,
 302                ch_unit->channels[ch].wnd_shape_prev);
 303         FFSWAP(AtracGainInfo *, ch_unit->channels[ch].gain_data,
 304                ch_unit->channels[ch].gain_data_prev);
 305         FFSWAP(Atrac3pWavesData *, ch_unit->channels[ch].tones_info,
 306                ch_unit->channels[ch].tones_info_prev);
 307     }
 308
 309     FFSWAP(Atrac3pWaveSynthParams *, ch_unit->waves_info, ch_unit->waves_info_prev);
 310 }
 311
 312 static int atrac3p_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 313                                 int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 314 {
 315     ATRAC3PContext *ctx = avctx->priv_data;
 316     AVFrame *frame      = data;
 317     int i, ret, ch_unit_id, ch_block = 0, out_ch_index = 0, channels_to_process;
 318     float **samples_p = (float **)frame->extended_data;
 319
 320     frame->nb_samples = ATRAC3P_FRAME_SAMPLES;
 321     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0) {
 322         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
 323         return ret;
 324     }
 325
 326     if ((ret = init_get_bits8(&ctx->gb, avpkt->data, avpkt->size)) < 0)
 327         return ret;
 328
 329     if (get_bits1(&ctx->gb)) {
 330         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid start bit!\n");
 331         return AVERROR_INVALIDDATA;
 332     }
 333
 334     while (get_bits_left(&ctx->gb) >= 2 &&
 335            (ch_unit_id = get_bits(&ctx->gb, 2)) != CH_UNIT_TERMINATOR) {
 336         if (ch_unit_id == CH_UNIT_EXTENSION) {
 337             avpriv_report_missing_feature(avctx, "Channel unit extension");
 338             return AVERROR_PATCHWELCOME;
 339         }
 340         if (ch_block >= ctx->num_channel_blocks ||
 341             ctx->channel_blocks[ch_block] != ch_unit_id) {
 342             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 343                    "Frame data doesn't match channel configuration!\n");
 344             return AVERROR_INVALIDDATA;
 345         }
 346
 347         ctx->ch_units[ch_block].unit_type = ch_unit_id;
 348         channels_to_process               = ch_unit_id + 1;
 349
 350         if ((ret = ff_atrac3p_decode_channel_unit(&ctx->gb,
 351                                                   &ctx->ch_units[ch_block],
 352                                                   channels_to_process,
 353                                                   avctx)) < 0)
 354             return ret;
 355
 356         decode_residual_spectrum(&ctx->ch_units[ch_block], ctx->samples,
 357                                  channels_to_process, avctx);
 358         reconstruct_frame(ctx, &ctx->ch_units[ch_block],
 359                           channels_to_process, avctx);
 360
 361         for (i = 0; i < channels_to_process; i++)
 362             memcpy(samples_p[out_ch_index + i], ctx->outp_buf[i],
 363                    ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(**samples_p));
 364
 365         ch_block++;
 366         out_ch_index += channels_to_process;
 367     }
 368
 369     *got_frame_ptr = 1;
 370
 371     return avctx->block_align;
 372 }
 373
 374 AVCodec ff_atrac3p_decoder = {
 375     .name           = "atrac3plus",
 376     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("ATRAC3+ (Adaptive TRansform Acoustic Coding 3+)"),
 377     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 378     .id             = AV_CODEC_ID_ATRAC3P,
 379     .priv_data_size = sizeof(ATRAC3PContext),
 380     .init           = atrac3p_decode_init,
 381     .close          = atrac3p_decode_close,
 382     .decode         = atrac3p_decode_frame,
 383 };