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 "libavutil/mem_internal.h"
  43 #include "libavutil/thread.h"
  44 #include "avcodec.h"
  45 #include "get_bits.h"
  46 #include "internal.h"
  47 #include "atrac.h"
  48 #include "atrac3plus.h"
  49
  50 typedef struct ATRAC3PContext {
  51     GetBitContext gb;
  52     AVFloatDSPContext *fdsp;
  53
  54     DECLARE_ALIGNED(32, float, samples)[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES];  ///< quantized MDCT spectrum
  55     DECLARE_ALIGNED(32, float, mdct_buf)[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES]; ///< output of the IMDCT
  56     DECLARE_ALIGNED(32, float, time_buf)[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES]; ///< output of the gain compensation
  57     DECLARE_ALIGNED(32, float, outp_buf)[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES];
  58
  59     AtracGCContext gainc_ctx;   ///< gain compensation context
  60     FFTContext mdct_ctx;
  61     FFTContext ipqf_dct_ctx;    ///< IDCT context used by IPQF
  62
  63     Atrac3pChanUnitCtx *ch_units;   ///< global channel units
  64
  65     int num_channel_blocks;     ///< number of channel blocks
  66     uint8_t channel_blocks[5];  ///< channel configuration descriptor
  67     uint64_t my_channel_layout; ///< current channel layout
  68 } ATRAC3PContext;
  69
  70 static av_cold int atrac3p_decode_close(AVCodecContext *avctx)
  71 {
  72     ATRAC3PContext *ctx = avctx->priv_data;
  73
  74     av_freep(&ctx->ch_units);
  75     av_freep(&ctx->fdsp);
  76
  77     ff_mdct_end(&ctx->mdct_ctx);
  78     ff_mdct_end(&ctx->ipqf_dct_ctx);
  79
  80     return 0;
  81 }
  82
  83 static av_cold int set_channel_params(ATRAC3PContext *ctx,
  84                                       AVCodecContext *avctx)
  85 {
  86     memset(ctx->channel_blocks, 0, sizeof(ctx->channel_blocks));
  87
  88     switch (avctx->channels) {
  89     case 1:
  90         if (avctx->channel_layout != AV_CH_FRONT_LEFT)
  91             avctx->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_MONO;
  92
  93         ctx->num_channel_blocks = 1;
  94         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_MONO;
  95         break;
  96     case 2:
  97         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_STEREO;
  98         ctx->num_channel_blocks = 1;
  99         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
 100         break;
 101     case 3:
 102         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_SURROUND;
 103         ctx->num_channel_blocks = 2;
 104         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
 105         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
 106         break;
 107     case 4:
 108         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_4POINT0;
 109         ctx->num_channel_blocks = 3;
 110         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
 111         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
 112         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_MONO;
 113         break;
 114     case 6:
 115         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK;
 116         ctx->num_channel_blocks = 4;
 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         break;
 122     case 7:
 123         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_6POINT1_BACK;
 124         ctx->num_channel_blocks = 5;
 125         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
 126         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
 127         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_STEREO;
 128         ctx->channel_blocks[3]  = CH_UNIT_MONO;
 129         ctx->channel_blocks[4]  = CH_UNIT_MONO;
 130         break;
 131     case 8:
 132         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_7POINT1;
 133         ctx->num_channel_blocks = 5;
 134         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
 135         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
 136         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_STEREO;
 137         ctx->channel_blocks[3]  = CH_UNIT_STEREO;
 138         ctx->channel_blocks[4]  = CH_UNIT_MONO;
 139         break;
 140     default:
 141         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 142                "Unsupported channel count: %d!\n", avctx->channels);
 143         return AVERROR_INVALIDDATA;
 144     }
 145
 146     return 0;
 147 }
 148
 149 static av_cold void atrac3p_init_static(void)
 150 {
 151     ff_atrac3p_init_vlcs();
