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
  26 #define NBLOCKS         4       /* number of segments within a block */
  27 #define BLOCKSIZE       40      /* (quarter) block size in 16-bit words (80 bytes) */
  28 #define HALFBLOCK       20      /* BLOCKSIZE/2 */
  29 #define BUFFERSIZE      146     /* for do_output */
  30
  31
  32 typedef struct {
  33     unsigned int     old_energy;        ///< previous frame energy
  34
  35     /* the swapped buffers */
  36     unsigned int     lpc_tables[2][10];
  37     unsigned int    *lpc_coef;          ///< LPC coefficients
  38     unsigned int    *lpc_coef_old;      ///< previous frame LPC coefficients
  39     unsigned int     lpc_refl_rms;
  40     unsigned int     lpc_refl_rms_old;
  41
  42     /** the current subblock padded by the last 10 values of the previous one*/
  43     int16_t curr_sblock[50];
  44
  45     uint16_t adapt_cb[148];             ///< adaptive codebook
  46 } RA144Context;
  47
  48 static int ra144_decode_init(AVCodecContext * avctx)
  49 {
  50     RA144Context *ractx = avctx->priv_data;
  51
  52     ractx->lpc_coef     = ractx->lpc_tables[0];
  53     ractx->lpc_coef_old = ractx->lpc_tables[1];
  54
  55     return 0;
  56 }
  57
  58 /**
  59  * Evaluate sqrt(x << 24). x must fit in 20 bits. This value is evaluated in an
  60  * odd way to make the output identical to the binary decoder.
  61  */
  62 static int t_sqrt(unsigned int x)
  63 {
  64     int s = 0;
  65     while (x > 0xfff) {
  66         s++;
  67         x = x >> 2;
  68     }
  69
  70     return (ff_sqrt(x << 20) << s) << 2;
  71 }
  72
  73 /**
  74  * Evaluate the LPC filter coefficients from the reflection coefficients.
  75  * Does the inverse of the eval_refl() function.
  76  */
  77 static void eval_coefs(const int *refl, int *coefs)
  78 {
  79     int buffer[10];
  80     int *b1 = buffer;
  81     int *b2 = coefs;
  82     int x, y;
  83
  84     for (x=0; x < 10; x++) {
  85         b1[x] = refl[x] << 4;
  86
  87         for (y=0; y < x; y++)
  88             b1[y] = ((refl[x] * b2[x-y-1]) >> 12) + b2[y];
  89
  90         FFSWAP(int *, b1, b2);
  91     }
  92
  93     for (x=0; x < 10; x++)
  94         coefs[x] >>= 4;
  95 }
  96
  97 /* rotate block */
  98 static void rotate_block(const int16_t *source, int16_t *target, int offset)
  99 {
 100     source += BUFFERSIZE - offset;
 101
 102     if (offset > BLOCKSIZE) {
 103         memcpy(target, source, BLOCKSIZE*sizeof(*target));
 104     } else {
 105         memcpy(target, source, offset*sizeof(*target));
 106         memcpy(target + offset, source, (BLOCKSIZE - offset)*sizeof(*target));
 107     }
 108 }
 109
 110 /* inverse root mean square */
 111 static int irms(const int16_t *data, int factor)
 112 {
 113     unsigned int i, sum = 0;
 114
 115     for (i=0; i < BLOCKSIZE; i++)
 116         sum += data[i] * data[i];
 117
 118     if (sum == 0)
 119         return 0; /* OOPS - division by zero */
 120
 121     return (0x20000000 / (t_sqrt(sum) >> 8)) * factor;
 122 }
 123
 124 /* multiply/add wavetable */
 125 static void add_wav(int n, int skip_first, int *m, const int16_t *s1,
 126                     const int8_t *s2, const int8_t *s3, int16_t *dest)
 127 {
 128     int i;
 129     int v[3];
 130
 131     v[0] = 0;
 132     for (i=!skip_first; i<3; i++)
