git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/ra144.c

   1 /*
   2  * Real Audio 1.0 (14.4K)
   3  * Copyright (c) 2003 the ffmpeg project
   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 #include "avcodec.h"
  23 #include "bitstream.h"
  24 #include "ra144.h"
  25 #include "acelp_filters.h"
  26
  27 #define NBLOCKS         4       ///< number of subblocks within a block
  28 #define BLOCKSIZE       40      ///< subblock size in 16-bit words
  29 #define BUFFERSIZE      146     ///< the size of the adaptive codebook
  30
  31
  32 typedef struct {
  33     unsigned int     old_energy;        ///< previous frame energy
  34
  35     unsigned int     lpc_tables[2][10];
  36
  37     /** LPC coefficients: lpc_coef[0] is the coefficients of the current frame
  38      *  and lpc_coef[1] of the previous one */
  39     unsigned int    *lpc_coef[2];
  40
  41     unsigned int     lpc_refl_rms[2];
  42
  43     /** the current subblock padded by the last 10 values of the previous one*/
  44     int16_t curr_sblock[50];
  45
  46     /** adaptive codebook. Its size is two units bigger to avoid a
  47      *  buffer overflow */
  48     uint16_t adapt_cb[148];
  49 } RA144Context;
  50
  51 static int ra144_decode_init(AVCodecContext * avctx)
  52 {
  53     RA144Context *ractx = avctx->priv_data;
  54
  55     ractx->lpc_coef[0] = ractx->lpc_tables[0];
  56     ractx->lpc_coef[1] = ractx->lpc_tables[1];
  57
  58     return 0;
  59 }
  60
  61 /**
  62  * Evaluate sqrt(x << 24). x must fit in 20 bits. This value is evaluated in an
  63  * odd way to make the output identical to the binary decoder.
  64  */
  65 static int t_sqrt(unsigned int x)
  66 {
  67     int s = 2;
  68     while (x > 0xfff) {
  69         s++;
  70         x = x >> 2;
  71     }
  72
  73     return ff_sqrt(x << 20) << s;
  74 }
  75
  76 /**
  77  * Evaluate the LPC filter coefficients from the reflection coefficients.
  78  * Does the inverse of the eval_refl() function.
  79  */
  80 static void eval_coefs(int *coefs, const int *refl)
  81 {
  82     int buffer[10];
  83     int *b1 = buffer;
  84     int *b2 = coefs;
  85     int x, y;
  86
  87     for (x=0; x < 10; x++) {
  88         b1[x] = refl[x] << 4;
  89
  90         for (y=0; y < x; y++)
  91             b1[y] = ((refl[x] * b2[x-y-1]) >> 12) + b2[y];
  92
  93         FFSWAP(int *, b1, b2);
  94     }
  95
  96     for (x=0; x < 10; x++)
  97         coefs[x] >>= 4;
  98 }
  99
 100 /**
 101  * Copy the last offset values of *source to *target. If those values are not
 102  * enough to fill the target buffer, fill it with another copy of those values.
 103  */
 104 static void copy_and_dup(int16_t *target, const int16_t *source, int offset)
 105 {
 106     source += BUFFERSIZE - offset;
 107
 108     if (offset > BLOCKSIZE) {
 109         memcpy(target, source, BLOCKSIZE*sizeof(*target));
 110     } else {
 111         memcpy(target, source, offset*sizeof(*target));
 112         memcpy(target + offset, source, (BLOCKSIZE - offset)*sizeof(*target));
 113     }
 114 }
 115
 116 /** inverse root mean square */
 117 static int irms(const int16_t *data)
 118 {
 119     unsigned int i, sum = 0;
 120
 121     for (i=0; i < BLOCKSIZE; i++)
 122         sum += data[i] * data[i];
 123
 124     if (sum == 0)