 152     ff_atrac3p_init_dsp_static();
 153 }
 154
 155 static av_cold int atrac3p_decode_init(AVCodecContext *avctx)
 156 {
 157     static AVOnce init_static_once = AV_ONCE_INIT;
 158     ATRAC3PContext *ctx = avctx->priv_data;
 159     int i, ch, ret;
 160
 161     if (!avctx->block_align) {
 162         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "block_align is not set\n");
 163         return AVERROR(EINVAL);
 164     }
 165
 166     /* initialize IPQF */
 167     ff_mdct_init(&ctx->ipqf_dct_ctx, 5, 1, 32.0 / 32768.0);
 168
 169     ff_atrac3p_init_imdct(avctx, &ctx->mdct_ctx);
 170
 171     ff_atrac_init_gain_compensation(&ctx->gainc_ctx, 6, 2);
 172
 173     if ((ret = set_channel_params(ctx, avctx)) < 0)
 174         return ret;
 175
 176     ctx->my_channel_layout = avctx->channel_layout;
 177
 178     ctx->ch_units = av_mallocz_array(ctx->num_channel_blocks, sizeof(*ctx->ch_units));
 179     ctx->fdsp = avpriv_float_dsp_alloc(avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_BITEXACT);
 180
 181     if (!ctx->ch_units || !ctx->fdsp) {
 182         return AVERROR(ENOMEM);
 183     }
 184
 185     for (i = 0; i < ctx->num_channel_blocks; i++) {
 186         for (ch = 0; ch < 2; ch++) {
 187             ctx->ch_units[i].channels[ch].ch_num          = ch;
 188             ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape       = &ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_hist[0][0];
 189             ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_prev  = &ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_hist[1][0];
 190             ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data       = &ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_hist[0][0];
 191             ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_prev  = &ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_hist[1][0];
 192             ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info      = &ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_hist[0][0];
 193             ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_prev = &ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_hist[1][0];
 194         }
 195
 196         ctx->ch_units[i].waves_info      = &ctx->ch_units[i].wave_synth_hist[0];
 197         ctx->ch_units[i].waves_info_prev = &ctx->ch_units[i].wave_synth_hist[1];
 198     }
 199
 200     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_FLTP;
 201
 202     ff_thread_once(&init_static_once, atrac3p_init_static);
 203
 204     return 0;
 205 }
 206
 207 static void decode_residual_spectrum(ATRAC3PContext *ctx, Atrac3pChanUnitCtx *ch_unit,
 208                                      float out[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES],
 209                                      int num_channels,
 210                                      AVCodecContext *avctx)
 211 {
 212     int i, sb, ch, qu, nspeclines, RNG_index;
 213     float *dst, q;
 214     int16_t *src;
 215     /* calculate RNG table index for each subband */
 216     int sb_RNG_index[ATRAC3P_SUBBANDS] = { 0 };
 217
 218     if (ch_unit->mute_flag) {
 219         for (ch = 0; ch < num_channels; ch++)
 220             memset(out[ch], 0, ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(*out[ch]));
 221         return;
 222     }
 223
 224     for (qu = 0, RNG_index = 0; qu < ch_unit->used_quant_units; qu++)
 225         RNG_index += ch_unit->channels[0].qu_sf_idx[qu] +
 226                      ch_unit->channels[1].qu_sf_idx[qu];
 227
 228     for (sb = 0; sb < ch_unit->num_coded_subbands; sb++, RNG_index += 128)
 229         sb_RNG_index[sb] = RNG_index & 0x3FC;
 230
 231     /* inverse quant and power compensation */
 232     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
 233         /* clear channel's residual spectrum */
 234         memset(out[ch], 0, ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(*out[ch]));
 235
 236         for (qu = 0; qu < ch_unit->used_quant_units; qu++) {
 237             src        = &ch_unit->channels[ch].spectrum[ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu]];
 238             dst        = &out[ch][ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu]];
 239             nspeclines = ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu + 1] -
 240                          ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu];
 241
 242             if (ch_unit->channels[ch].qu_wordlen[qu] > 0) {
 243                 q = ff_atrac3p_sf_tab[ch_unit->channels[ch].qu_sf_idx[qu]] *
