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