 125         return 0; /* OOPS - division by zero */
 126
 127     return 0x20000000 / (t_sqrt(sum) >> 8);
 128 }
 129
 130 static void add_wav(int16_t *dest, int n, int skip_first, int *m,
 131                     const int16_t *s1, const int8_t *s2, const int8_t *s3)
 132 {
 133     int i;
 134     int v[3];
 135
 136     v[0] = 0;
 137     for (i=!skip_first; i<3; i++)
 138         v[i] = (gain_val_tab[n][i] * m[i]) >> (gain_exp_tab[n][i] + 1);
 139
 140     for (i=0; i < BLOCKSIZE; i++)
 141         dest[i] = (s1[i]*v[0] + s2[i]*v[1] + s3[i]*v[2]) >> 12;
 142 }
 143
 144 static unsigned int rescale_rms(unsigned int rms, unsigned int energy)
 145 {
 146     return (rms * energy) >> 10;
 147 }
 148
 149 static unsigned int rms(const int *data)
 150 {
 151     int x;
 152     unsigned int res = 0x10000;
 153     int b = 0;
 154
 155     for (x=0; x<10; x++) {
 156         res = (((0x1000000 - data[x]*data[x]) >> 12) * res) >> 12;
 157
 158         if (res == 0)
 159             return 0;
 160
 161         while (res <= 0x3fff) {
 162             b++;
 163             res <<= 2;
 164         }
 165     }
 166
 167     res = t_sqrt(res);
 168
 169     res >>= (b + 10);
 170     return res;
 171 }
 172
 173 static void do_output_subblock(RA144Context *ractx, const uint16_t  *lpc_coefs,
 174                                int gval, GetBitContext *gb)
 175 {
 176     uint16_t buffer_a[40];
 177     uint16_t *block;
 178     int cba_idx = get_bits(gb, 7); // index of the adaptive CB, 0 if none
 179     int gain    = get_bits(gb, 8);
 180     int cb1_idx = get_bits(gb, 7);
 181     int cb2_idx = get_bits(gb, 7);
 182     int m[3];
 183
 184     if (cba_idx) {
 185         cba_idx += BLOCKSIZE/2 - 1;
 186         copy_and_dup(buffer_a, ractx->adapt_cb, cba_idx);
 187         m[0] = (irms(buffer_a) * gval) >> 12;
 188     } else {
 189         m[0] = 0;
 190     }
 191
 192     m[1] = (cb1_base[cb1_idx] * gval) >> 8;
 193     m[2] = (cb2_base[cb2_idx] * gval) >> 8;
 194
 195     memmove(ractx->adapt_cb, ractx->adapt_cb + BLOCKSIZE,
 196             (BUFFERSIZE - BLOCKSIZE) * sizeof(*ractx->adapt_cb));
 197
 198     block = ractx->adapt_cb + BUFFERSIZE - BLOCKSIZE;
 199
 200     add_wav(block, gain, cba_idx, m, buffer_a,
 201             cb1_vects[cb1_idx], cb2_vects[cb2_idx]);
 202
 203     memcpy(ractx->curr_sblock, ractx->curr_sblock + 40,
 204            10*sizeof(*ractx->curr_sblock));
 205     memcpy(ractx->curr_sblock + 10, block,
 206            BLOCKSIZE*sizeof(*ractx->curr_sblock));
 207
 208     if (ff_acelp_lp_synthesis_filter(
 209                                      ractx->curr_sblock + 10, lpc_coefs -1,
 210                                      ractx->curr_sblock + 10, BLOCKSIZE,
 211                                      11, 1, 0xfff)
 212         )
 213         memset(ractx->curr_sblock, 0, 50*sizeof(*ractx->curr_sblock));
 214 }
 215
 216 static void int_to_int16(int16_t *out, const int *inp)
 217 {
 218     int i;
 219
 220     for (i=0; i<30; i++)
 221         *(out++) = *(inp++);
 222 }
 223
 224 /**
 225  * Evaluate the reflection coefficients from the filter coefficients.
 226  * Does the inverse of the eval_coefs() function.
 227  *
 228  * @return 1 if one of the reflection coefficients is of magnitude greater than
 229  *         4095, 0 if not.
