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     ATRAC3PContext *ctx = avctx->priv_data;
  71
  72     av_freep(&ctx->ch_units);
  73     av_freep(&ctx->fdsp);
  74
  75     ff_mdct_end(&ctx->mdct_ctx);
  76     ff_mdct_end(&ctx->ipqf_dct_ctx);
  77
  78     return 0;
  79 }
  80
  81 static av_cold int set_channel_params(ATRAC3PContext *ctx,
  82                                       AVCodecContext *avctx)
  83 {
  84     memset(ctx->channel_blocks, 0, sizeof(ctx->channel_blocks));
  85
  86     switch (avctx->channels) {
  87     case 1:
  88         if (avctx->channel_layout != AV_CH_FRONT_LEFT)
  89             avctx->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_MONO;
  90
  91         ctx->num_channel_blocks = 1;
  92         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_MONO;
  93         break;
  94     case 2:
  95         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_STEREO;
  96         ctx->num_channel_blocks = 1;
  97         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
  98         break;
  99     case 3:
 100         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_SURROUND;
 101         ctx->num_channel_blocks = 2;
 102         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
 103         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
 104         break;
 105     case 4:
 106         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_4POINT0;
 107         ctx->num_channel_blocks = 3;
 108         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
 109         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
 110         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_MONO;
 111         break;
 112     case 6:
 113         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK;
 114         ctx->num_channel_blocks = 4;
 115         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
 116         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
 117         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_STEREO;
 118         ctx->channel_blocks[3]  = CH_UNIT_MONO;
 119         break;
 120     case 7:
 121         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_6POINT1_BACK;
 122         ctx->num_channel_blocks = 5;
 123         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
 124         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
 125         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_STEREO;
 126         ctx->channel_blocks[3]  = CH_UNIT_MONO;
 127         ctx->channel_blocks[4]  = CH_UNIT_MONO;
 128         break;
 129     case 8:
 130         avctx->channel_layout   = AV_CH_LAYOUT_7POINT1;
 131         ctx->num_channel_blocks = 5;
 132         ctx->channel_blocks[0]  = CH_UNIT_STEREO;
 133         ctx->channel_blocks[1]  = CH_UNIT_MONO;
 134         ctx->channel_blocks[2]  = CH_UNIT_STEREO;
 135         ctx->channel_blocks[3]  = CH_UNIT_STEREO;
 136         ctx->channel_blocks[4]  = CH_UNIT_MONO;
 137         break;
 138     default:
 139         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 140                "Unsupported channel count: %d!\n", avctx->channels);
 141         return AVERROR_INVALIDDATA;
 142     }
 143
 144     return 0;
 145 }
 146
 147 static av_cold int atrac3p_decode_init(AVCodecContext *avctx)
 148 {
 149     ATRAC3PContext *ctx = avctx->priv_data;
 150     int i, ch, ret;
 151
 152     if (!avctx->block_align) {
 153         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "block_align is not set\n");
 154         return AVERROR(EINVAL);
 155     }
 156
 157     ff_atrac3p_init_vlcs();
 158
 159     /* initialize IPQF */
 160     ff_mdct_init(&ctx->ipqf_dct_ctx, 5, 1, 32.0 / 32768.0);
 161
 162     ff_atrac3p_init_imdct(avctx, &ctx->mdct_ctx);
 163
 164     ff_atrac_init_gain_compensation(&ctx->gainc_ctx, 6, 2);
 165
 166     ff_atrac3p_init_wave_synth();
 167
 168     if ((ret = set_channel_params(ctx, avctx)) < 0)
 169         return ret;
 170
 171     ctx->my_channel_layout = avctx->channel_layout;
 172
 173     ctx->ch_units = av_mallocz_array(ctx->num_channel_blocks, sizeof(*ctx->ch_units));
 174     ctx->fdsp = avpriv_float_dsp_alloc(avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_BITEXACT);
 175
 176     if (!ctx->ch_units || !ctx->fdsp) {
 177         atrac3p_decode_close(avctx);
 178         return AVERROR(ENOMEM);
 179     }
 180
 181     for (i = 0; i < ctx->num_channel_blocks; i++) {
 182         for (ch = 0; ch < 2; ch++) {
 183             ctx->ch_units[i].channels[ch].ch_num          = ch;
 184             ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape       = &ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_hist[0][0];
 185             ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_prev  = &ctx->ch_units[i].channels[ch].wnd_shape_hist[1][0];
 186             ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data       = &ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_hist[0][0];
 187             ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_prev  = &ctx->ch_units[i].channels[ch].gain_data_hist[1][0];
 188             ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info      = &ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_hist[0][0];
 189             ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_prev = &ctx->ch_units[i].channels[ch].tones_info_hist[1][0];
 190         }
 191
 192         ctx->ch_units[i].waves_info      = &ctx->ch_units[i].wave_synth_hist[0];
