git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/ra288.c

   1 /*
   2  * RealAudio 2.0 (28.8K)
   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 #define ALT_BITSTREAM_READER_LE
  24 #include "bitstream.h"
  25 #include "ra288.h"
  26
  27 typedef struct {
  28     float sp_lpc[36];      ///< LPC coefficients for speech data (spec: A)
  29     float gain_lpc[10];    ///< LPC coefficients for gain (spec: GB)
  30
  31     float sp_hist[111];    ///< Speech data history (spec: SB)
  32
  33     /** Speech part of the gain autocorrelation (spec: REXP) */
  34     float sp_rec[37];
  35
  36     float gain_hist[38];   ///< Log-gain history (spec: SBLG)
  37
  38     /** Recursive part of the gain autocorrelation (spec: REXPLG) */
  39     float gain_rec[11];
  40
  41     float sp_block[41];    ///< Speech data of four blocks (spec: STTMP)
  42     float gain_block[10];  ///< Gain data of four blocks (spec: GSTATE)
  43 } RA288Context;
  44
  45 static av_cold int ra288_decode_init(AVCodecContext *avctx)
  46 {
  47     avctx->sample_fmt = SAMPLE_FMT_S16;
  48     return 0;
  49 }
  50
  51 static inline float scalar_product_float(const float * v1, const float * v2,
  52                                          int size)
  53 {
  54     float res = 0.;
  55
  56     while (size--)
  57         res += *v1++ * *v2++;
  58
  59     return res;
  60 }
  61
  62 static void colmult(float *tgt, const float *m1, const float *m2, int n)
  63 {
  64     while (n--)
  65         *tgt++ = *m1++ * *m2++;
  66 }
  67
  68 static void decode(RA288Context *ractx, float gain, int cb_coef)
  69 {
  70     int i, j;
  71     double sumsum;
  72     float sum, buffer[5];
  73     float *block = ractx->sp_block + 36; // Current block
  74
  75     memmove(ractx->sp_block, ractx->sp_block + 5, 36*sizeof(*ractx->sp_block));
  76
  77     for (i=0; i < 5; i++) {
  78         block[i] = 0.;
  79         for (j=0; j < 36; j++)
  80             block[i] -= block[i-1-j]*ractx->sp_lpc[j];
  81     }
  82
  83     /* block 46 of G.728 spec */
  84     sum = 32.;
  85     for (i=0; i < 10; i++)
  86         sum -= ractx->gain_block[9-i] * ractx->gain_lpc[i];
  87
  88     /* block 47 of G.728 spec */
  89     sum = av_clipf(sum, 0, 60);
  90
  91     /* block 48 of G.728 spec */
  92     sumsum = exp(sum * 0.1151292546497) * gain; /* pow(10.0,sum/20)*gain */
  93
  94     for (i=0; i < 5; i++)
  95         buffer[i] = codetable[cb_coef][i] * sumsum;
  96
  97     sum = scalar_product_float(buffer, buffer, 5) / 5;
  98
  99     sum = FFMAX(sum, 1);
 100
 101     /* shift and store */
 102     memmove(ractx->gain_block, ractx->gain_block + 1,
 103             9 * sizeof(*ractx->gain_block));
 104
 105     ractx->gain_block[9] = 10 * log10(sum) - 32;
 106
 107     for (i=1; i < 5; i++)
 108         for (j=i-1; j >= 0; j--)
 109             buffer[i] -= ractx->sp_lpc[i-j-1] * buffer[j];
 110
 111     /* output */
 112     for (i=0; i < 5; i++)
 113         block[i] = av_clipf(block[i] + buffer[i], -4095, 4095);
 114 }
 115
 116 /**
 117  * Converts autocorrelation coefficients to LPC coefficients using the
 118  * Levinson-Durbin algorithm. See blocks 37 and 50 of the G.728 specification.
 119  *
 120  * @return 0 if success, -1 if fail
 121  */
 122 static int eval_lpc_coeffs(const float *in, float *tgt, int n)
 123 {
 124     int i, j;
 125     double f0, f1, f2;
 126
 127     if (in[n] == 0)
 128         return -1;
 129
 130     if ((f0 = *in) <= 0)
 131         return -1;
 132
 133     in--; // To avoid a -1 subtraction in the inner loop
 134
 135     for (i=1; i <= n; i++) {
 136         f1 = in[i+1];
 137
 138         for (j=0; j < i - 1; j++)
 139             f1 += in[i-j]*tgt[j];
 140
 141         tgt[i-1] = f2 = -f1/f0;
 142         for (j=0; j < i >> 1; j++) {
 143             float temp = tgt[j] + tgt[i-j-2]*f2;
 144             tgt[i-j-2] += tgt[j]*f2;
 145             tgt[j] = temp;
 146         }
 147         if ((f0 += f1*f2) < 0)
 148             return -1;
 149     }
 150
 151     return 0;
 152 }
 153
 154 static void convolve(float *tgt, const float *src, int len, int n)
 155 {
 156     for (; n >= 0; n--)
 157         tgt[n] = scalar_product_float(src, src - n, len);
 158
 159 }
 160
 161 /**
 162  * Hybrid window filtering. See blocks 36 and 49 of the G.728 specification.
