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

   1 /*
   2  * PCM codecs
   3  * Copyright (c) 2001 Fabrice Bellard.
   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 pcm.c
  24  * PCM codecs
  25  */
  26
  27 #include "avcodec.h"
  28 #include "bitstream.h" // for ff_reverse
  29
  30 /* from g711.c by SUN microsystems (unrestricted use) */
  31
  32 #define         SIGN_BIT        (0x80)      /* Sign bit for a A-law byte. */
  33 #define         QUANT_MASK      (0xf)       /* Quantization field mask. */
  34 #define         NSEGS           (8)         /* Number of A-law segments. */
  35 #define         SEG_SHIFT       (4)         /* Left shift for segment number. */
  36 #define         SEG_MASK        (0x70)      /* Segment field mask. */
  37
  38 #define         BIAS            (0x84)      /* Bias for linear code. */
  39
  40 /*
  41  * alaw2linear() - Convert an A-law value to 16-bit linear PCM
  42  *
  43  */
  44 static int alaw2linear(unsigned char a_val)
  45 {
  46         int t;
  47         int seg;
  48
  49         a_val ^= 0x55;
  50
  51         t = a_val & QUANT_MASK;
  52         seg = ((unsigned)a_val & SEG_MASK) >> SEG_SHIFT;
  53         if(seg) t= (t + t + 1 + 32) << (seg + 2);
  54         else    t= (t + t + 1     ) << 3;
  55
  56         return ((a_val & SIGN_BIT) ? t : -t);
  57 }
  58
  59 static int ulaw2linear(unsigned char u_val)
  60 {
  61         int t;
  62
  63         /* Complement to obtain normal u-law value. */
  64         u_val = ~u_val;
  65
  66         /*
  67          * Extract and bias the quantization bits. Then
  68          * shift up by the segment number and subtract out the bias.
  69          */
  70         t = ((u_val & QUANT_MASK) << 3) + BIAS;
  71         t <<= ((unsigned)u_val & SEG_MASK) >> SEG_SHIFT;
  72
  73         return ((u_val & SIGN_BIT) ? (BIAS - t) : (t - BIAS));
  74 }
  75
  76 /* 16384 entries per table */
  77 static uint8_t *linear_to_alaw = NULL;
  78 static int linear_to_alaw_ref = 0;
  79
  80 static uint8_t *linear_to_ulaw = NULL;
  81 static int linear_to_ulaw_ref = 0;
  82
  83 static void build_xlaw_table(uint8_t *linear_to_xlaw,
  84                              int (*xlaw2linear)(unsigned char),
  85                              int mask)
  86 {
  87     int i, j, v, v1, v2;
  88
  89     j = 0;
  90     for(i=0;i<128;i++) {
  91         if (i != 127) {
  92             v1 = xlaw2linear(i ^ mask);
  93             v2 = xlaw2linear((i + 1) ^ mask);
  94             v = (v1 + v2 + 4) >> 3;
  95         } else {
  96             v = 8192;
  97         }
  98         for(;j<v;j++) {
  99             linear_to_xlaw[8192 + j] = (i ^ mask);
 100             if (j > 0)
 101                 linear_to_xlaw[8192 - j] = (i ^ (mask ^ 0x80));
 102         }
 103     }
 104     linear_to_xlaw[0] = linear_to_xlaw[1];
 105 }
 106
