git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/dstdec.c

   1 /*
   2  * Direct Stream Transfer (DST) decoder
   3  * Copyright (c) 2014 Peter Ross <pross@xvid.org>
   4  *
   5  * This file is part of FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 /**
  23  * @file
  24  * Direct Stream Transfer (DST) decoder
  25  * ISO/IEC 14496-3 Part 3 Subpart 10: Technical description of lossless coding of oversampled audio
  26  */
  27
  28 #include "libavutil/avassert.h"
  29 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  30 #include "internal.h"
  31 #include "get_bits.h"
  32 #include "avcodec.h"
  33 #include "golomb.h"
  34 #include "mathops.h"
  35 #include "dsd.h"
  36
  37 #define DST_MAX_CHANNELS 6
  38 #define DST_MAX_ELEMENTS (2 * DST_MAX_CHANNELS)
  39
  40 #define DSD_FS44(sample_rate) (sample_rate * 8 / 44100)
  41
  42 #define DST_SAMPLES_PER_FRAME(sample_rate) (588 * DSD_FS44(sample_rate))
  43
  44 static const int8_t fsets_code_pred_coeff[3][3] = {
  45     {  -8 },
  46     { -16,  8 },
  47     {  -9, -5, 6 },
  48 };
  49
  50 static const int8_t probs_code_pred_coeff[3][3] = {
  51     {  -8 },
  52     { -16,  8 },
  53     { -24, 24, -8 },
  54 };
  55
  56 typedef struct ArithCoder {
  57     unsigned int a;
  58     unsigned int c;
  59 } ArithCoder;
  60
  61 typedef struct Table {
  62     unsigned int elements;
  63     unsigned int length[DST_MAX_ELEMENTS];
  64     int coeff[DST_MAX_ELEMENTS][128];
  65 } Table;
  66
  67 typedef struct DSTContext {
  68     AVClass *class;
  69
  70     GetBitContext gb;
  71     ArithCoder ac;
  72     Table fsets, probs;
  73     DECLARE_ALIGNED(64, uint8_t, status)[DST_MAX_CHANNELS][16];
  74     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, filter)[DST_MAX_ELEMENTS][16][256];
  75     DSDContext dsdctx[DST_MAX_CHANNELS];
  76 } DSTContext;
  77
  78 static av_cold int decode_init(AVCodecContext *avctx)
  79 {
  80     DSTContext *s = avctx->priv_data;
  81     int i;
  82
  83     if (avctx->channels > DST_MAX_CHANNELS) {
  84         avpriv_request_sample(avctx, "Channel count %d", avctx->channels);
  85         return AVERROR_PATCHWELCOME;
  86     }
  87
  88     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_FLT;
  89
  90     for (i = 0; i < avctx->channels; i++)
  91         memset(s->dsdctx[i].buf, 0x69, sizeof(s->dsdctx[i].buf));
  92
  93     ff_init_dsd_data();
  94
  95     return 0;
  96 }
  97
  98 static int read_map(GetBitContext *gb, Table *t, unsigned int map[DST_MAX_CHANNELS], int channels)
  99 {
 100     int ch;
 101     t->elements = 1;
 102     map[0] = 0;
 103     if (!get_bits1(gb)) {
 104         for (ch = 1; ch < channels; ch++) {
 105             int bits = av_log2(t->elements) + 1;
 106             map[ch] = get_bits(gb, bits);
 107             if (map[ch] == t->elements) {
 108                 t->elements++;
 109                 if (t->elements >= DST_MAX_ELEMENTS)
 110                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 111             } else if (map[ch] > t->elements) {
 112                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 113             }
 114         }
 115     } else {
 116         memset(map, 0, sizeof(*map) * DST_MAX_CHANNELS);
 117     }
 118     return 0;
 119 }
 120
 121 static av_always_inline int get_sr_golomb_dst(GetBitContext *gb, unsigned int k)
 122 {
 123     int v = get_ur_golomb(gb, k, get_bits_left(gb), 0);
 124     if (v && get_bits1(gb))
 125         v = -v;
 126     return v;
 127 }
 128
 129 static void read_uncoded_coeff(GetBitContext *gb, int *dst, unsigned int elements,
 130                                int coeff_bits, int is_signed, int offset)
 131 {
 132     int i;
 133
 134     for (i = 0; i < elements; i++) {
 135         dst[i] = (is_signed ? get_sbits(gb, coeff_bits) : get_bits(gb, coeff_bits)) + offset;
 136     }
 137 }
 138
 139 static int read_table(GetBitContext *gb, Table *t, const int8_t code_pred_coeff[3][3],
 140                       int length_bits, int coeff_bits, int is_signed, int offset)
 141 {
 142     unsigned int i, j, k;
 143     for (i = 0; i < t->elements; i++) {
