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 "libavutil/mem_internal.h"
  31 #include "internal.h"
  32 #include "get_bits.h"
  33 #include "avcodec.h"
  34 #include "golomb.h"
  35 #include "mathops.h"
  36 #include "dsd.h"
  37
  38 #define DST_MAX_CHANNELS 6
  39 #define DST_MAX_ELEMENTS (2 * DST_MAX_CHANNELS)
  40
  41 #define DSD_FS44(sample_rate) (sample_rate * 8LL / 44100)
  42
  43 #define DST_SAMPLES_PER_FRAME(sample_rate) (588 * DSD_FS44(sample_rate))
  44
  45 static const int8_t fsets_code_pred_coeff[3][3] = {
  46     {  -8 },
  47     { -16,  8 },
  48     {  -9, -5, 6 },
  49 };
  50
  51 static const int8_t probs_code_pred_coeff[3][3] = {
  52     {  -8 },
  53     { -16,  8 },
  54     { -24, 24, -8 },
  55 };
  56
  57 typedef struct ArithCoder {
  58     unsigned int a;
  59     unsigned int c;
  60 } ArithCoder;
  61
  62 typedef struct Table {
  63     unsigned int elements;
  64     unsigned int length[DST_MAX_ELEMENTS];
  65     int coeff[DST_MAX_ELEMENTS][128];
  66 } Table;
  67
  68 typedef struct DSTContext {
  69     AVClass *class;
  70
  71     GetBitContext gb;
  72     ArithCoder ac;
  73     Table fsets, probs;
  74     DECLARE_ALIGNED(16, uint8_t, status)[DST_MAX_CHANNELS][16];
  75     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, filter)[DST_MAX_ELEMENTS][16][256];
  76     DSDContext dsdctx[DST_MAX_CHANNELS];
  77 } DSTContext;
  78
  79 static av_cold int decode_init(AVCodecContext *avctx)
  80 {
  81     DSTContext *s = avctx->priv_data;
  82     int i;
  83
  84     if (avctx->channels > DST_MAX_CHANNELS) {
  85         avpriv_request_sample(avctx, "Channel count %d", avctx->channels);
  86         return AVERROR_PATCHWELCOME;
  87     }
  88
  89     // the sample rate is only allowed to be 64,128,256 * 44100 by ISO/IEC 14496-3:2005(E)
  90     // We are a bit more tolerant here, but this check is needed to bound the size and duration
  91     if (avctx->sample_rate > 512 * 44100)
  92         return AVERROR_INVALIDDATA;
  93
  94
  95     if (DST_SAMPLES_PER_FRAME(avctx->sample_rate) & 7) {
  96         return AVERROR_PATCHWELCOME;
  97     }
  98
  99     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_FLT;
 100
 101     for (i = 0; i < avctx->channels; i++)
 102         memset(s->dsdctx[i].buf, 0x69, sizeof(s->dsdctx[i].buf));
 103
 104     ff_init_dsd_data();
 105
 106     return 0;
 107 }
 108
 109 static int read_map(GetBitContext *gb, Table *t, unsigned int map[DST_MAX_CHANNELS], int channels)
 110 {
 111     int ch;
 112     t->elements = 1;
 113     map[0] = 0;
 114     if (!get_bits1(gb)) {
 115         for (ch = 1; ch < channels; ch++) {
 116             int bits = av_log2(t->elements) + 1;
 117             map[ch] = get_bits(gb, bits);
 118             if (map[ch] == t->elements) {
 119                 t->elements++;
 120                 if (t->elements >= DST_MAX_ELEMENTS)
 121                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 122             } else if (map[ch] > t->elements) {
 123                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 124             }
 125         }
 126     } else {
 127         memset(map, 0, sizeof(*map) * DST_MAX_CHANNELS);
 128     }
 129     return 0;
 130 }
 131
 132 static av_always_inline int get_sr_golomb_dst(GetBitContext *gb, unsigned int k)
 133 {
 134     int v = get_ur_golomb_jpegls(gb, k, get_bits_left(gb), 0);
 135     if (v && get_bits1(gb))
 136         v = -v;
 137     return v;
 138 }
 139
 140 static void read_uncoded_coeff(GetBitContext *gb, int *dst, unsigned int elements,
 141                                int coeff_bits, int is_signed, int offset)
 142 {
 143     int i;
 144
 145     for (i = 0; i < elements; i++) {
 146         dst[i] = (is_signed ? get_sbits(gb, coeff_bits) : get_bits(gb, coeff_bits)) + offset;
 147     }
 148 }
 149
 150 static int read_table(GetBitContext *gb, Table *t, const int8_t code_pred_coeff[3][3],
 151                       int length_bits, int coeff_bits, int is_signed, int offset)
 152 {
 153     unsigned int i, j, k;
 154     for (i = 0; i < t->elements; i++) {
 155         t->length[i] = get_bits(gb, length_bits) + 1;
 156         if (!get_bits1(gb)) {