 133         v[i] = (gain_val_tab[n][i] * m[i]) >> (gain_exp_tab[n][i] + 1);
 134
 135     for (i=0; i < BLOCKSIZE; i++)
 136         dest[i] = ((*(s1++))*v[0] + (*(s2++))*v[1] + (*(s3++))*v[2]) >> 12;
 137 }
 138
 139 static void lpc_filter(const int16_t *lpc_coefs, uint16_t *statbuf, int len)
 140 {
 141     int x, i;
 142     int16_t *ptr = statbuf;
 143
 144     for (i=0; i<len; i++) {
 145         int sum = 0;
 146         int new_val;
 147
 148         for(x=0; x<10; x++)
 149             sum += lpc_coefs[9-x] * ptr[x];
 150
 151         sum >>= 12;
 152
 153         new_val = ptr[10] - sum;
 154
 155         if (new_val < -32768 || new_val > 32767) {
 156             memset(statbuf, 0, 100);
 157             return;
 158         }
 159
 160         ptr[10] = new_val;
 161         ptr++;
 162     }
 163 }
 164
 165 static unsigned int rescale_rms(int rms, int energy)
 166 {
 167     return (rms * energy) >> 10;
 168 }
 169
 170 static unsigned int rms(const int *data)
 171 {
 172     int x;
 173     unsigned int res = 0x10000;
 174     int b = 0;
 175
 176     for (x=0; x<10; x++) {
 177         res = (((0x1000000 - (*data) * (*data)) >> 12) * res) >> 12;
 178
 179         if (res == 0)
 180             return 0;
 181
 182         while (res <= 0x3fff) {
 183             b++;
 184             res <<= 2;
 185         }
 186         data++;
 187     }
 188
 189     if (res > 0)
 190         res = t_sqrt(res);
 191
 192     res >>= (b + 10);
 193     return res;
 194 }
 195
 196 /* do quarter-block output */
 197 static void do_output_subblock(RA144Context *ractx,
 198                                const uint16_t  *lpc_coefs, unsigned int gval,
 199                                GetBitContext *gb)
 200 {
 201     uint16_t buffer_a[40];
 202     uint16_t *block;
 203     int cba_idx = get_bits(gb, 7); // index of the adaptive CB, 0 if none
 204     int gain    = get_bits(gb, 8);
 205     int cb1_idx = get_bits(gb, 7);
 206     int cb2_idx = get_bits(gb, 7);
 207     int m[3];
 208
 209     if (cba_idx) {
 210         cba_idx += HALFBLOCK - 1;
 211         rotate_block(ractx->adapt_cb, buffer_a, cba_idx);
 212         m[0] = irms(buffer_a, gval) >> 12;
 213     } else {
 214         m[0] = 0;
 215     }
 216
 217     m[1] = ((cb1_base[cb1_idx] >> 4) * gval) >> 8;
 218     m[2] = ((cb2_base[cb2_idx] >> 4) * gval) >> 8;
 219
 220     memmove(ractx->adapt_cb, ractx->adapt_cb + BLOCKSIZE,
 221             (BUFFERSIZE - BLOCKSIZE) * 2);
 222
 223     block = ractx->adapt_cb + BUFFERSIZE - BLOCKSIZE;
 224
 225     add_wav(gain, cba_idx, m, buffer_a, cb1_vects[cb1_idx], cb2_vects[cb2_idx],
 226             block);
 227
 228     memcpy(ractx->curr_sblock, ractx->curr_sblock + 40,
 229            10*sizeof(*ractx->curr_sblock));
 230     memcpy(ractx->curr_sblock + 10, block,
 231            BLOCKSIZE*sizeof(*ractx->curr_sblock));
 232
 233     lpc_filter(lpc_coefs, ractx->curr_sblock, BLOCKSIZE);
 234 }
 235
 236 static void int_to_int16(int16_t *out, const int *inp)
 237 {
 238     int i;
 239
 240     for (i=0; i<30; i++)
 241         *(out++) = *(inp++);
 242 }
 243
 244 /**
 245  * Evaluate the reflection coefficients from the filter coefficients.
 246  * Does the inverse of the eval_coefs() function.
 247  *
 248  * @return 1 if one of the reflection coefficients is of magnitude greater than
 249  *         4095, 0 if not.