 107 static int pcm_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 108 {
 109     avctx->frame_size = 1;
 110     switch(avctx->codec->id) {
 111     case CODEC_ID_PCM_ALAW:
 112         if (linear_to_alaw_ref == 0) {
 113             linear_to_alaw = av_malloc(16384);
 114             if (!linear_to_alaw)
 115                 return -1;
 116             build_xlaw_table(linear_to_alaw, alaw2linear, 0xd5);
 117         }
 118         linear_to_alaw_ref++;
 119         break;
 120     case CODEC_ID_PCM_MULAW:
 121         if (linear_to_ulaw_ref == 0) {
 122             linear_to_ulaw = av_malloc(16384);
 123             if (!linear_to_ulaw)
 124                 return -1;
 125             build_xlaw_table(linear_to_ulaw, ulaw2linear, 0xff);
 126         }
 127         linear_to_ulaw_ref++;
 128         break;
 129     default:
 130         break;
 131     }
 132
 133     switch(avctx->codec->id) {
 134     case CODEC_ID_PCM_S32LE:
 135     case CODEC_ID_PCM_S32BE:
 136     case CODEC_ID_PCM_U32LE:
 137     case CODEC_ID_PCM_U32BE:
 138         avctx->block_align = 4 * avctx->channels;
 139         break;
 140     case CODEC_ID_PCM_S24LE:
 141     case CODEC_ID_PCM_S24BE:
 142     case CODEC_ID_PCM_U24LE:
 143     case CODEC_ID_PCM_U24BE:
 144     case CODEC_ID_PCM_S24DAUD:
 145         avctx->block_align = 3 * avctx->channels;
 146         break;
 147     case CODEC_ID_PCM_S16LE:
 148     case CODEC_ID_PCM_S16BE:
 149     case CODEC_ID_PCM_U16LE:
 150     case CODEC_ID_PCM_U16BE:
 151         avctx->block_align = 2 * avctx->channels;
 152         break;
 153     case CODEC_ID_PCM_S8:
 154     case CODEC_ID_PCM_U8:
 155     case CODEC_ID_PCM_MULAW:
 156     case CODEC_ID_PCM_ALAW:
 157         avctx->block_align = avctx->channels;
 158         break;
 159     default:
 160         break;
 161     }
 162
 163     avctx->coded_frame= avcodec_alloc_frame();
 164     avctx->coded_frame->key_frame= 1;
 165
 166     return 0;
 167 }
 168
 169 static int pcm_encode_close(AVCodecContext *avctx)
 170 {
 171     av_freep(&avctx->coded_frame);
 172
 173     switch(avctx->codec->id) {
 174     case CODEC_ID_PCM_ALAW:
 175         if (--linear_to_alaw_ref == 0)
 176             av_free(linear_to_alaw);
 177         break;
 178     case CODEC_ID_PCM_MULAW:
 179         if (--linear_to_ulaw_ref == 0)
 180             av_free(linear_to_ulaw);
 181         break;
 182     default:
 183         /* nothing to free */
 184         break;
 185     }
 186     return 0;
 187 }
 188
 189 /**
 190  * \brief convert samples from 16 bit
 191  * \param bps byte per sample for the destination format, must be >= 2
 192  * \param le 0 for big-, 1 for little-endian
 193  * \param us 0 for signed, 1 for unsigned output
 194  * \param samples input samples
 195  * \param dst output samples
 196  * \param n number of samples in samples buffer.
