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

   1 /*
   2  * TTA (The Lossless True Audio) decoder
   3  * Copyright (c) 2006 Alex Beregszaszi
   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
  24  * TTA (The Lossless True Audio) decoder
  25  * @see http://www.true-audio.com/
  26  * @see http://tta.corecodec.org/
  27  * @author Alex Beregszaszi
  28  */
  29
  30 #define BITSTREAM_READER_LE
  31 //#define DEBUG
  32 #include <limits.h>
  33 #include "avcodec.h"
  34 #include "get_bits.h"
  35 #include "internal.h"
  36 #include "libavutil/crc.h"
  37 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  38 #include "libavutil/opt.h"
  39
  40 #define FORMAT_SIMPLE    1
  41 #define FORMAT_ENCRYPTED 2
  42
  43 #define MAX_ORDER 16
  44 typedef struct TTAFilter {
  45     int32_t shift, round, error;
  46     int32_t qm[MAX_ORDER];
  47     int32_t dx[MAX_ORDER];
  48     int32_t dl[MAX_ORDER];
  49 } TTAFilter;
  50
  51 typedef struct TTARice {
  52     uint32_t k0, k1, sum0, sum1;
  53 } TTARice;
  54
  55 typedef struct TTAChannel {
  56     int32_t predictor;
  57     TTAFilter filter;
  58     TTARice rice;
  59 } TTAChannel;
  60
  61 typedef struct TTAContext {
  62     AVClass *class;
  63     AVCodecContext *avctx;
  64     GetBitContext gb;
  65     const AVCRC *crc_table;
  66
  67     int format, channels, bps;
  68     unsigned data_length;
  69     int frame_length, last_frame_length;
  70
  71     int32_t *decode_buffer;
  72
  73     uint8_t crc_pass[8];
  74     uint8_t *pass;
  75     TTAChannel *ch_ctx;
  76 } TTAContext;
  77
  78 static const uint32_t shift_1[] = {
  79     0x00000001, 0x00000002, 0x00000004, 0x00000008,
  80     0x00000010, 0x00000020, 0x00000040, 0x00000080,
  81     0x00000100, 0x00000200, 0x00000400, 0x00000800,
  82     0x00001000, 0x00002000, 0x00004000, 0x00008000,
  83     0x00010000, 0x00020000, 0x00040000, 0x00080000,
  84     0x00100000, 0x00200000, 0x00400000, 0x00800000,
  85     0x01000000, 0x02000000, 0x04000000, 0x08000000,
  86     0x10000000, 0x20000000, 0x40000000, 0x80000000,
  87     0x80000000, 0x80000000, 0x80000000, 0x80000000,
  88     0x80000000, 0x80000000, 0x80000000, 0x80000000
  89 };
  90
  91 static const uint32_t * const shift_16 = shift_1 + 4;
  92
  93 static const int32_t ttafilter_configs[4] = {
  94     10,
  95     9,
  96     10,
  97     12
  98 };
  99
 100 static void ttafilter_init(TTAContext *s, TTAFilter *c, int32_t shift) {
 101     memset(c, 0, sizeof(TTAFilter));
 102     if (s->format == FORMAT_ENCRYPTED) {
 103         int i;
 104         for (i = 0; i < 8; i++)
 105             c->qm[i] = sign_extend(s->crc_pass[i], 8);
 106     }
 107     c->shift = shift;
 108    c->round = shift_1[shift-1];
 109 //    c->round = 1 << (shift - 1);
 110 }
 111
 112 static inline void ttafilter_process(TTAFilter *c, int32_t *in)
 113 {
 114     register int32_t *dl = c->dl, *qm = c->qm, *dx = c->dx, sum = c->round;
 115
 116     if (c->error < 0) {
 117         qm[0] -= dx[0]; qm[1] -= dx[1]; qm[2] -= dx[2]; qm[3] -= dx[3];
 118         qm[4] -= dx[4]; qm[5] -= dx[5]; qm[6] -= dx[6]; qm[7] -= dx[7];
 119     } else if (c->error > 0) {
 120         qm[0] += dx[0]; qm[1] += dx[1]; qm[2] += dx[2]; qm[3] += dx[3];
 121         qm[4] += dx[4]; qm[5] += dx[5]; qm[6] += dx[6]; qm[7] += dx[7];
 122     }
 123
 124     sum += dl[0] * qm[0] + dl[1] * qm[1] + dl[2] * qm[2] + dl[3] * qm[3] +
 125            dl[4] * qm[4] + dl[5] * qm[5] + dl[6] * qm[6] + dl[7] * qm[7];
 126
 127     dx[0] = dx[1]; dx[1] = dx[2]; dx[2] = dx[3]; dx[3] = dx[4];
 128     dl[0] = dl[1]; dl[1] = dl[2]; dl[2] = dl[3]; dl[3] = dl[4];
 129
