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