 144         t->length[i] = get_bits(gb, length_bits) + 1;
 145         if (!get_bits1(gb)) {
 146             read_uncoded_coeff(gb, t->coeff[i], t->length[i], coeff_bits, is_signed, offset);
 147         } else {
 148             int method = get_bits(gb, 2), lsb_size;
 149             if (method == 3)
 150                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 151
 152             read_uncoded_coeff(gb, t->coeff[i], method + 1, coeff_bits, is_signed, offset);
 153
 154             lsb_size  = get_bits(gb, 3);
 155             for (j = method + 1; j < t->length[i]; j++) {
 156                 int c, x = 0;
 157                 for (k = 0; k < method + 1; k++)
 158                     x += code_pred_coeff[method][k] * t->coeff[i][j - k - 1];
 159                 c = get_sr_golomb_dst(gb, lsb_size);
 160                 if (x >= 0)
 161                     c -= (x + 4) / 8;
 162                 else
 163                     c += (-x + 3) / 8;
 164                 t->coeff[i][j] = c;
 165             }
 166         }
 167     }
 168     return 0;
 169 }
 170
 171 static void ac_init(ArithCoder *ac, GetBitContext *gb)
 172 {
 173     ac->a = 4095;
 174     ac->c = get_bits(gb, 12);
 175 }
 176
 177 static av_always_inline void ac_get(ArithCoder *ac, GetBitContext *gb, int p, int *e)
 178 {
 179     unsigned int k = (ac->a >> 8) | ((ac->a >> 7) & 1);
 180     unsigned int q = k * p;
 181     unsigned int a_q = ac->a - q;
 182
 183     *e = ac->c < a_q;
 184     if (*e) {
 185         ac->a  = a_q;
 186     } else {
 187         ac->a  = q;
 188         ac->c -= a_q;
 189     }
 190
 191     if (ac->a < 2048) {
 192         int n = 11 - av_log2(ac->a);
 193         ac->a <<= n;
 194         ac->c = (ac->c << n) | get_bits(gb, n);
 195     }
 196 }
 197
 198 static uint8_t prob_dst_x_bit(int c)
 199 {
 200     return (ff_reverse[c & 127] >> 1) + 1;
 201 }
 202
 203 static void build_filter(int16_t table[DST_MAX_ELEMENTS][16][256], const Table *fsets)
 204 {
 205     int i, j, k, l;
 206
 207     for (i = 0; i < fsets->elements; i++) {
 208         int length = fsets->length[i];
 209
 210         for (j = 0; j < 16; j++) {
 211             int total = av_clip(length - j * 8, 0, 8);
 212
 213             for (k = 0; k < 256; k++) {
 214                 int v = 0;
 215
 216                 for (l = 0; l < total; l++)
 217                     v += (((k >> l) & 1) * 2 - 1) * fsets->coeff[i][j * 8 + l];
 218                 table[i][j][k] = v;
 219             }
 220         }
 221     }
 222 }
 223
 224 static int decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 225                         int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 226 {
 227     unsigned samples_per_frame = DST_SAMPLES_PER_FRAME(avctx->sample_rate);
 228     unsigned map_ch_to_felem[DST_MAX_CHANNELS];
 229     unsigned map_ch_to_pelem[DST_MAX_CHANNELS];
 230     unsigned i, ch, same_map, dst_x_bit;
 231     unsigned half_prob[DST_MAX_CHANNELS];
 232     const int channels = avctx->channels;
 233     DSTContext *s = avctx->priv_data;
 234     GetBitContext *gb = &s->gb;
 235     ArithCoder *ac = &s->ac;
 236     AVFrame *frame = data;
 237     uint8_t *dsd;
 238     float *pcm;
 239     int ret;
 240
 241     if (avpkt->size <= 1)
 242         return AVERROR_INVALIDDATA;
 243
 244     frame->nb_samples = samples_per_frame / 8;
 245     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
 246         return ret;
 247     dsd = frame->data[0];
 248     pcm = (float *)frame->data[0];
 249
 250     if ((ret = init_get_bits8(gb, avpkt->data, avpkt->size)) < 0)
 251         return ret;
 252
 253     if (!get_bits1(gb)) {
 254         skip_bits1(gb);
 255         if (get_bits(gb, 6))
 256             return AVERROR_INVALIDDATA;
 257         memcpy(frame->data[0], avpkt->data + 1, FFMIN(avpkt->size - 1, frame->nb_samples * avctx->channels));
 258         goto dsd;
 259     }
 260
 261     /* Segmentation (10.4, 10.5, 10.6) */
 262
 263     if (!get_bits1(gb)) {
 264         avpriv_request_sample(avctx, "Not Same Segmentation");
 265         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 266     }
 267