 197  */
 198 static inline void encode_from16(int bps, int le, int us,
 199                                short **samples, uint8_t **dst, int n) {
 200     if (bps > 2)
 201         memset(*dst, 0, n * bps);
 202     if (le) *dst += bps - 2;
 203     for(;n>0;n--) {
 204         register int v = *(*samples)++;
 205         if (us) v += 0x8000;
 206         (*dst)[le] = v >> 8;
 207         (*dst)[1 - le] = v;
 208         *dst += bps;
 209     }
 210     if (le) *dst -= bps - 2;
 211 }
 212
 213 static int pcm_encode_frame(AVCodecContext *avctx,
 214                             unsigned char *frame, int buf_size, void *data)
 215 {
 216     int n, sample_size, v;
 217     short *samples;
 218     unsigned char *dst;
 219
 220     switch(avctx->codec->id) {
 221     case CODEC_ID_PCM_S32LE:
 222     case CODEC_ID_PCM_S32BE:
 223     case CODEC_ID_PCM_U32LE:
 224     case CODEC_ID_PCM_U32BE:
 225         sample_size = 4;
 226         break;
 227     case CODEC_ID_PCM_S24LE:
 228     case CODEC_ID_PCM_S24BE:
 229     case CODEC_ID_PCM_U24LE:
 230     case CODEC_ID_PCM_U24BE:
 231     case CODEC_ID_PCM_S24DAUD:
 232         sample_size = 3;
 233         break;
 234     case CODEC_ID_PCM_S16LE:
 235     case CODEC_ID_PCM_S16BE:
 236     case CODEC_ID_PCM_U16LE:
 237     case CODEC_ID_PCM_U16BE:
 238         sample_size = 2;
 239         break;
 240     default:
 241         sample_size = 1;
 242         break;
 243     }
 244     n = buf_size / sample_size;
 245     samples = data;
 246     dst = frame;
 247
 248     switch(avctx->codec->id) {
 249     case CODEC_ID_PCM_S32LE:
 250         encode_from16(4, 1, 0, &samples, &dst, n);
 251         break;
 252     case CODEC_ID_PCM_S32BE:
 253         encode_from16(4, 0, 0, &samples, &dst, n);
 254         break;
 255     case CODEC_ID_PCM_U32LE:
 256         encode_from16(4, 1, 1, &samples, &dst, n);
 257         break;
 258     case CODEC_ID_PCM_U32BE:
 259         encode_from16(4, 0, 1, &samples, &dst, n);
 260         break;
 261     case CODEC_ID_PCM_S24LE:
 262         encode_from16(3, 1, 0, &samples, &dst, n);
 263         break;
 264     case CODEC_ID_PCM_S24BE:
 265         encode_from16(3, 0, 0, &samples, &dst, n);
 266         break;
 267     case CODEC_ID_PCM_U24LE:
 268         encode_from16(3, 1, 1, &samples, &dst, n);
 269         break;
 270     case CODEC_ID_PCM_U24BE:
 271         encode_from16(3, 0, 1, &samples, &dst, n);
 272         break;
 273     case CODEC_ID_PCM_S24DAUD:
 274         for(;n>0;n--) {
 275             uint32_t tmp = ff_reverse[*samples >> 8] +
 276                            (ff_reverse[*samples & 0xff] << 8);
 277             tmp <<= 4; // sync flags would go here
 278             dst[2] = tmp & 0xff;
 279             tmp >>= 8;
 280             dst[1] = tmp & 0xff;
 281             dst[0] = tmp >> 8;
 282             samples++;
 283             dst += 3;
 284         }
 285         break;
 286     case CODEC_ID_PCM_S16LE:
 287         for(;n>0;n--) {
 288             v = *samples++;
 289             dst[0] = v & 0xff;
 290             dst[1] = v >> 8;
 291             dst += 2;
 292         }
 293         break;
 294     case CODEC_ID_PCM_S16BE:
 295         for(;n>0;n--) {
 296             v = *samples++;
 297             dst[0] = v >> 8;
 298             dst[1] = v;
 299             dst += 2;
 300         }
 301         break;
 302     case CODEC_ID_PCM_U16LE:
 303         for(;n>0;n--) {
 304             v = *samples++;
 305             v += 0x8000;
 306             dst[0] = v & 0xff;
 307             dst[1] = v >> 8;
 308             dst += 2;
 309         }
 310         break;
 311     case CODEC_ID_PCM_U16BE:
 312         for(;n>0;n--) {
 313             v = *samples++;
 314             v += 0x8000;
 315             dst[0] = v >> 8;
 316             dst[1] = v;
 317             dst += 2;
 318         }
 319         break;
 320     case CODEC_ID_PCM_S8:
 321         for(;n>0;n--) {
 322             v = *samples++;
 323             dst[0] = v >> 8;
 324             dst++;
