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

   1 /*
   2  * Real Audio 1.0 (14.4K)
   3  *
   4  * Copyright (c) 2008 Vitor Sessak
   5  * Copyright (c) 2003 Nick Kurshev
   6  *     Based on public domain decoder at http://www.honeypot.net/audio
   7  *
   8  * This file is part of FFmpeg.
   9  *
  10  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
  11  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  12  * License as published by the Free Software Foundation; either
  13  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  14  *
  15  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  16  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  17  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  18  * Lesser General Public License for more details.
  19  *
  20  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  21  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  22  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  23  */
  24
  25 #include "avcodec.h"
  26 #include "get_bits.h"
  27 #include "ra144.h"
  28 #include "celp_filters.h"
  29
  30 #define NBLOCKS         4       ///< number of subblocks within a block
  31 #define BLOCKSIZE       40      ///< subblock size in 16-bit words
  32 #define BUFFERSIZE      146     ///< the size of the adaptive codebook
  33
  34
  35 typedef struct {
  36     AVCodecContext *avctx;
  37
  38     unsigned int     old_energy;        ///< previous frame energy
  39
  40     unsigned int     lpc_tables[2][10];
  41
  42     /** LPC coefficients: lpc_coef[0] is the coefficients of the current frame
  43      *  and lpc_coef[1] of the previous one. */
  44     unsigned int    *lpc_coef[2];
  45
  46     unsigned int     lpc_refl_rms[2];
  47
  48     /** The current subblock padded by the last 10 values of the previous one. */
  49     int16_t curr_sblock[50];
  50
  51     /** Adaptive codebook, its size is two units bigger to avoid a
  52      *  buffer overflow. */
  53     uint16_t adapt_cb[146+2];
  54 } RA144Context;
  55
  56 static av_cold int ra144_decode_init(AVCodecContext * avctx)
  57 {
  58     RA144Context *ractx = avctx->priv_data;
  59
  60     ractx->avctx = avctx;
  61
  62     ractx->lpc_coef[0] = ractx->lpc_tables[0];
  63     ractx->lpc_coef[1] = ractx->lpc_tables[1];
  64
  65     avctx->sample_fmt = SAMPLE_FMT_S16;
  66     return 0;
  67 }
  68
  69 /**
  70  * Evaluate sqrt(x << 24). x must fit in 20 bits. This value is evaluated in an
  71  * odd way to make the output identical to the binary decoder.
  72  */
  73 static int t_sqrt(unsigned int x)
  74 {
  75     int s = 2;
  76     while (x > 0xfff) {
  77         s++;
  78         x >>= 2;
  79     }
  80
  81     return ff_sqrt(x << 20) << s;
  82 }
  83
  84 /**
  85  * Evaluate the LPC filter coefficients from the reflection coefficients.
  86  * Does the inverse of the eval_refl() function.
  87  */
  88 static void eval_coefs(int *coefs, const int *refl)
  89 {
  90     int buffer[10];
  91     int *b1 = buffer;
  92     int *b2 = coefs;
  93     int i, j;
  94
  95     for (i=0; i < 10; i++) {
  96         b1[i] = refl[i] << 4;
  97
  98         for (j=0; j < i; j++)
  99             b1[j] = ((refl[i] * b2[i-j-1]) >> 12) + b2[j];
 100
 101         FFSWAP(int *, b1, b2);
 102     }
 103
 104     for (i=0; i < 10; i++)
 105         coefs[i] >>= 4;
 106 }
 107
 108 /**
 109  * Copy the last offset values of *source to *target. If those values are not
 110  * enough to fill the target buffer, fill it with another copy of those values.