 130     dx[4] = ((dl[4] >> 30) | 1);
 131     dx[5] = ((dl[5] >> 30) | 2) & ~1;
 132     dx[6] = ((dl[6] >> 30) | 2) & ~1;
 133     dx[7] = ((dl[7] >> 30) | 4) & ~3;
 134
 135     c->error = *in;
 136     *in += (sum >> c->shift);
 137
 138     dl[4] = -dl[5]; dl[5] = -dl[6];
 139     dl[6] = *in - dl[7]; dl[7] = *in;
 140     dl[5] += dl[6]; dl[4] += dl[5];
 141 }
 142
 143 static void rice_init(TTARice *c, uint32_t k0, uint32_t k1)
 144 {
 145     c->k0 = k0;
 146     c->k1 = k1;
 147     c->sum0 = shift_16[k0];
 148     c->sum1 = shift_16[k1];
 149 }
 150
 151 static int tta_get_unary(GetBitContext *gb)
 152 {
 153     int ret = 0;
 154
 155     // count ones
 156     while (get_bits_left(gb) > 0 && get_bits1(gb))
 157         ret++;
 158     return ret;
 159 }
 160
 161 static const int64_t tta_channel_layouts[7] = {
 162     AV_CH_LAYOUT_STEREO,
 163     AV_CH_LAYOUT_STEREO|AV_CH_LOW_FREQUENCY,
 164     AV_CH_LAYOUT_QUAD,
 165     0,
 166     AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK,
 167     AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK|AV_CH_BACK_CENTER,
 168     AV_CH_LAYOUT_7POINT1_WIDE
 169 };
 170
 171 static int tta_check_crc(TTAContext *s, const uint8_t *buf, int buf_size)
 172 {
 173     uint32_t crc, CRC;
 174
 175     CRC = AV_RL32(buf + buf_size);
 176     crc = av_crc(s->crc_table, 0xFFFFFFFFU, buf, buf_size);
 177     if (CRC != (crc ^ 0xFFFFFFFFU)) {
 178         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "CRC error\n");
 179         return AVERROR_INVALIDDATA;
 180     }
 181
 182     return 0;
 183 }
 184
 185 static uint64_t tta_check_crc64(uint8_t *pass)
 186 {
 187     uint64_t crc = UINT64_MAX, poly = 0x42F0E1EBA9EA3693U;
 188     uint8_t *end = pass + strlen(pass);
 189     int i;
 190
 191     while (pass < end) {
 192         crc ^= (uint64_t)*pass++ << 56;
 193         for (i = 0; i < 8; i++)
 194             crc = (crc << 1) ^ (poly & (((int64_t) crc) >> 63));
 195     }
 196
 197     return crc ^ UINT64_MAX;
 198 }
 199
 200 static av_cold int tta_decode_init(AVCodecContext * avctx)
 201 {
 202     TTAContext *s = avctx->priv_data;
 203     int total_frames;
 204
 205     s->avctx = avctx;
 206
 207     // 30bytes includes a seektable with one frame
 208     if (avctx->extradata_size < 30)
 209         return AVERROR_INVALIDDATA;
 210
 211     init_get_bits(&s->gb, avctx->extradata, avctx->extradata_size * 8);
 212     if (show_bits_long(&s->gb, 32) == AV_RL32("TTA1"))
 213     {
 214         if (avctx->err_recognition & AV_EF_CRCCHECK) {
 215             s->crc_table = av_crc_get_table(AV_CRC_32_IEEE_LE);
 216             tta_check_crc(s, avctx->extradata, 18);
 217         }
 218
 219         /* signature */
 220         skip_bits_long(&s->gb, 32);
 221
 222         s->format = get_bits(&s->gb, 16);
 223         if (s->format > 2) {
 224             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid format\n");
 225             return AVERROR_INVALIDDATA;
 226         }
 227         if (s->format == FORMAT_ENCRYPTED) {
 228             if (!s->pass) {
 229                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Missing password for encrypted stream. Please use the -password option\n");
 230                 return AVERROR(EINVAL);
 231             }
 232             AV_WL64(s->crc_pass, tta_check_crc64(s->pass));
 233         }
 234         avctx->channels = s->channels = get_bits(&s->gb, 16);
 235         if (s->channels > 1 && s->channels < 9)
 236             avctx->channel_layout = tta_channel_layouts[s->channels-2];
 237         avctx->bits_per_raw_sample = get_bits(&s->gb, 16);
 238         s->bps = (avctx->bits_per_raw_sample + 7) / 8;