 230  */
 231 static int eval_refl(int *refl, const int16_t *coefs, RA144Context *ractx)
 232 {
 233     int retval = 0;
 234     int b, c, i;
 235     unsigned int u;
 236     int buffer1[10];
 237     int buffer2[10];
 238     int *bp1 = buffer1;
 239     int *bp2 = buffer2;
 240
 241     for (i=0; i < 10; i++)
 242         buffer2[i] = coefs[i];
 243
 244     u = refl[9] = bp2[9];
 245
 246     if (u + 0x1000 > 0x1fff) {
 247         av_log(ractx, AV_LOG_ERROR, "Overflow. Broken sample?\n");
 248         return 1;
 249     }
 250
 251     for (c=8; c >= 0; c--) {
 252         if (u == 0x1000)
 253             u++;
 254
 255         if (u == 0xfffff000)
 256             u--;
 257
 258         b = 0x1000-((u * u) >> 12);
 259
 260         if (b == 0)
 261             b++;
 262
 263         for (u=0; u<=c; u++)
 264             bp1[u] = ((bp2[u] - ((refl[c+1] * bp2[c-u]) >> 12)) * (0x1000000 / b)) >> 12;
 265
 266         refl[c] = u = bp1[c];
 267
 268         if ((u + 0x1000) > 0x1fff)
 269             retval = 1;
 270
 271         FFSWAP(int *, bp1, bp2);
 272     }
 273     return retval;
 274 }
 275
 276 static int interp(RA144Context *ractx, int16_t *out, int block_num,
 277                   int copyold, int energy)
 278 {
 279     int work[10];
 280     int a = block_num + 1;
 281     int b = NBLOCKS - a;
 282     int x;
 283
 284     // Interpolate block coefficients from the this frame forth block and
 285     // last frame forth block
 286     for (x=0; x<30; x++)
 287         out[x] = (a * ractx->lpc_coef[0][x] + b * ractx->lpc_coef[1][x])>> 2;
 288
 289     if (eval_refl(work, out, ractx)) {
 290         // The interpolated coefficients are unstable, copy either new or old
 291         // coefficients
 292         int_to_int16(out, ractx->lpc_coef[copyold]);
 293         return rescale_rms(ractx->lpc_refl_rms[copyold], energy);
 294     } else {
 295         return rescale_rms(rms(work), energy);
 296     }
 297 }
 298
 299 /** Uncompress one block (20 bytes -> 160*2 bytes) */
 300 static int ra144_decode_frame(AVCodecContext * avctx, void *vdata,
 301                               int *data_size, const uint8_t *buf, int buf_size)
 302 {
 303     static const uint8_t sizes[10] = {6, 5, 5, 4, 4, 3, 3, 3, 3, 2};
 304     unsigned int refl_rms[4];    // RMS of the reflection coefficients
 305     uint16_t block_coefs[4][30]; // LPC coefficients of each sub-block
 306     unsigned int lpc_refl[10];   // LPC reflection coefficients of the frame
 307     int i, c;
 308     int16_t *data = vdata;
 309     unsigned int energy;
 310
 311     RA144Context *ractx = avctx->priv_data;
 312     GetBitContext gb;
 313
 314     if(buf_size < 20) {
 315         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 316                "Frame too small (%d bytes). Truncated file?\n", buf_size);
 317         *data_size = 0;
 318         return buf_size;
 319     }
 320     init_get_bits(&gb, buf, 20 * 8);
 321
 322     for (i=0; i<10; i++)
 323         lpc_refl[i] = lpc_refl_cb[i][get_bits(&gb, sizes[i])];
 324
 325     eval_coefs(ractx->lpc_coef[0], lpc_refl);
 326     ractx->lpc_refl_rms[0] = rms(lpc_refl);
 327
 328     energy = energy_tab[get_bits(&gb, 5)];
 329
 330     refl_rms[0] = interp(ractx, block_coefs[0], 0, 1, ractx->old_energy);
 331     refl_rms[1] = interp(ractx, block_coefs[1], 1, energy <= ractx->old_energy,
 332                     t_sqrt(energy*ractx->old_energy) >> 12);
 333     refl_rms[2] = interp(ractx, block_coefs[2], 2, 0, energy);
 334     refl_rms[3] = rescale_rms(ractx->lpc_refl_rms[0], energy);
 335
 336     int_to_int16(block_coefs[3], ractx->lpc_coef[0]);
 337
 338     for (c=0; c<4; c++) {
 339         do_output_subblock(ractx, block_coefs[c], refl_rms[c], &gb);
 340
 341         for (i=0; i<BLOCKSIZE; i++)
 342             *data++ = av_clip_int16(ractx->curr_sblock[i + 10] << 2);
 343     }
 344
 345     ractx->old_energy = energy;
 346     ractx->lpc_refl_rms[1] = ractx->lpc_refl_rms[0];
 347
 348     FFSWAP(unsigned int *, ractx->lpc_coef[0], ractx->lpc_coef[1]);
 349
 350     *data_size = 2*160;
 351     return 20;
 352 }
 353
 354 AVCodec ra_144_decoder =
 355 {
 356     "real_144",
 357     CODEC_TYPE_AUDIO,
 358     CODEC_ID_RA_144,
 359     sizeof(RA144Context),
 360     ra144_decode_init,
 361     NULL,
 362     NULL,
 363     ra144_decode_frame,
 364     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("RealAudio 1.0 (14.4K)"),
 365 };