 250  */
 251 static int eval_refl(const int16_t *coefs, int *refl, RA144Context *ractx)
 252 {
 253     int retval = 0;
 254     int b, c, i;
 255     unsigned int u;
 256     int buffer1[10];
 257     int buffer2[10];
 258     int *bp1 = buffer1;
 259     int *bp2 = buffer2;
 260
 261     for (i=0; i < 10; i++)
 262         buffer2[i] = coefs[i];
 263
 264     u = refl[9] = bp2[9];
 265
 266     if (u + 0x1000 > 0x1fff) {
 267         av_log(ractx, AV_LOG_ERROR, "Overflow. Broken sample?\n");
 268         return 0;
 269     }
 270
 271     for (c=8; c >= 0; c--) {
 272         if (u == 0x1000)
 273             u++;
 274
 275         if (u == 0xfffff000)
 276             u--;
 277
 278         b = 0x1000-((u * u) >> 12);
 279
 280         if (b == 0)
 281             b++;
 282
 283         for (u=0; u<=c; u++)
 284             bp1[u] = ((bp2[u] - ((refl[c+1] * bp2[c-u]) >> 12)) * (0x1000000 / b)) >> 12;
 285
 286         refl[c] = u = bp1[c];
 287
 288         if ((u + 0x1000) > 0x1fff)
 289             retval = 1;
 290
 291         FFSWAP(int *, bp1, bp2);
 292     }
 293     return retval;
 294 }
 295
 296 static int interp(RA144Context *ractx, int16_t *out, int block_num,
 297                   int copynew, int energy)
 298 {
 299     int work[10];
 300     int a = block_num + 1;
 301     int b = NBLOCKS - a;
 302     int x;
 303
 304     // Interpolate block coefficients from the this frame forth block and
 305     // last frame forth block
 306     for (x=0; x<30; x++)
 307         out[x] = (a * ractx->lpc_coef[x] + b * ractx->lpc_coef_old[x])>> 2;
 308
 309     if (eval_refl(out, work, ractx)) {
 310         // The interpolated coefficients are unstable, copy either new or old
 311         // coefficients
 312         if (copynew) {
 313             int_to_int16(out, ractx->lpc_coef);
 314             return rescale_rms(ractx->lpc_refl_rms, energy);
 315         } else {
 316             int_to_int16(out, ractx->lpc_coef_old);
 317             return rescale_rms(ractx->lpc_refl_rms_old, energy);
 318         }
 319     } else {
 320         return rescale_rms(rms(work), energy);
 321     }
 322 }
 323
 324 /* Uncompress one block (20 bytes -> 160*2 bytes) */
 325 static int ra144_decode_frame(AVCodecContext * avctx,
 326                               void *vdata, int *data_size,
 327                               const uint8_t * buf, int buf_size)
 328 {
 329     static const uint8_t sizes[10] = {6, 5, 5, 4, 4, 3, 3, 3, 3, 2};
 330     unsigned int refl_rms[4];    // RMS of the reflection coefficients
 331     uint16_t block_coefs[4][30]; // LPC coefficients of each sub-block
 332     unsigned int lpc_refl[10];   // LPC reflection coefficients of the frame
 333     int i, c;
 334     int16_t *data = vdata;
 335     unsigned int energy;
 336
 337     RA144Context *ractx = avctx->priv_data;
 338     GetBitContext gb;
 339
 340     if(buf_size < 20) {
 341         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 342                "Frame too small (%d bytes). Truncated file?\n", buf_size);
 343         *data_size = 0;
 344         return buf_size;
 345     }
 346     init_get_bits(&gb, buf, 20 * 8);
 347
 348     for (i=0; i<10; i++)
 349         // "<< 1"? Doesn't this make one value out of two of the table useless?
 350         lpc_refl[i] = lpc_refl_cb[i][get_bits(&gb, sizes[i]) << 1];
 351
 352     eval_coefs(lpc_refl, ractx->lpc_coef);
 353     ractx->lpc_refl_rms = rms(lpc_refl);
 354
 355     energy = energy_tab[get_bits(&gb, 5) << 1]; // Useless table entries?
 356
 357     refl_rms[0] = interp(ractx, block_coefs[0], 0, 0, ractx->old_energy);
 358     refl_rms[1] = interp(ractx, block_coefs[1], 1, energy > ractx->old_energy,
 359                     t_sqrt(energy*ractx->old_energy) >> 12);
 360     refl_rms[2] = interp(ractx, block_coefs[2], 2, 1, energy);
 361     refl_rms[3] = rescale_rms(ractx->lpc_refl_rms, energy);
 362
 363     int_to_int16(block_coefs[3], ractx->lpc_coef);
 364
 365     /* do output */
 366     for (c=0; c<4; c++) {
 367         do_output_subblock(ractx, block_coefs[c], refl_rms[c], &gb);
 368
 369         for (i=0; i<BLOCKSIZE; i++)
 370             *data++ = av_clip_int16(ractx->curr_sblock[i + 10] << 2);
 371     }
 372
 373     ractx->old_energy = energy;
 374     ractx->lpc_refl_rms_old = ractx->lpc_refl_rms;
 375
 376     FFSWAP(unsigned int *, ractx->lpc_coef_old, ractx->lpc_coef);
 377
 378     *data_size = 2*160;
 379     return 20;
 380 }
 381
 382 AVCodec ra_144_decoder =
 383 {
 384     "real_144",
 385     CODEC_TYPE_AUDIO,
 386     CODEC_ID_RA_144,
 387     sizeof(RA144Context),
 388     ra144_decode_init,
 389     NULL,
 390     NULL,
 391     ra144_decode_frame,
 392     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("RealAudio 1.0 (14.4K)"),
 393 };