 157             read_uncoded_coeff(gb, t->coeff[i], t->length[i], coeff_bits, is_signed, offset);
 158         } else {
 159             int method = get_bits(gb, 2), lsb_size;
 160             if (method == 3)
 161                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 162
 163             read_uncoded_coeff(gb, t->coeff[i], method + 1, coeff_bits, is_signed, offset);
 164
 165             lsb_size  = get_bits(gb, 3);
 166             for (j = method + 1; j < t->length[i]; j++) {
 167                 int c, x = 0;
 168                 for (k = 0; k < method + 1; k++)
 169                     x += code_pred_coeff[method][k] * (unsigned)t->coeff[i][j - k - 1];
 170                 c = get_sr_golomb_dst(gb, lsb_size);
 171                 if (x >= 0)
 172                     c -= (x + 4) / 8;
 173                 else
 174                     c += (-x + 3) / 8;
 175                 if (!is_signed) {
 176                     if (c < offset || c >= offset + (1<<coeff_bits))
 177                         return AVERROR_INVALIDDATA;
 178                 }
 179                 t->coeff[i][j] = c;
 180             }
 181         }
 182     }
 183     return 0;
 184 }
 185
 186 static void ac_init(ArithCoder *ac, GetBitContext *gb)
 187 {
 188     ac->a = 4095;
 189     ac->c = get_bits(gb, 12);
 190 }
 191
 192 static av_always_inline void ac_get(ArithCoder *ac, GetBitContext *gb, int p, int *e)
 193 {
 194     unsigned int k = (ac->a >> 8) | ((ac->a >> 7) & 1);
 195     unsigned int q = k * p;
 196     unsigned int a_q = ac->a - q;
 197
 198     *e = ac->c < a_q;
 199     if (*e) {
 200         ac->a  = a_q;
 201     } else {
 202         ac->a  = q;
 203         ac->c -= a_q;
 204     }
 205
 206     if (ac->a < 2048) {
 207         int n = 11 - av_log2(ac->a);
 208         ac->a <<= n;
 209         ac->c = (ac->c << n) | get_bits(gb, n);
 210     }
 211 }
 212
 213 static uint8_t prob_dst_x_bit(int c)
 214 {
 215     return (ff_reverse[c & 127] >> 1) + 1;
 216 }
 217
 218 static void build_filter(int16_t table[DST_MAX_ELEMENTS][16][256], const Table *fsets)
 219 {
 220     int i, j, k, l;
 221
 222     for (i = 0; i < fsets->elements; i++) {
 223         int length = fsets->length[i];
 224
 225         for (j = 0; j < 16; j++) {
 226             int total = av_clip(length - j * 8, 0, 8);
 227
 228             for (k = 0; k < 256; k++) {
 229                 int v = 0;
 230
 231                 for (l = 0; l < total; l++)
 232                     v += (((k >> l) & 1) * 2 - 1) * fsets->coeff[i][j * 8 + l];
 233                 table[i][j][k] = v;
 234             }
 235         }
 236     }
 237 }
 238
 239 static int decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 240                         int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 241 {
 242     unsigned samples_per_frame = DST_SAMPLES_PER_FRAME(avctx->sample_rate);
 243     unsigned map_ch_to_felem[DST_MAX_CHANNELS];
 244     unsigned map_ch_to_pelem[DST_MAX_CHANNELS];
 245     unsigned i, ch, same_map, dst_x_bit;
 246     unsigned half_prob[DST_MAX_CHANNELS];
 247     const int channels = avctx->channels;
 248     DSTContext *s = avctx->priv_data;
 249     GetBitContext *gb = &s->gb;
 250     ArithCoder *ac = &s->ac;
 251     AVFrame *frame = data;
 252     uint8_t *dsd;
 253     float *pcm;
 254     int ret;
 255
 256     if (avpkt->size <= 1)
 257         return AVERROR_INVALIDDATA;
 258
 259     frame->nb_samples = samples_per_frame / 8;
 260     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
 261         return ret;
 262     dsd = frame->data[0];
 263     pcm = (float *)frame->data[0];
 264
 265     if ((ret = init_get_bits8(gb, avpkt->data, avpkt->size)) < 0)
 266         return ret;
 267
 268     if (!get_bits1(gb)) {
 269         skip_bits1(gb);
 270         if (get_bits(gb, 6))
 271             return AVERROR_INVALIDDATA;
 272         memcpy(frame->data[0], avpkt->data + 1, FFMIN(avpkt->size - 1, frame->nb_samples * channels));
 273         goto dsd;
 274     }
 275
 276     /* Segmentation (10.4, 10.5, 10.6) */
 277
 278     if (!get_bits1(gb)) {
 279         avpriv_request_sample(avctx, "Not Same Segmentation");
 280         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 281     }
 282
 283     if (!get_bits1(gb)) {