 244                     ff_atrac3p_mant_tab[ch_unit->channels[ch].qu_wordlen[qu]];
 245                 for (i = 0; i < nspeclines; i++)
 246                     dst[i] = src[i] * q;
 247             }
 248         }
 249
 250         for (sb = 0; sb < ch_unit->num_coded_subbands; sb++)
 251             ff_atrac3p_power_compensation(ch_unit, ctx->fdsp, ch, &out[ch][0],
 252                                           sb_RNG_index[sb], sb);
 253     }
 254
 255     if (ch_unit->unit_type == CH_UNIT_STEREO) {
 256         for (sb = 0; sb < ch_unit->num_coded_subbands; sb++) {
 257             if (ch_unit->swap_channels[sb]) {
 258                 for (i = 0; i < ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES; i++)
 259                     FFSWAP(float, out[0][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i],
 260                                   out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i]);
 261             }
 262
 263             /* flip coefficients' sign if requested */
 264             if (ch_unit->negate_coeffs[sb])
 265                 for (i = 0; i < ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES; i++)
 266                     out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i] = -(out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i]);
 267         }
 268     }
 269 }
 270
 271 static void reconstruct_frame(ATRAC3PContext *ctx, Atrac3pChanUnitCtx *ch_unit,
 272                               int num_channels, AVCodecContext *avctx)
 273 {
 274     int ch, sb;
 275
 276     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
 277         for (sb = 0; sb < ch_unit->num_subbands; sb++) {
 278             /* inverse transform and windowing */
 279             ff_atrac3p_imdct(ctx->fdsp, &ctx->mdct_ctx,
 280                              &ctx->samples[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 281                              &ctx->mdct_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 282                              (ch_unit->channels[ch].wnd_shape_prev[sb] << 1) +
 283                              ch_unit->channels[ch].wnd_shape[sb], sb);
 284
 285             /* gain compensation and overlapping */
 286             ff_atrac_gain_compensation(&ctx->gainc_ctx,
 287                                        &ctx->mdct_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 288                                        &ch_unit->prev_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 289                                        &ch_unit->channels[ch].gain_data_prev[sb],
 290                                        &ch_unit->channels[ch].gain_data[sb],
 291                                        ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES,
 292                                        &ctx->time_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]);
 293         }
 294
 295         /* zero unused subbands in both output and overlapping buffers */
 296         memset(&ch_unit->prev_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 297                0,
 298                (ATRAC3P_SUBBANDS - ch_unit->num_subbands) *
 299                ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES *
 300                sizeof(ch_unit->prev_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]));
 301         memset(&ctx->time_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 302                0,
 303                (ATRAC3P_SUBBANDS - ch_unit->num_subbands) *
 304                ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES *
 305                sizeof(ctx->time_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]));
 306
 307         /* resynthesize and add tonal signal */
 308         if (ch_unit->waves_info->tones_present ||
 309             ch_unit->waves_info_prev->tones_present) {
 310             for (sb = 0; sb < ch_unit->num_subbands; sb++)
 311                 if (ch_unit->channels[ch].tones_info[sb].num_wavs ||
 312                     ch_unit->channels[ch].tones_info_prev[sb].num_wavs) {
 313                     ff_atrac3p_generate_tones(ch_unit, ctx->fdsp, ch, sb,
 314                                               &ctx->time_buf[ch][sb * 128]);
 315                 }
 316         }
 317
 318         /* subband synthesis and acoustic signal output */
 319         ff_atrac3p_ipqf(&ctx->ipqf_dct_ctx, &ch_unit->ipqf_ctx[ch],
 320                         &ctx->time_buf[ch][0], &ctx->outp_buf[ch][0]);
 321     }
 322
 323     /* swap window shape and gain control buffers. */
 324     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