 193         ctx->ch_units[i].waves_info_prev = &ctx->ch_units[i].wave_synth_hist[1];
 194     }
 195
 196     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_FLTP;
 197
 198     return 0;
 199 }
 200
 201 static void decode_residual_spectrum(ATRAC3PContext *ctx, Atrac3pChanUnitCtx *ch_unit,
 202                                      float out[2][ATRAC3P_FRAME_SAMPLES],
 203                                      int num_channels,
 204                                      AVCodecContext *avctx)
 205 {
 206     int i, sb, ch, qu, nspeclines, RNG_index;
 207     float *dst, q;
 208     int16_t *src;
 209     /* calculate RNG table index for each subband */
 210     int sb_RNG_index[ATRAC3P_SUBBANDS] = { 0 };
 211
 212     if (ch_unit->mute_flag) {
 213         for (ch = 0; ch < num_channels; ch++)
 214             memset(out[ch], 0, ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(*out[ch]));
 215         return;
 216     }
 217
 218     for (qu = 0, RNG_index = 0; qu < ch_unit->used_quant_units; qu++)
 219         RNG_index += ch_unit->channels[0].qu_sf_idx[qu] +
 220                      ch_unit->channels[1].qu_sf_idx[qu];
 221
 222     for (sb = 0; sb < ch_unit->num_coded_subbands; sb++, RNG_index += 128)
 223         sb_RNG_index[sb] = RNG_index & 0x3FC;
 224
 225     /* inverse quant and power compensation */
 226     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
 227         /* clear channel's residual spectrum */
 228         memset(out[ch], 0, ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(*out[ch]));
 229
 230         for (qu = 0; qu < ch_unit->used_quant_units; qu++) {
 231             src        = &ch_unit->channels[ch].spectrum[ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu]];
 232             dst        = &out[ch][ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu]];
 233             nspeclines = ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu + 1] -
 234                          ff_atrac3p_qu_to_spec_pos[qu];
 235
 236             if (ch_unit->channels[ch].qu_wordlen[qu] > 0) {
 237                 q = ff_atrac3p_sf_tab[ch_unit->channels[ch].qu_sf_idx[qu]] *
 238                     ff_atrac3p_mant_tab[ch_unit->channels[ch].qu_wordlen[qu]];
 239                 for (i = 0; i < nspeclines; i++)
 240                     dst[i] = src[i] * q;
 241             }
 242         }
 243
 244         for (sb = 0; sb < ch_unit->num_coded_subbands; sb++)
 245             ff_atrac3p_power_compensation(ch_unit, ctx->fdsp, ch, &out[ch][0],
 246                                           sb_RNG_index[sb], sb);
 247     }
 248
 249     if (ch_unit->unit_type == CH_UNIT_STEREO) {
 250         for (sb = 0; sb < ch_unit->num_coded_subbands; sb++) {
 251             if (ch_unit->swap_channels[sb]) {
 252                 for (i = 0; i < ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES; i++)
 253                     FFSWAP(float, out[0][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i],
 254                                   out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i]);
 255             }
 256
 257             /* flip coefficients' sign if requested */
 258             if (ch_unit->negate_coeffs[sb])
 259                 for (i = 0; i < ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES; i++)
 260                     out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i] = -(out[1][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES + i]);
 261         }
 262     }
 263 }
 264
 265 static void reconstruct_frame(ATRAC3PContext *ctx, Atrac3pChanUnitCtx *ch_unit,
 266                               int num_channels, AVCodecContext *avctx)
 267 {
 268     int ch, sb;
 269
 270     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
 271         for (sb = 0; sb < ch_unit->num_subbands; sb++) {
 272             /* inverse transform and windowing */
 273             ff_atrac3p_imdct(ctx->fdsp, &ctx->mdct_ctx,
 274                              &ctx->samples[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 275                              &ctx->mdct_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 276                              (ch_unit->channels[ch].wnd_shape_prev[sb] << 1) +
 277                              ch_unit->channels[ch].wnd_shape[sb], sb);
 278
 279             /* gain compensation and overlapping */
 280             ff_atrac_gain_compensation(&ctx->gainc_ctx,
 281                                        &ctx->mdct_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 282                                        &ch_unit->prev_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 283                                        &ch_unit->channels[ch].gain_data_prev[sb],
 284                                        &ch_unit->channels[ch].gain_data[sb],
 285                                        ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES,
 286                                        &ctx->time_buf[ch][sb * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]);
 287         }
 288
 289         /* zero unused subbands in both output and overlapping buffers */
 290         memset(&ch_unit->prev_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 291                0,
 292                (ATRAC3P_SUBBANDS - ch_unit->num_subbands) *
 293                ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES *
 294                sizeof(ch_unit->prev_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]));
 295         memset(&ctx->time_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES],