 239         avctx->sample_rate = get_bits_long(&s->gb, 32);
 240         s->data_length = get_bits_long(&s->gb, 32);
 241         skip_bits_long(&s->gb, 32); // CRC32 of header
 242
 243         if (s->channels == 0) {
 244             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid number of channels\n");
 245             return AVERROR_INVALIDDATA;
 246         } else if (avctx->sample_rate == 0) {
 247             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid samplerate\n");
 248             return AVERROR_INVALIDDATA;
 249         }
 250
 251         switch(s->bps) {
 252         case 1: avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_U8; break;
 253         case 2:
 254             avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_S16;
 255             break;
 256         case 3:
 257             avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_S32;
 258             break;
 259         //case 4: avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_S32; break;
 260         default:
 261             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid/unsupported sample format.\n");
 262             return AVERROR_INVALIDDATA;
 263         }
 264
 265         // prevent overflow
 266         if (avctx->sample_rate > 0x7FFFFFu) {
 267             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "sample_rate too large\n");
 268             return AVERROR(EINVAL);
 269         }
 270         s->frame_length = 256 * avctx->sample_rate / 245;
 271
 272         s->last_frame_length = s->data_length % s->frame_length;
 273         total_frames = s->data_length / s->frame_length +
 274                        (s->last_frame_length ? 1 : 0);
 275
 276         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "format: %d chans: %d bps: %d rate: %d block: %d\n",
 277             s->format, avctx->channels, avctx->bits_per_coded_sample, avctx->sample_rate,
 278             avctx->block_align);
 279         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "data_length: %d frame_length: %d last: %d total: %d\n",
 280             s->data_length, s->frame_length, s->last_frame_length, total_frames);
 281
 282         // FIXME: seek table
 283         if (avctx->extradata_size <= 26 || total_frames > INT_MAX / 4 ||
 284             avctx->extradata_size - 26 < total_frames * 4)
 285             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "Seek table missing or too small\n");
 286         else if (avctx->err_recognition & AV_EF_CRCCHECK) {
 287             if (tta_check_crc(s, avctx->extradata + 22, total_frames * 4))
 288                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 289         }
 290         skip_bits_long(&s->gb, 32 * total_frames);
 291         skip_bits_long(&s->gb, 32); // CRC32 of seektable
 292
 293         if(s->frame_length >= UINT_MAX / (s->channels * sizeof(int32_t))){
 294             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "frame_length too large\n");
 295             return AVERROR_INVALIDDATA;
 296         }
 297
 298         if (s->bps < 3) {
 299             s->decode_buffer = av_mallocz(sizeof(int32_t)*s->frame_length*s->channels);
 300             if (!s->decode_buffer)
 301                 return AVERROR(ENOMEM);
 302         } else
 303             s->decode_buffer = NULL;
 304         s->ch_ctx = av_malloc(avctx->channels * sizeof(*s->ch_ctx));
 305         if (!s->ch_ctx) {
 306             av_freep(&s->decode_buffer);
 307             return AVERROR(ENOMEM);
 308         }
 309     } else {
 310         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Wrong extradata present\n");
