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 ALT_BITSTREAM_READER_LE
  31 //#define DEBUG
  32 #include <limits.h>
  33 #include "avcodec.h"
  34 #include "get_bits.h"
  35
  36 #define FORMAT_SIMPLE    1
  37 #define FORMAT_ENCRYPTED 2
  38
  39 #define MAX_ORDER 16
  40 typedef struct TTAFilter {
  41     int32_t shift, round, error, mode;
  42     int32_t qm[MAX_ORDER];
  43     int32_t dx[MAX_ORDER];
  44     int32_t dl[MAX_ORDER];
  45 } TTAFilter;
  46
  47 typedef struct TTARice {
  48     uint32_t k0, k1, sum0, sum1;
  49 } TTARice;
  50
  51 typedef struct TTAChannel {
  52     int32_t predictor;
  53     TTAFilter filter;
  54     TTARice rice;
  55 } TTAChannel;
  56
  57 typedef struct TTAContext {
  58     AVCodecContext *avctx;
  59     AVFrame frame;
  60     GetBitContext gb;
  61
  62     int format, channels, bps, data_length;
  63     int frame_length, last_frame_length, total_frames;
  64
  65     int32_t *decode_buffer;
  66
  67     TTAChannel *ch_ctx;
  68 } TTAContext;
  69
  70 static const uint32_t shift_1[] = {
  71     0x00000001, 0x00000002, 0x00000004, 0x00000008,
  72     0x00000010, 0x00000020, 0x00000040, 0x00000080,
  73     0x00000100, 0x00000200, 0x00000400, 0x00000800,
  74     0x00001000, 0x00002000, 0x00004000, 0x00008000,
  75     0x00010000, 0x00020000, 0x00040000, 0x00080000,
  76     0x00100000, 0x00200000, 0x00400000, 0x00800000,
  77     0x01000000, 0x02000000, 0x04000000, 0x08000000,
  78     0x10000000, 0x20000000, 0x40000000, 0x80000000,
  79     0x80000000, 0x80000000, 0x80000000, 0x80000000,
  80     0x80000000, 0x80000000, 0x80000000, 0x80000000
  81 };
  82
  83 static const uint32_t * const shift_16 = shift_1 + 4;
  84
  85 static const int32_t ttafilter_configs[4][2] = {
  86     {10, 1},
  87     {9, 1},
  88     {10, 1},
  89     {12, 0}
  90 };
  91
  92 static void ttafilter_init(TTAFilter *c, int32_t shift, int32_t mode) {
  93     memset(c, 0, sizeof(TTAFilter));
  94     c->shift = shift;
  95    c->round = shift_1[shift-1];
  96 //    c->round = 1 << (shift - 1);
  97     c->mode = mode;
  98 }
  99
 100 // FIXME: copy paste from original
 101 static inline void memshl(register int32_t *a, register int32_t *b) {
 102     *a++ = *b++;
 103     *a++ = *b++;
 104     *a++ = *b++;
 105     *a++ = *b++;
 106     *a++ = *b++;
 107     *a++ = *b++;
 108     *a++ = *b++;
 109     *a = *b;
 110 }
 111
 112 // FIXME: copy paste from original
 113 // mode=1 encoder, mode=0 decoder
 114 static inline void ttafilter_process(TTAFilter *c, int32_t *in, int32_t mode) {
 115     register int32_t *dl = c->dl, *qm = c->qm, *dx = c->dx, sum = c->round;
 116
 117     if (!c->error) {
 118         sum += *dl++ * *qm, qm++;
 119         sum += *dl++ * *qm, qm++;
 120         sum += *dl++ * *qm, qm++;
 121         sum += *dl++ * *qm, qm++;
 122         sum += *dl++ * *qm, qm++;
 123         sum += *dl++ * *qm, qm++;
 124         sum += *dl++ * *qm, qm++;
 125         sum += *dl++ * *qm, qm++;
 126         dx += 8;
 127     } else if(c->error < 0) {
 128         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
 129         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
 130         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
 131         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
 132         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
 133         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
 134         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
 135         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
 136     } else {
 137         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
 138         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
 139         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
 140         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
 141         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
 142         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
 143         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
