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