 268     if (!get_bits1(gb)) {
 269         avpriv_request_sample(avctx, "Not Same Segmentation For All Channels");
 270         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 271     }
 272
 273     if (!get_bits1(gb)) {
 274         avpriv_request_sample(avctx, "Not End Of Channel Segmentation");
 275         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 276     }
 277
 278     /* Mapping (10.7, 10.8, 10.9) */
 279
 280     same_map = get_bits1(gb);
 281
 282     if ((ret = read_map(gb, &s->fsets, map_ch_to_felem, avctx->channels)) < 0)
 283         return ret;
 284
 285     if (same_map) {
 286         s->probs.elements = s->fsets.elements;
 287         memcpy(map_ch_to_pelem, map_ch_to_felem, sizeof(map_ch_to_felem));
 288     } else {
 289         avpriv_request_sample(avctx, "Not Same Mapping");
 290         if ((ret = read_map(gb, &s->probs, map_ch_to_pelem, avctx->channels)) < 0)
 291             return ret;
 292     }
 293
 294     /* Half Probability (10.10) */
 295
 296     for (ch = 0; ch < avctx->channels; ch++)
 297         half_prob[ch] = get_bits1(gb);
 298
 299     /* Filter Coef Sets (10.12) */
 300
 301     read_table(gb, &s->fsets, fsets_code_pred_coeff, 7, 9, 1, 0);
 302
 303     /* Probability Tables (10.13) */
 304
 305     read_table(gb, &s->probs, probs_code_pred_coeff, 6, 7, 0, 1);
 306
 307     /* Arithmetic Coded Data (10.11) */
 308
 309     if (get_bits1(gb))
 310         return AVERROR_INVALIDDATA;
 311     ac_init(ac, gb);
 312
 313     build_filter(s->filter, &s->fsets);
 314
 315     memset(s->status, 0xAA, sizeof(s->status));
 316     memset(dsd, 0, frame->nb_samples * 4 * avctx->channels);
 317
 318     ac_get(ac, gb, prob_dst_x_bit(s->fsets.coeff[0][0]), &dst_x_bit);
 319
 320     for (i = 0; i < samples_per_frame; i++) {
 321         for (ch = 0; ch < channels; ch++) {
 322             const unsigned felem = map_ch_to_felem[ch];
 323             int16_t (*filter)[256] = s->filter[felem];
 324             uint8_t *status = s->status[ch];
 325             int prob, residual, v;
 326
 327 #define F(x) filter[(x)][status[(x)]]
 328             const int16_t predict = F( 0) + F( 1) + F( 2) + F( 3) +
 329                                     F( 4) + F( 5) + F( 6) + F( 7) +
 330                                     F( 8) + F( 9) + F(10) + F(11) +
 331                                     F(12) + F(13) + F(14) + F(15);
 332 #undef F
 333
 334             if (!half_prob[ch] || i >= s->fsets.length[felem]) {
 335                 unsigned pelem = map_ch_to_pelem[ch];
 336                 unsigned index = FFABS(predict) >> 3;
 337                 prob = s->probs.coeff[pelem][FFMIN(index, s->probs.length[pelem] - 1)];
 338             } else {
 339                 prob = 128;
 340             }
 341
 342             ac_get(ac, gb, prob, &residual);
 343             v = ((predict >> 15) ^ residual) & 1;
 344             dsd[((i >> 3) * channels + ch) << 2] |= v << (7 - (i & 0x7 ));
 345
 346             AV_WN64A(status + 8, (AV_RN64A(status + 8) << 1) | ((AV_RN64A(status) >> 63) & 1));
 347             AV_WN64A(status, (AV_RN64A(status) << 1) | v);
 348         }
 349     }
 350
 351 dsd:
 352     for (i = 0; i < avctx->channels; i++) {
 353         ff_dsd2pcm_translate(&s->dsdctx[i], frame->nb_samples, 0,
 354                              frame->data[0] + i * 4,
 355                              avctx->channels * 4, pcm + i, avctx->channels);
 356     }
 357
 358     *got_frame_ptr = 1;
 359
 360     return avpkt->size;
 361 }
 362
 363 AVCodec ff_dst_decoder = {
 364     .name           = "dst",
 365     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("DST (Digital Stream Transfer)"),
 366     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 367     .id             = AV_CODEC_ID_DST,
 368     .priv_data_size = sizeof(DSTContext),
 369     .init           = decode_init,
 370     .decode         = decode_frame,
 371     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DR1,
 372     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]) { AV_SAMPLE_FMT_FLT,
 373                                                       AV_SAMPLE_FMT_NONE },
 374 };