 144         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
 145     }
 146
 147     *(dx-0) = ((*(dl-1) >> 30) | 1) << 2;
 148     *(dx-1) = ((*(dl-2) >> 30) | 1) << 1;
 149     *(dx-2) = ((*(dl-3) >> 30) | 1) << 1;
 150     *(dx-3) = ((*(dl-4) >> 30) | 1);
 151
 152     // compress
 153     if (mode) {
 154         *dl = *in;
 155         *in -= (sum >> c->shift);
 156         c->error = *in;
 157     } else {
 158         c->error = *in;
 159         *in += (sum >> c->shift);
 160         *dl = *in;
 161     }
 162
 163     if (c->mode) {
 164         *(dl-1) = *dl - *(dl-1);
 165         *(dl-2) = *(dl-1) - *(dl-2);
 166         *(dl-3) = *(dl-2) - *(dl-3);
 167     }
 168
 169     memshl(c->dl, c->dl + 1);
 170     memshl(c->dx, c->dx + 1);
 171 }
 172
 173 static void rice_init(TTARice *c, uint32_t k0, uint32_t k1)
 174 {
 175     c->k0 = k0;
 176     c->k1 = k1;
 177     c->sum0 = shift_16[k0];
 178     c->sum1 = shift_16[k1];
 179 }
 180
 181 static int tta_get_unary(GetBitContext *gb)
 182 {
 183     int ret = 0;
 184
 185     // count ones
 186     while (get_bits_left(gb) > 0 && get_bits1(gb))
 187         ret++;
 188     return ret;
 189 }
 190
 191 static const int64_t tta_channel_layouts[7] = {
 192     AV_CH_LAYOUT_STEREO,
 193     AV_CH_LAYOUT_STEREO|AV_CH_LOW_FREQUENCY,
 194     AV_CH_LAYOUT_QUAD,
 195     0,
 196     AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK,
 197     AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK|AV_CH_BACK_CENTER,
 198     AV_CH_LAYOUT_7POINT1_WIDE
 199 };
 200
 201 static av_cold int tta_decode_init(AVCodecContext * avctx)
 202 {
 203     TTAContext *s = avctx->priv_data;
 204     int i;
 205
 206     s->avctx = avctx;
 207
 208     // 30bytes includes a seektable with one frame
 209     if (avctx->extradata_size < 30)
 210         return -1;
 211
 212     init_get_bits(&s->gb, avctx->extradata, avctx->extradata_size * 8);
 213     if (show_bits_long(&s->gb, 32) == AV_RL32("TTA1"))
 214     {
 215         /* signature */
 216         skip_bits(&s->gb, 32);
 217
 218         s->format = get_bits(&s->gb, 16);
 219         if (s->format > 2) {
 220             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid format\n");
 221             return -1;
 222         }
 223         if (s->format == FORMAT_ENCRYPTED) {
 224             av_log_missing_feature(s->avctx, "Encrypted TTA", 0);
 225             return AVERROR(EINVAL);
 226         }
 227         avctx->channels = s->channels = get_bits(&s->gb, 16);
 228         if (s->channels > 1 && s->channels < 9)
 229             avctx->channel_layout = tta_channel_layouts[s->channels-2];
 230         avctx->bits_per_coded_sample = get_bits(&s->gb, 16);
 231         s->bps = (avctx->bits_per_coded_sample + 7) / 8;
 232         avctx->sample_rate = get_bits_long(&s->gb, 32);
 233         s->data_length = get_bits_long(&s->gb, 32);
 234         skip_bits(&s->gb, 32); // CRC32 of header
 235
 236         if (s->channels == 0) {
 237             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid number of channels\n");
 238             return AVERROR_INVALIDDATA;
 239         }
 240
 241         switch(s->bps) {
 242         case 1: avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_U8; break;
 243         case 2:
 244             avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_S16;
 245             avctx->bits_per_raw_sample = 16;
 246             break;
 247         case 3:
 248             avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_S32;
 249             avctx->bits_per_raw_sample = 24;
 250             break;
 251         //case 4: avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_S32; break;
 252         default:
 253             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid/unsupported sample format.\n");
 254             return AVERROR_INVALIDDATA;
 255         }
 256
 257         // prevent overflow
 258         if (avctx->sample_rate > 0x7FFFFF) {