 111  */
 112 static void copy_and_dup(int16_t *target, const int16_t *source, int offset)
 113 {
 114     source += BUFFERSIZE - offset;
 115
 116     memcpy(target, source, FFMIN(BLOCKSIZE, offset)*sizeof(*target));
 117     if (offset < BLOCKSIZE)
 118         memcpy(target + offset, source, (BLOCKSIZE - offset)*sizeof(*target));
 119 }
 120
 121 /** inverse root mean square */
 122 static int irms(const int16_t *data)
 123 {
 124     unsigned int i, sum = 0;
 125
 126     for (i=0; i < BLOCKSIZE; i++)
 127         sum += data[i] * data[i];
 128
 129     if (sum == 0)
 130         return 0; /* OOPS - division by zero */
 131
 132     return 0x20000000 / (t_sqrt(sum) >> 8);
 133 }
 134
 135 static void add_wav(int16_t *dest, int n, int skip_first, int *m,
 136                     const int16_t *s1, const int8_t *s2, const int8_t *s3)
 137 {
 138     int i;
 139     int v[3];
 140
 141     v[0] = 0;
 142     for (i=!skip_first; i<3; i++)
 143         v[i] = (gain_val_tab[n][i] * m[i]) >> gain_exp_tab[n];
 144
 145     if (v[0]) {
 146         for (i=0; i < BLOCKSIZE; i++)
 147             dest[i] = (s1[i]*v[0] + s2[i]*v[1] + s3[i]*v[2]) >> 12;
 148     } else {
 149         for (i=0; i < BLOCKSIZE; i++)
 150             dest[i] = (             s2[i]*v[1] + s3[i]*v[2]) >> 12;
 151     }
 152 }
 153
 154 static unsigned int rescale_rms(unsigned int rms, unsigned int energy)
 155 {
 156     return (rms * energy) >> 10;
 157 }
 158
 159 static unsigned int rms(const int *data)
 160 {
 161     int i;
 162     unsigned int res = 0x10000;
 163     int b = 10;
 164
 165     for (i=0; i < 10; i++) {
 166         res = (((0x1000000 - data[i]*data[i]) >> 12) * res) >> 12;
 167
 168         if (res == 0)
 169             return 0;
 170
 171         while (res <= 0x3fff) {
 172             b++;
 173             res <<= 2;
 174         }
 175     }
 176
 177     return t_sqrt(res) >> b;
 178 }
 179
 180 static void do_output_subblock(RA144Context *ractx, const uint16_t  *lpc_coefs,
 181                                int gval, GetBitContext *gb)
 182 {
 183     uint16_t buffer_a[40];
 184     uint16_t *block;
 185     int cba_idx = get_bits(gb, 7); // index of the adaptive CB, 0 if none
 186     int gain    = get_bits(gb, 8);
 187     int cb1_idx = get_bits(gb, 7);
 188     int cb2_idx = get_bits(gb, 7);
 189     int m[3];
 190
 191     if (cba_idx) {
 192         cba_idx += BLOCKSIZE/2 - 1;
 193         copy_and_dup(buffer_a, ractx->adapt_cb, cba_idx);
 194         m[0] = (irms(buffer_a) * gval) >> 12;
 195     } else {
 196         m[0] = 0;
 197     }
 198
 199     m[1] = (cb1_base[cb1_idx] * gval) >> 8;
 200     m[2] = (cb2_base[cb2_idx] * gval) >> 8;
 201
 202     memmove(ractx->adapt_cb, ractx->adapt_cb + BLOCKSIZE,
 203             (BUFFERSIZE - BLOCKSIZE) * sizeof(*ractx->adapt_cb));
 204
 205     block = ractx->adapt_cb + BUFFERSIZE - BLOCKSIZE;
 206
 207     add_wav(block, gain, cba_idx, m, cba_idx? buffer_a: NULL,
 208             cb1_vects[cb1_idx], cb2_vects[cb2_idx]);
 209
 210     memcpy(ractx->curr_sblock, ractx->curr_sblock + 40,
 211            10*sizeof(*ractx->curr_sblock));
 212
 213     if (ff_celp_lp_synthesis_filter(ractx->curr_sblock + 10, lpc_coefs,
 214                                     block, BLOCKSIZE, 10, 1, 0xfff))
 215         memset(ractx->curr_sblock, 0, 50*sizeof(*ractx->curr_sblock));
 216 }
 217
 218 static void int_to_int16(int16_t *out, const int *inp)
 219 {
 220     int i;
 221
 222     for (i=0; i < 10; i++)
 223         *out++ = *inp++;
 224 }
 225
 226 /**
 227  * Evaluate the reflection coefficients from the filter coefficients.
 228  * Does the inverse of the eval_coefs() function.
 229  *
 230  * @return 1 if one of the reflection coefficients is greater than
 231  *         4095, 0 if not.