 311         return AVERROR_INVALIDDATA;
 312     }
 313
 314     return 0;
 315 }
 316
 317 static int tta_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 318                             int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 319 {
 320     AVFrame *frame     = data;
 321     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 322     int buf_size = avpkt->size;
 323     TTAContext *s = avctx->priv_data;
 324     int i, ret;
 325     int cur_chan = 0, framelen = s->frame_length;
 326     int32_t *p;
 327
 328     if (avctx->err_recognition & AV_EF_CRCCHECK) {
 329         if (buf_size < 4 || tta_check_crc(s, buf, buf_size - 4))
 330             return AVERROR_INVALIDDATA;
 331     }
 332
 333     init_get_bits(&s->gb, buf, buf_size*8);
 334
 335     /* get output buffer */
 336     frame->nb_samples = framelen;
 337     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame)) < 0) {
 338         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
 339         return ret;
 340     }
 341
 342     // decode directly to output buffer for 24-bit sample format
 343     if (s->bps == 3)
 344         s->decode_buffer = (int32_t *)frame->data[0];
 345
 346     // init per channel states
 347     for (i = 0; i < s->channels; i++) {
 348         s->ch_ctx[i].predictor = 0;
 349         ttafilter_init(s, &s->ch_ctx[i].filter, ttafilter_configs[s->bps-1]);
 350         rice_init(&s->ch_ctx[i].rice, 10, 10);
 351     }
 352
 353     i = 0;
 354     for (p = s->decode_buffer; p < s->decode_buffer + (framelen * s->channels); p++) {
 355         int32_t *predictor = &s->ch_ctx[cur_chan].predictor;
 356         TTAFilter *filter = &s->ch_ctx[cur_chan].filter;
 357         TTARice *rice = &s->ch_ctx[cur_chan].rice;
 358         uint32_t unary, depth, k;
 359         int32_t value;
 360
 361         unary = tta_get_unary(&s->gb);
 362
 363         if (unary == 0) {
 364             depth = 0;
 365             k = rice->k0;
 366         } else {
 367             depth = 1;
 368             k = rice->k1;
 369             unary--;
 370         }
 371
 372         if (get_bits_left(&s->gb) < k) {
 373             ret = AVERROR_INVALIDDATA;
 374             goto error;
 375         }
 376
 377         if (k) {
 378             if (k > MIN_CACHE_BITS) {
 379                 ret = AVERROR_INVALIDDATA;
 380                 goto error;
 381             }
 382             value = (unary << k) + get_bits(&s->gb, k);
 383         } else
 384             value = unary;
 385
 386         // FIXME: copy paste from original
 387         switch (depth) {
 388         case 1:
 389             rice->sum1 += value - (rice->sum1 >> 4);
 390             if (rice->k1 > 0 && rice->sum1 < shift_16[rice->k1])
 391                 rice->k1--;
 392             else if(rice->sum1 > shift_16[rice->k1 + 1])
 393                 rice->k1++;
 394             value += shift_1[rice->k0];
 395         default:
 396             rice->sum0 += value - (rice->sum0 >> 4);
 397             if (rice->k0 > 0 && rice->sum0 < shift_16[rice->k0])
 398                 rice->k0--;
 399             else if(rice->sum0 > shift_16[rice->k0 + 1])
 400                 rice->k0++;
 401         }
 402
 403         // extract coded value
 404         *p = 1 + ((value >> 1) ^ ((value & 1) - 1));
 405
 406         // run hybrid filter
 407         ttafilter_process(filter, p);
 408
 409         // fixed order prediction
 410 #define PRED(x, k) (int32_t)((((uint64_t)x << k) - x) >> k)
 411         switch (s->bps) {
 412         case 1: *p += PRED(*predictor, 4); break;
 413         case 2:
 414         case 3: *p += PRED(*predictor, 5); break;