 163  *
 164  * @param order   the order of the filter
 165  * @param n       the length of the input
 166  * @param non_rec the number of non-recursive samples
 167  * @param out     the filter output
 168  * @param in      pointer to the input of the filter
 169  * @param hist    pointer to the input history of the filter. It is updated by
 170  *                this function.
 171  * @param out     pointer to the non-recursive part of the output
 172  * @param out2    pointer to the recursive part of the output
 173  * @param window  pointer to the windowing function table
 174  */
 175 static void do_hybrid_window(int order, int n, int non_rec, const float *in,
 176                              float *out, float *hist, float *out2,
 177                              const float *window)
 178 {
 179     int i;
 180     float buffer1[order + 1];
 181     float buffer2[order + 1];
 182     float work[order + n + non_rec];
 183
 184     /* update history */
 185     memmove(hist                  , hist + n, (order + non_rec)*sizeof(*hist));
 186     memcpy (hist + order + non_rec, in      , n                *sizeof(*hist));
 187
 188     colmult(work, window, hist, order + n + non_rec);
 189
 190     convolve(buffer1, work + order    , n      , order);
 191     convolve(buffer2, work + order + n, non_rec, order);
 192
 193     for (i=0; i <= order; i++) {
 194         out2[i] = out2[i] * 0.5625 + buffer1[i];
 195         out [i] = out2[i]          + buffer2[i];
 196     }
 197
 198     /* Multiply by the white noise correcting factor (WNCF) */
 199     *out *= 257./256.;
 200 }
 201
 202 /**
 203  * Backward synthesis filter. Find the LPC coefficients from past speech data.
 204  */
 205 static void backward_filter(RA288Context *ractx)
 206 {
 207     float temp1[37]; // RTMP in the spec
 208     float temp2[11]; // GPTPMP in the spec
 209
 210     do_hybrid_window(36, 40, 35, ractx->sp_block+1, temp1, ractx->sp_hist,
 211                      ractx->sp_rec, syn_window);
 212
 213     if (!eval_lpc_coeffs(temp1, ractx->sp_lpc, 36))
 214         colmult(ractx->sp_lpc, ractx->sp_lpc, syn_bw_tab, 36);
 215
 216     do_hybrid_window(10, 8, 20, ractx->gain_block+2, temp2, ractx->gain_hist,
 217                      ractx->gain_rec, gain_window);
 218
 219     if (!eval_lpc_coeffs(temp2, ractx->gain_lpc, 10))
 220         colmult(ractx->gain_lpc, ractx->gain_lpc, gain_bw_tab, 10);
 221 }
 222
 223 static int ra288_decode_frame(AVCodecContext * avctx, void *data,
 224                               int *data_size, const uint8_t * buf,
 225                               int buf_size)
 226 {
 227     int16_t *out = data;
 228     int i, j;
 229     RA288Context *ractx = avctx->priv_data;
 230     GetBitContext gb;
 231
 232     if (buf_size < avctx->block_align) {
 233         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 234                "Error! Input buffer is too small [%d<%d]\n",
 235                buf_size, avctx->block_align);
 236         return 0;
 237     }
 238
 239     if (*data_size < 32*5*2)
 240         return -1;
 241
 242     init_get_bits(&gb, buf, avctx->block_align * 8);
 243
 244     for (i=0; i < 32; i++) {
 245         float gain = amptable[get_bits(&gb, 3)];
 246         int cb_coef = get_bits(&gb, 6 + (i&1));
 247
 248         decode(ractx, gain, cb_coef);
 249
 250         for (j=0; j < 5; j++)
 251             *(out++) = 8 * ractx->sp_block[36 + j];
 252
 253         if ((i & 7) == 3)
 254             backward_filter(ractx);
 255     }
 256
 257     *data_size = (char *)out - (char *)data;
 258     return avctx->block_align;
 259 }
 260
 261 AVCodec ra_288_decoder =
 262 {
 263     "real_288",
 264     CODEC_TYPE_AUDIO,
 265     CODEC_ID_RA_288,
 266     sizeof(RA288Context),
 267     ra288_decode_init,
 268     NULL,
 269     NULL,
 270     ra288_decode_frame,
 271     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("RealAudio 2.0 (28.8K)"),
 272 };