 259             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "sample_rate too large\n");
 260             return AVERROR(EINVAL);
 261         }
 262         s->frame_length = 256 * avctx->sample_rate / 245;
 263
 264         s->last_frame_length = s->data_length % s->frame_length;
 265         s->total_frames = s->data_length / s->frame_length +
 266                         (s->last_frame_length ? 1 : 0);
 267
 268         av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "format: %d chans: %d bps: %d rate: %d block: %d\n",
 269             s->format, avctx->channels, avctx->bits_per_coded_sample, avctx->sample_rate,
 270             avctx->block_align);
 271         av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "data_length: %d frame_length: %d last: %d total: %d\n",
 272             s->data_length, s->frame_length, s->last_frame_length, s->total_frames);
 273
 274         // FIXME: seek table
 275         for (i = 0; i < s->total_frames; i++)
 276             skip_bits(&s->gb, 32);
 277         skip_bits(&s->gb, 32); // CRC32 of seektable
 278
 279         if(s->frame_length >= UINT_MAX / (s->channels * sizeof(int32_t))){
 280             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "frame_length too large\n");
 281             return -1;
 282         }
 283
 284         s->decode_buffer = av_mallocz(sizeof(int32_t)*s->frame_length*s->channels);
 285         if (!s->decode_buffer)
 286             return AVERROR(ENOMEM);
 287         s->ch_ctx = av_malloc(avctx->channels * sizeof(*s->ch_ctx));
 288         if (!s->ch_ctx) {
 289             av_freep(&s->decode_buffer);
 290             return AVERROR(ENOMEM);
 291         }
 292     } else {
 293         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Wrong extradata present\n");
 294         return -1;
 295     }
 296
 297     avcodec_get_frame_defaults(&s->frame);
 298     avctx->coded_frame = &s->frame;
 299
 300     return 0;
 301 }
 302
 303 static int tta_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 304                             int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 305 {
 306     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 307     int buf_size = avpkt->size;
 308     TTAContext *s = avctx->priv_data;
 309     int i, ret;
 310     int cur_chan = 0, framelen = s->frame_length;
 311     int32_t *p;
 312
 313     init_get_bits(&s->gb, buf, buf_size*8);
 314
 315     // FIXME: seeking
 316     s->total_frames--;
 317     if (!s->total_frames && s->last_frame_length)
 318         framelen = s->last_frame_length;
 319
 320     /* get output buffer */
 321     s->frame.nb_samples = framelen;
 322     if ((ret = avctx->get_buffer(avctx, &s->frame)) < 0) {
 323         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
 324         return ret;
 325     }
 326
 327     // decode directly to output buffer for 24-bit sample format
 328     if (s->bps == 3)
 329         s->decode_buffer = data;
 330
 331     // init per channel states
 332     for (i = 0; i < s->channels; i++) {
 333         s->ch_ctx[i].predictor = 0;
 334         ttafilter_init(&s->ch_ctx[i].filter, ttafilter_configs[s->bps-1][0], ttafilter_configs[s->bps-1][1]);
 335         rice_init(&s->ch_ctx[i].rice, 10, 10);
 336     }
 337
 338     for (p = s->decode_buffer; p < s->decode_buffer + (framelen * s->channels); p++) {
 339         int32_t *predictor = &s->ch_ctx[cur_chan].predictor;
 340         TTAFilter *filter = &s->ch_ctx[cur_chan].filter;
 341         TTARice *rice = &s->ch_ctx[cur_chan].rice;
 342         uint32_t unary, depth, k;
 343         int32_t value;
 344
 345         unary = tta_get_unary(&s->gb);
 346
 347         if (unary == 0) {
 348             depth = 0;
 349             k = rice->k0;
 350         } else {
 351             depth = 1;
 352             k = rice->k1;
 353             unary--;
 354         }
 355
 356         if (get_bits_left(&s->gb) < k)
 357             return -1;
 358
 359         if (k) {
 360             if (k > MIN_CACHE_BITS)
 361                 return -1;