 296                0,
 297                (ATRAC3P_SUBBANDS - ch_unit->num_subbands) *
 298                ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES *
 299                sizeof(ctx->time_buf[ch][ch_unit->num_subbands * ATRAC3P_SUBBAND_SAMPLES]));
 300
 301         /* resynthesize and add tonal signal */
 302         if (ch_unit->waves_info->tones_present ||
 303             ch_unit->waves_info_prev->tones_present) {
 304             for (sb = 0; sb < ch_unit->num_subbands; sb++)
 305                 if (ch_unit->channels[ch].tones_info[sb].num_wavs ||
 306                     ch_unit->channels[ch].tones_info_prev[sb].num_wavs) {
 307                     ff_atrac3p_generate_tones(ch_unit, ctx->fdsp, ch, sb,
 308                                               &ctx->time_buf[ch][sb * 128]);
 309                 }
 310         }
 311
 312         /* subband synthesis and acoustic signal output */
 313         ff_atrac3p_ipqf(&ctx->ipqf_dct_ctx, &ch_unit->ipqf_ctx[ch],
 314                         &ctx->time_buf[ch][0], &ctx->outp_buf[ch][0]);
 315     }
 316
 317     /* swap window shape and gain control buffers. */
 318     for (ch = 0; ch < num_channels; ch++) {
 319         FFSWAP(uint8_t *, ch_unit->channels[ch].wnd_shape,
 320                ch_unit->channels[ch].wnd_shape_prev);
 321         FFSWAP(AtracGainInfo *, ch_unit->channels[ch].gain_data,
 322                ch_unit->channels[ch].gain_data_prev);
 323         FFSWAP(Atrac3pWavesData *, ch_unit->channels[ch].tones_info,
 324                ch_unit->channels[ch].tones_info_prev);
 325     }
 326
 327     FFSWAP(Atrac3pWaveSynthParams *, ch_unit->waves_info, ch_unit->waves_info_prev);
 328 }
 329
 330 static int atrac3p_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 331                                 int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 332 {
 333     ATRAC3PContext *ctx = avctx->priv_data;
 334     AVFrame *frame      = data;
 335     int i, ret, ch_unit_id, ch_block = 0, out_ch_index = 0, channels_to_process;
 336     float **samples_p = (float **)frame->extended_data;
 337
 338     frame->nb_samples = ATRAC3P_FRAME_SAMPLES;
 339     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
 340         return ret;
 341
 342     if ((ret = init_get_bits8(&ctx->gb, avpkt->data, avpkt->size)) < 0)
 343         return ret;
 344
 345     if (get_bits1(&ctx->gb)) {
 346         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid start bit!\n");
 347         return AVERROR_INVALIDDATA;
 348     }
 349
 350     while (get_bits_left(&ctx->gb) >= 2 &&
 351            (ch_unit_id = get_bits(&ctx->gb, 2)) != CH_UNIT_TERMINATOR) {
 352         if (ch_unit_id == CH_UNIT_EXTENSION) {
 353             avpriv_report_missing_feature(avctx, "Channel unit extension");
 354             return AVERROR_PATCHWELCOME;
 355         }
 356         if (ch_block >= ctx->num_channel_blocks ||
 357             ctx->channel_blocks[ch_block] != ch_unit_id) {
 358             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 359                    "Frame data doesn't match channel configuration!\n");
 360             return AVERROR_INVALIDDATA;
 361         }
 362
 363         ctx->ch_units[ch_block].unit_type = ch_unit_id;
 364         channels_to_process               = ch_unit_id + 1;
 365
 366         if ((ret = ff_atrac3p_decode_channel_unit(&ctx->gb,
 367                                                   &ctx->ch_units[ch_block],
 368                                                   channels_to_process,
 369                                                   avctx)) < 0)
 370             return ret;
 371
 372         decode_residual_spectrum(ctx, &ctx->ch_units[ch_block], ctx->samples,
 373                                  channels_to_process, avctx);
 374         reconstruct_frame(ctx, &ctx->ch_units[ch_block],
 375                           channels_to_process, avctx);
 376
 377         for (i = 0; i < channels_to_process; i++)
 378             memcpy(samples_p[out_ch_index + i], ctx->outp_buf[i],
 379                    ATRAC3P_FRAME_SAMPLES * sizeof(**samples_p));
 380
 381         ch_block++;
 382         out_ch_index += channels_to_process;
 383     }
 384
 385     *got_frame_ptr = 1;
 386
 387     return avctx->codec_id == AV_CODEC_ID_ATRAC3P ? FFMIN(avctx->block_align, avpkt->size) : avpkt->size;
 388 }
 389
 390 AVCodec ff_atrac3p_decoder = {
 391     .name           = "atrac3plus",
 392     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("ATRAC3+ (Adaptive TRansform Acoustic Coding 3+)"),
 393     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 394     .id             = AV_CODEC_ID_ATRAC3P,
 395     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DR1,
 396     .priv_data_size = sizeof(ATRAC3PContext),
 397     .init           = atrac3p_decode_init,
 398     .close          = atrac3p_decode_close,
 399     .decode         = atrac3p_decode_frame,
 400 };
 401
 402 AVCodec ff_atrac3pal_decoder = {
 403     .name           = "atrac3plusal",
 404     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("ATRAC3+ AL (Adaptive TRansform Acoustic Coding 3+ Advanced Lossless)"),
 405     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 406     .id             = AV_CODEC_ID_ATRAC3PAL,
 407     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DR1,
 408     .priv_data_size = sizeof(ATRAC3PContext),
 409     .init           = atrac3p_decode_init,
 410     .close          = atrac3p_decode_close,
 411     .decode         = atrac3p_decode_frame,
 412 };