 284         avpriv_request_sample(avctx, "Not Same Segmentation For All Channels");
 285         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 286     }
 287
 288     if (!get_bits1(gb)) {
 289         avpriv_request_sample(avctx, "Not End Of Channel Segmentation");
 290         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 291     }
 292
 293     /* Mapping (10.7, 10.8, 10.9) */
 294
 295     same_map = get_bits1(gb);
 296
 297     if ((ret = read_map(gb, &s->fsets, map_ch_to_felem, channels)) < 0)
 298         return ret;
 299
 300     if (same_map) {
 301         s->probs.elements = s->fsets.elements;
 302         memcpy(map_ch_to_pelem, map_ch_to_felem, sizeof(map_ch_to_felem));
 303     } else {
 304         avpriv_request_sample(avctx, "Not Same Mapping");
 305         if ((ret = read_map(gb, &s->probs, map_ch_to_pelem, channels)) < 0)
 306             return ret;
 307     }
 308
 309     /* Half Probability (10.10) */
 310
 311     for (ch = 0; ch < channels; ch++)
 312         half_prob[ch] = get_bits1(gb);
 313
 314     /* Filter Coef Sets (10.12) */
 315
 316     ret = read_table(gb, &s->fsets, fsets_code_pred_coeff, 7, 9, 1, 0);
 317     if (ret < 0)
 318         return ret;
 319
 320     /* Probability Tables (10.13) */
 321
 322     ret = read_table(gb, &s->probs, probs_code_pred_coeff, 6, 7, 0, 1);
 323     if (ret < 0)
 324         return ret;
 325
 326     /* Arithmetic Coded Data (10.11) */
 327
 328     if (get_bits1(gb))
 329         return AVERROR_INVALIDDATA;
 330     ac_init(ac, gb);
 331
 332     build_filter(s->filter, &s->fsets);
 333
 334     memset(s->status, 0xAA, sizeof(s->status));
 335     memset(dsd, 0, frame->nb_samples * 4 * channels);
 336
 337     ac_get(ac, gb, prob_dst_x_bit(s->fsets.coeff[0][0]), &dst_x_bit);
 338
 339     for (i = 0; i < samples_per_frame; i++) {
 340         for (ch = 0; ch < channels; ch++) {
 341             const unsigned felem = map_ch_to_felem[ch];
 342             int16_t (*filter)[256] = s->filter[felem];
 343             uint8_t *status = s->status[ch];
 344             int prob, residual, v;
 345
 346 #define F(x) filter[(x)][status[(x)]]
 347             const int16_t predict = F( 0) + F( 1) + F( 2) + F( 3) +
 348                                     F( 4) + F( 5) + F( 6) + F( 7) +
 349                                     F( 8) + F( 9) + F(10) + F(11) +
 350                                     F(12) + F(13) + F(14) + F(15);
 351 #undef F
 352
 353             if (!half_prob[ch] || i >= s->fsets.length[felem]) {
 354                 unsigned pelem = map_ch_to_pelem[ch];
 355                 unsigned index = FFABS(predict) >> 3;
 356                 prob = s->probs.coeff[pelem][FFMIN(index, s->probs.length[pelem] - 1)];
 357             } else {
 358                 prob = 128;
 359             }
 360
 361             ac_get(ac, gb, prob, &residual);
 362             v = ((predict >> 15) ^ residual) & 1;
 363             dsd[((i >> 3) * channels + ch) << 2] |= v << (7 - (i & 0x7 ));
 364
 365             AV_WL64A(status + 8, (AV_RL64A(status + 8) << 1) | ((AV_RL64A(status) >> 63) & 1));
 366             AV_WL64A(status, (AV_RL64A(status) << 1) | v);
 367         }
 368     }
 369
 370 dsd:
 371     for (i = 0; i < channels; i++) {
 372         ff_dsd2pcm_translate(&s->dsdctx[i], frame->nb_samples, 0,
 373                              frame->data[0] + i * 4,
 374                              channels * 4, pcm + i, channels);
 375     }
 376
 377     *got_frame_ptr = 1;
 378
 379     return avpkt->size;
 380 }
 381
 382 AVCodec ff_dst_decoder = {
 383     .name           = "dst",
 384     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("DST (Digital Stream Transfer)"),
 385     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 386     .id             = AV_CODEC_ID_DST,
 387     .priv_data_size = sizeof(DSTContext),
 388     .init           = decode_init,
 389     .decode         = decode_frame,
 390     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DR1,
 391     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]) { AV_SAMPLE_FMT_FLT,
 392                                                       AV_SAMPLE_FMT_NONE },
 393     .caps_internal  = FF_CODEC_CAP_INIT_THREADSAFE,
 394 };