 325         }
 326         break;
 327     case CODEC_ID_PCM_U8:
 328         for(;n>0;n--) {
 329             v = *samples++;
 330             dst[0] = (v >> 8) + 128;
 331             dst++;
 332         }
 333         break;
 334     case CODEC_ID_PCM_ALAW:
 335         for(;n>0;n--) {
 336             v = *samples++;
 337             dst[0] = linear_to_alaw[(v + 32768) >> 2];
 338             dst++;
 339         }
 340         break;
 341     case CODEC_ID_PCM_MULAW:
 342         for(;n>0;n--) {
 343             v = *samples++;
 344             dst[0] = linear_to_ulaw[(v + 32768) >> 2];
 345             dst++;
 346         }
 347         break;
 348     default:
 349         return -1;
 350     }
 351     //avctx->frame_size = (dst - frame) / (sample_size * avctx->channels);
 352
 353     return dst - frame;
 354 }
 355
 356 typedef struct PCMDecode {
 357     short table[256];
 358 } PCMDecode;
 359
 360 static int pcm_decode_init(AVCodecContext * avctx)
 361 {
 362     PCMDecode *s = avctx->priv_data;
 363     int i;
 364
 365     switch(avctx->codec->id) {
 366     case CODEC_ID_PCM_ALAW:
 367         for(i=0;i<256;i++)
 368             s->table[i] = alaw2linear(i);
 369         break;
 370     case CODEC_ID_PCM_MULAW:
 371         for(i=0;i<256;i++)
 372             s->table[i] = ulaw2linear(i);
 373         break;
 374     default:
 375         break;
 376     }
 377     return 0;
 378 }
 379
 380 /**
 381  * \brief convert samples to 16 bit
 382  * \param bps byte per sample for the source format, must be >= 2
 383  * \param le 0 for big-, 1 for little-endian
 384  * \param us 0 for signed, 1 for unsigned input
 385  * \param src input samples
 386  * \param samples output samples
 387  * \param src_len number of bytes in src
 388  */
 389 static inline void decode_to16(int bps, int le, int us,
 390                                uint8_t **src, short **samples, int src_len)
 391 {
 392     register int n = src_len / bps;
 393     if (le) *src += bps - 2;
 394     for(;n>0;n--) {
 395         *(*samples)++ = ((*src)[le] << 8 | (*src)[1 - le]) - (us?0x8000:0);
 396         *src += bps;
 397     }
 398     if (le) *src -= bps - 2;
 399 }
 400
 401 static int pcm_decode_frame(AVCodecContext *avctx,
 402                             void *data, int *data_size,
 403                             uint8_t *buf, int buf_size)
 404 {
 405     PCMDecode *s = avctx->priv_data;
 406     int n;
 407     short *samples;
 408     uint8_t *src;
 409
 410     samples = data;
 411     src = buf;
 412
 413     if(buf_size > AVCODEC_MAX_AUDIO_FRAME_SIZE/2)
 414         buf_size = AVCODEC_MAX_AUDIO_FRAME_SIZE/2;
 415
 416     switch(avctx->codec->id) {
 417     case CODEC_ID_PCM_S32LE:
 418         decode_to16(4, 1, 0, &src, &samples, buf_size);
 419         break;
 420     case CODEC_ID_PCM_S32BE:
 421         decode_to16(4, 0, 0, &src, &samples, buf_size);
 422         break;
 423     case CODEC_ID_PCM_U32LE:
 424         decode_to16(4, 1, 1, &src, &samples, buf_size);
 425         break;
 426     case CODEC_ID_PCM_U32BE:
 427         decode_to16(4, 0, 1, &src, &samples, buf_size);
 428         break;
 429     case CODEC_ID_PCM_S24LE:
 430         decode_to16(3, 1, 0, &src, &samples, buf_size);
 431         break;
 432     case CODEC_ID_PCM_S24BE:
 433         decode_to16(3, 0, 0, &src, &samples, buf_size);
 434         break;
 435     case CODEC_ID_PCM_U24LE:
 436         decode_to16(3, 1, 1, &src, &samples, buf_size);
 437         break;
 438     case CODEC_ID_PCM_U24BE:
 439         decode_to16(3, 0, 1, &src, &samples, buf_size);
 440         break;
 441     case CODEC_ID_PCM_S24DAUD:
 442         n = buf_size / 3;
 443         for(;n>0;n--) {
 444           uint32_t v = src[0] << 16 | src[1] << 8 | src[2];
 445           v >>= 4; // sync flags are here
 446           *samples++ = ff_reverse[(v >> 8) & 0xff] +
 447                        (ff_reverse[v & 0xff] << 8);
 448           src += 3;
 449         }
 450         break;
 451     case CODEC_ID_PCM_S16LE:
 452         n = buf_size >> 1;
 453         for(;n>0;n--) {
 454             *samples++ = src[0] | (src[1] << 8);
 455             src += 2;
 456         }
 457         break;
 458     case CODEC_ID_PCM_S16BE:
 459         n = buf_size >> 1;
 460         for(;n>0;n--) {
 461             *samples++ = (src[0] << 8) | src[1];
 462             src += 2;
 463         }
 464         break;
 465     case CODEC_ID_PCM_U16LE:
 466         n = buf_size >> 1;
 467         for(;n>0;n--) {
 468             *samples++ = (src[0] | (src[1] << 8)) - 0x8000;
 469             src += 2;
 470         }
 471         break;
 472     case CODEC_ID_PCM_U16BE:
 473         n = buf_size >> 1;
 474         for(;n>0;n--) {
 475             *samples++ = ((src[0] << 8) | src[1]) - 0x8000;
 476             src += 2;
 477         }
 478         break;
 479     case CODEC_ID_PCM_S8:
 480         n = buf_size;
 481         for(;n>0;n--) {
 482             *samples++ = src[0] << 8;
 483             src++;
 484         }
 485         break;
 486     case CODEC_ID_PCM_U8:
 487         n = buf_size;
 488         for(;n>0;n--) {
 489             *samples++ = ((int)src[0] - 128) << 8;
 490             src++;
 491         }
 492         break;
 493     case CODEC_ID_PCM_ALAW:
 494     case CODEC_ID_PCM_MULAW:
 495         n = buf_size;
 496         for(;n>0;n--) {
 497             *samples++ = s->table[src[0]];
 498             src++;
 499         }
 500         break;
 501     default:
 502         return -1;
 503     }
 504     *data_size = (uint8_t *)samples - (uint8_t *)data;
 505     return src - buf;
 506 }
 507
 508 #define PCM_CODEC(id, name)                     \
 509 AVCodec name ## _encoder = {                    \
 510     #name,                                      \
 511     CODEC_TYPE_AUDIO,                           \
 512     id,                                         \
 513     0,                                          \
 514     pcm_encode_init,                            \
 515     pcm_encode_frame,                           \
 516     pcm_encode_close,                           \
 517     NULL,                                       \
 518 };                                              \
 519 AVCodec name ## _decoder = {                    \
 520     #name,                                      \
 521     CODEC_TYPE_AUDIO,                           \
 522     id,                                         \
 523     sizeof(PCMDecode),                          \
 524     pcm_decode_init,                            \
 525     NULL,                                       \
 526     NULL,                                       \
 527     pcm_decode_frame,                           \
 528 }
 529
 530 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_S32LE, pcm_s32le);
 531 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_S32BE, pcm_s32be);
 532 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_U32LE, pcm_u32le);
 533 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_U32BE, pcm_u32be);
 534 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_S24LE, pcm_s24le);
 535 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_S24BE, pcm_s24be);
 536 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_U24LE, pcm_u24le);
 537 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_U24BE, pcm_u24be);
 538 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_S24DAUD, pcm_s24daud);
 539 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_S16LE, pcm_s16le);
 540 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_S16BE, pcm_s16be);
 541 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_U16LE, pcm_u16le);
 542 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_U16BE, pcm_u16be);
 543 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_S8, pcm_s8);
 544 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_U8, pcm_u8);
 545 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_ALAW, pcm_alaw);
 546 PCM_CODEC(CODEC_ID_PCM_MULAW, pcm_mulaw);
 547
 548 #undef PCM_CODEC