 325         FFSWAP(uint8_t *, ch_unit->channels[ch].wnd_shape,
 326                ch_unit->channels[ch].wnd_shape_prev);
 327         FFSWAP(AtracGainInfo *, ch_unit->channels[ch].gain_data,
 328                ch_unit->channels[ch].gain_data_prev);
 329         FFSWAP(Atrac3pWavesData *, ch_unit->channels[ch].tones_info,
 330                ch_unit->channels[ch].tones_info_prev);
 331     }
 332
 333     FFSWAP(Atrac3pWaveSynthParams *, ch_unit->waves_info, ch_unit->waves_info_prev);
 334 }
 335
 336 static int atrac3p_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 337                                 int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 338 {
 339     ATRAC3PContext *ctx = avctx->priv_data;
 340     AVFrame *frame      = data;
 341     int i, ret, ch_unit_id, ch_block = 0, out_ch_index = 0, channels_to_process;
 342     float **samples_p = (float **)frame->extended_data;
 343
 344     frame->nb_samples = ATRAC3P_FRAME_SAMPLES;
 345     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
 346         return ret;
 347
 348     if ((ret = init_get_bits8(&ctx->gb, avpkt->data, avpkt->size)) < 0)
 349         return ret;
 350
 351     if (get_bits1(&ctx->gb)) {
 352         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid start bit!\n");
 353         return AVERROR_INVALIDDATA;
 354     }
 355
 356     while (get_bits_left(&ctx->gb) >= 2 &&
 357            (ch_unit_id = get_bits(&ctx->gb, 2)) != CH_UNIT_TERMINATOR) {
 358         if (ch_unit_id == CH_UNIT_EXTENSION) {
 359             avpriv_report_missing_feature(avctx, "Channel unit extension");
 360             return AVERROR_PATCHWELCOME;
 361         }
 362         if (ch_block >= ctx->num_channel_blocks ||
 363             ctx->channel_blocks[ch_block] != ch_unit_id) {
 364             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 365                    "Frame data doesn't match channel configuration!\n");
 366             return AVERROR_INVALIDDATA;
 367         }
 368
 369         ctx->ch_units[ch_block].unit_type = ch_unit_id;
 370         channels_to_process               = ch_unit_id + 1;
 371
 372         if ((ret = ff_atrac3p_decode_channel_unit(&ctx->gb,
 373                                                   &ctx->ch_units[ch_block],
 374                                                   channels_to_process,
 375                                                   avctx)) < 0)
 376             return ret;
 377
 378         decode_residual_spectrum(ctx, &ctx->ch_units[ch_block], ctx->samples,
 379                                  channels_to_process, avctx);
 380         reconstruct_frame(ctx, &ctx->ch_units[ch_block],
 381                           channels_to_process, avctx);
 382
 383         for (i = 0; i < channels_to_process; i++)
 384             memcpy(samples_p[out_ch_index + i], ctx->outp_buf[i],
 385                    ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(**samples_p));
 386
 387         ch_block++;
 388         out_ch_index += channels_to_process;
 389     }
 390
 391     *got_frame_ptr = 1;
 392
 393     return avctx->codec_id == AV_CODEC_ID_ATRAC3P ? FFMIN(avctx->block_align, avpkt->size) : avpkt->size;
 394 }
 395
 396 AVCodec ff_atrac3p_decoder = {
 397     .name           = "atrac3plus",
 398     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("ATRAC3+ (Adaptive TRansform Acoustic Coding 3+)"),
 399     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 400     .id             = AV_CODEC_ID_ATRAC3P,
 401     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DR1,
 402     .caps_internal  = FF_CODEC_CAP_INIT_THREADSAFE | FF_CODEC_CAP_INIT_CLEANUP,
 403     .priv_data_size = sizeof(ATRAC3PContext),
 404     .init           = atrac3p_decode_init,
 405     .close          = atrac3p_decode_close,
 406     .decode         = atrac3p_decode_frame,
 407 };
 408
 409 AVCodec ff_atrac3pal_decoder = {
 410     .name           = "atrac3plusal",
 411     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("ATRAC3+ AL (Adaptive TRansform Acoustic Coding 3+ Advanced Lossless)"),
 412     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 413     .id             = AV_CODEC_ID_ATRAC3PAL,
 414     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DR1,
 415     .caps_internal  = FF_CODEC_CAP_INIT_THREADSAFE | FF_CODEC_CAP_INIT_CLEANUP,
 416     .priv_data_size = sizeof(ATRAC3PContext),
 417     .init           = atrac3p_decode_init,
 418     .close          = atrac3p_decode_close,
 419     .decode         = atrac3p_decode_frame,
 420 };