 362             value = (unary << k) + get_bits(&s->gb, k);
 363         } else
 364             value = unary;
 365
 366         // FIXME: copy paste from original
 367         switch (depth) {
 368         case 1:
 369             rice->sum1 += value - (rice->sum1 >> 4);
 370             if (rice->k1 > 0 && rice->sum1 < shift_16[rice->k1])
 371                 rice->k1--;
 372             else if(rice->sum1 > shift_16[rice->k1 + 1])
 373                 rice->k1++;
 374             value += shift_1[rice->k0];
 375         default:
 376             rice->sum0 += value - (rice->sum0 >> 4);
 377             if (rice->k0 > 0 && rice->sum0 < shift_16[rice->k0])
 378                 rice->k0--;
 379             else if(rice->sum0 > shift_16[rice->k0 + 1])
 380                 rice->k0++;
 381         }
 382
 383         // extract coded value
 384 #define UNFOLD(x) (((x)&1) ? (++(x)>>1) : (-(x)>>1))
 385         *p = UNFOLD(value);
 386
 387         // run hybrid filter
 388         ttafilter_process(filter, p, 0);
 389
 390         // fixed order prediction
 391 #define PRED(x, k) (int32_t)((((uint64_t)x << k) - x) >> k)
 392         switch (s->bps) {
 393             case 1: *p += PRED(*predictor, 4); break;
 394             case 2:
 395             case 3: *p += PRED(*predictor, 5); break;
 396             case 4: *p += *predictor; break;
 397         }
 398         *predictor = *p;
 399
 400         // flip channels
 401         if (cur_chan < (s->channels-1))
 402             cur_chan++;
 403         else {
 404             // decorrelate in case of stereo integer
 405             if (s->channels > 1) {
 406                 int32_t *r = p - 1;
 407                 for (*p += *r / 2; r > p - s->channels; r--)
 408                     *r = *(r + 1) - *r;
 409             }
 410             cur_chan = 0;
 411         }
 412     }
 413
 414     if (get_bits_left(&s->gb) < 32)
 415         return -1;
 416     skip_bits(&s->gb, 32); // frame crc
 417
 418         // convert to output buffer
 419         switch(s->bps) {
 420             case 1: {
 421                 uint8_t *samples = (uint8_t *)s->frame.data[0];
 422                 for (p = s->decode_buffer; p < s->decode_buffer + (framelen * s->channels); p++)
 423                     *samples++ = *p + 0x80;
 424                 break;
 425             }
 426             case 2: {
 427                 uint16_t *samples = (int16_t *)s->frame.data[0];
 428                 for (p = s->decode_buffer; p < s->decode_buffer + (framelen * s->channels); p++)
 429                     *samples++ = *p;
 430                 break;
 431             }
 432             case 3: {
 433                 // shift samples for 24-bit sample format
 434                 int32_t *samples = (int32_t *)s->frame.data[0];
 435                 for (p = s->decode_buffer; p < s->decode_buffer + (framelen * s->channels); p++)
 436                     *samples++ <<= 8;
 437                 // reset decode buffer
 438                 s->decode_buffer = NULL;
 439                 break;
 440             }
 441             default:
 442                 av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Error, only 16bit samples supported!\n");
 443         }
 444
 445     *got_frame_ptr   = 1;
 446     *(AVFrame *)data = s->frame;
 447
 448     return buf_size;
 449 }
 450
 451 static av_cold int tta_decode_close(AVCodecContext *avctx) {
 452     TTAContext *s = avctx->priv_data;
 453
 454     av_free(s->decode_buffer);
 455     av_freep(&s->ch_ctx);
 456
 457     return 0;
 458 }
 459
 460 AVCodec ff_tta_decoder = {
 461     .name           = "tta",
 462     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 463     .id             = CODEC_ID_TTA,
 464     .priv_data_size = sizeof(TTAContext),
 465     .init           = tta_decode_init,
 466     .close          = tta_decode_close,
 467     .decode         = tta_decode_frame,
 468     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1,
 469     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("True Audio (TTA)"),
 470 };