 415         case 4: *p +=      *predictor;     break;
 416         }
 417         *predictor = *p;
 418
 419         // flip channels
 420         if (cur_chan < (s->channels-1))
 421             cur_chan++;
 422         else {
 423             // decorrelate in case of multiple channels
 424             if (s->channels > 1) {
 425                 int32_t *r = p - 1;
 426                 for (*p += *r / 2; r > p - s->channels; r--)
 427                     *r = *(r + 1) - *r;
 428             }
 429             cur_chan = 0;
 430             i++;
 431             // check for last frame
 432             if (i == s->last_frame_length && get_bits_left(&s->gb) / 8 == 4) {
 433                 frame->nb_samples = framelen = s->last_frame_length;
 434                 break;
 435             }
 436         }
 437     }
 438
 439     align_get_bits(&s->gb);
 440     if (get_bits_left(&s->gb) < 32) {
 441         ret = AVERROR_INVALIDDATA;
 442         goto error;
 443     }
 444     skip_bits_long(&s->gb, 32); // frame crc
 445
 446     // convert to output buffer
 447     switch (s->bps) {
 448     case 1: {
 449         uint8_t *samples = (uint8_t *)frame->data[0];
 450         for (p = s->decode_buffer; p < s->decode_buffer + (framelen * s->channels); p++)
 451             *samples++ = *p + 0x80;
 452         break;
 453         }
 454     case 2: {
 455         int16_t *samples = (int16_t *)frame->data[0];
 456         for (p = s->decode_buffer; p < s->decode_buffer + (framelen * s->channels); p++)
 457             *samples++ = *p;
 458         break;
 459         }
 460     case 3: {
 461         // shift samples for 24-bit sample format
 462         int32_t *samples = (int32_t *)frame->data[0];
 463         for (p = s->decode_buffer; p < s->decode_buffer + (framelen * s->channels); p++)
 464             *samples++ <<= 8;
 465         // reset decode buffer
 466         s->decode_buffer = NULL;
 467         break;
 468         }
 469     }
 470
 471     *got_frame_ptr = 1;
 472
 473     return buf_size;
 474 error:
 475     // reset decode buffer
 476     if (s->bps == 3)
 477         s->decode_buffer = NULL;
 478     return ret;
 479 }
 480
 481 static av_cold int tta_decode_close(AVCodecContext *avctx) {
 482     TTAContext *s = avctx->priv_data;
 483
 484     if (s->bps < 3)
 485         av_free(s->decode_buffer);
 486     s->decode_buffer = NULL;
 487     av_freep(&s->ch_ctx);
 488
 489     return 0;
 490 }
 491
 492 #define OFFSET(x) offsetof(TTAContext, x)
 493 #define DEC (AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM | AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM)
 494 static const AVOption options[] = {
 495     { "password", "Set decoding password", OFFSET(pass), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = NULL }, 0, 0, DEC },
 496     { NULL },
 497 };
 498
 499 static const AVClass tta_decoder_class = {
 500     .class_name = "TTA Decoder",
 501     .item_name  = av_default_item_name,
 502     .option     = options,
 503     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
 504 };
 505
 506 AVCodec ff_tta_decoder = {
 507     .name           = "tta",
 508     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 509     .id             = AV_CODEC_ID_TTA,
 510     .priv_data_size = sizeof(TTAContext),
 511     .init           = tta_decode_init,
 512     .close          = tta_decode_close,
 513     .decode         = tta_decode_frame,
 514     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1,
 515     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("TTA (True Audio)"),
 516     .priv_class     = &tta_decoder_class,
 517 };