 232  */
 233 static int eval_refl(int *refl, const int16_t *coefs, AVCodecContext *avctx)
 234 {
 235     int b, i, j;
 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     refl[9] = bp2[9];
 245
 246     if ((unsigned) bp2[9] + 0x1000 > 0x1fff) {
 247         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Overflow. Broken sample?\n");
 248         return 1;
 249     }
 250
 251     for (i=8; i >= 0; i--) {
 252         b = 0x1000-((bp2[i+1] * bp2[i+1]) >> 12);
 253
 254         if (!b)
 255             b = -2;
 256
 257         for (j=0; j <= i; j++)
 258             bp1[j] = ((bp2[j] - ((refl[i+1] * bp2[i-j]) >> 12)) * (0x1000000 / b)) >> 12;
 259
 260         if ((unsigned) bp1[i] + 0x1000 > 0x1fff)
 261             return 1;
 262
 263         refl[i] = bp1[i];
 264
 265         FFSWAP(int *, bp1, bp2);
 266     }
 267     return 0;
 268 }
 269
 270 static int interp(RA144Context *ractx, int16_t *out, int a,
 271                   int copyold, int energy)
 272 {
 273     int work[10];
 274     int b = NBLOCKS - a;
 275     int i;
 276
 277     // Interpolate block coefficients from the this frame's forth block and
 278     // last frame's forth block.
 279     for (i=0; i<10; i++)
 280         out[i] = (a * ractx->lpc_coef[0][i] + b * ractx->lpc_coef[1][i])>> 2;
 281
 282     if (eval_refl(work, out, ractx->avctx)) {
 283         // The interpolated coefficients are unstable, copy either new or old
 284         // coefficients.
 285         int_to_int16(out, ractx->lpc_coef[copyold]);
 286         return rescale_rms(ractx->lpc_refl_rms[copyold], energy);
 287     } else {
 288         return rescale_rms(rms(work), energy);
 289     }
 290 }
 291
 292 /** Uncompress one block (20 bytes -> 160*2 bytes). */
 293 static int ra144_decode_frame(AVCodecContext * avctx, void *vdata,
 294                               int *data_size, AVPacket *avpkt)
 295 {
 296     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 297     int buf_size = avpkt->size;
 298     static const uint8_t sizes[10] = {6, 5, 5, 4, 4, 3, 3, 3, 3, 2};
 299     unsigned int refl_rms[4];    // RMS of the reflection coefficients
 300     uint16_t block_coefs[4][10]; // LPC coefficients of each sub-block
 301     unsigned int lpc_refl[10];   // LPC reflection coefficients of the frame
 302     int i, j;
 303     int16_t *data = vdata;
 304     unsigned int energy;
 305
 306     RA144Context *ractx = avctx->priv_data;
 307     GetBitContext gb;
 308
 309     if (*data_size < 2*160)
 310         return -1;
 311
 312     if(buf_size < 20) {
 313         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 314                "Frame too small (%d bytes). Truncated file?\n", buf_size);
 315         *data_size = 0;
 316         return buf_size;
 317     }
 318     init_get_bits(&gb, buf, 20 * 8);
 319
 320     for (i=0; i<10; i++)
 321         lpc_refl[i] = lpc_refl_cb[i][get_bits(&gb, sizes[i])];
 322
 323     eval_coefs(ractx->lpc_coef[0], lpc_refl);
 324     ractx->lpc_refl_rms[0] = rms(lpc_refl);
 325
 326     energy = energy_tab[get_bits(&gb, 5)];
 327
 328     refl_rms[0] = interp(ractx, block_coefs[0], 1, 1, ractx->old_energy);
 329     refl_rms[1] = interp(ractx, block_coefs[1], 2, energy <= ractx->old_energy,
 330                     t_sqrt(energy*ractx->old_energy) >> 12);
 331     refl_rms[2] = interp(ractx, block_coefs[2], 3, 0, energy);
 332     refl_rms[3] = rescale_rms(ractx->lpc_refl_rms[0], energy);
 333
 334     int_to_int16(block_coefs[3], ractx->lpc_coef[0]);
 335
 336     for (i=0; i < 4; i++) {
 337         do_output_subblock(ractx, block_coefs[i], refl_rms[i], &gb);
 338
 339         for (j=0; j < BLOCKSIZE; j++)
 340             *data++ = av_clip_int16(ractx->curr_sblock[j + 10] << 2);
 341     }
 342
 343     ractx->old_energy = energy;
 344     ractx->lpc_refl_rms[1] = ractx->lpc_refl_rms[0];
 345
 346     FFSWAP(unsigned int *, ractx->lpc_coef[0], ractx->lpc_coef[1]);
 347
 348     *data_size = 2*160;
 349     return 20;
 350 }
 351
 352 AVCodec ra_144_decoder =
 353 {
 354     "real_144",
 355     CODEC_TYPE_AUDIO,
 356     CODEC_ID_RA_144,
 357     sizeof(RA144Context),
 358     ra144_decode_init,
 359     NULL,
 360     NULL,
 361     ra144_decode_frame,
 362     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("RealAudio 1.0 (14.4K)"),
 363 };