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  * (www.true-audio.com or tta.corecodec.org)
  26  * @author Alex Beregszaszi
  27  *
  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_INT 1
  37 #define FORMAT_FLOAT 3
  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 flags, channels, bps, is_float, 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 #if 0
  70 static inline int shift_1(int i)
  71 {
  72     if (i < 32)
  73         return 1 << i;
  74     else
  75         return 0x80000000; // 16 << 31
  76 }
  77
  78 static inline int shift_16(int i)
  79 {
  80     if (i < 28)
  81         return 16 << i;
  82     else
  83         return 0x80000000; // 16 << 27
  84 }
  85 #else
  86 static const uint32_t shift_1[] = {
  87     0x00000001, 0x00000002, 0x00000004, 0x00000008,
  88     0x00000010, 0x00000020, 0x00000040, 0x00000080,
  89     0x00000100, 0x00000200, 0x00000400, 0x00000800,
  90     0x00001000, 0x00002000, 0x00004000, 0x00008000,
  91     0x00010000, 0x00020000, 0x00040000, 0x00080000,
  92     0x00100000, 0x00200000, 0x00400000, 0x00800000,
  93     0x01000000, 0x02000000, 0x04000000, 0x08000000,
  94     0x10000000, 0x20000000, 0x40000000, 0x80000000,
  95     0x80000000, 0x80000000, 0x80000000, 0x80000000,
  96     0x80000000, 0x80000000, 0x80000000, 0x80000000
  97 };
  98
  99 static const uint32_t * const shift_16 = shift_1 + 4;
 100 #endif
 101
 102 static const int32_t ttafilter_configs[4][2] = {
 103     {10, 1},
 104     {9, 1},
 105     {10, 1},
 106     {12, 0}
 107 };
 108
 109 static void ttafilter_init(TTAFilter *c, int32_t shift, int32_t mode) {
 110     memset(c, 0, sizeof(TTAFilter));
 111     c->shift = shift;
 112    c->round = shift_1[shift-1];
 113 //    c->round = 1 << (shift - 1);
 114     c->mode = mode;
 115 }
 116
 117 // FIXME: copy paste from original
 118 static inline void memshl(register int32_t *a, register int32_t *b) {
 119     *a++ = *b++;
 120     *a++ = *b++;
 121     *a++ = *b++;
 122     *a++ = *b++;
 123     *a++ = *b++;
 124     *a++ = *b++;
 125     *a++ = *b++;
 126     *a = *b;
 127 }
 128
 129 // FIXME: copy paste from original
 130 // mode=1 encoder, mode=0 decoder
 131 static inline void ttafilter_process(TTAFilter *c, int32_t *in, int32_t mode) {
 132     register int32_t *dl = c->dl, *qm = c->qm, *dx = c->dx, sum = c->round;
 133
 134     if (!c->error) {
 135         sum += *dl++ * *qm, qm++;
 136         sum += *dl++ * *qm, qm++;
 137         sum += *dl++ * *qm, qm++;
 138         sum += *dl++ * *qm, qm++;
 139         sum += *dl++ * *qm, qm++;
 140         sum += *dl++ * *qm, qm++;
 141         sum += *dl++ * *qm, qm++;
 142         sum += *dl++ * *qm, qm++;
 143         dx += 8;
 144     } else if(c->error < 0) {
 145         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
 146         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
 147         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
 148         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
 149         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
 150         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
 151         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
 152         sum += *dl++ * (*qm -= *dx++), qm++;
 153     } else {
 154         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
 155         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
 156         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
 157         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
 158         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
 159         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
 160         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
 161         sum += *dl++ * (*qm += *dx++), qm++;
 162     }
 163
 164     *(dx-0) = ((*(dl-1) >> 30) | 1) << 2;
 165     *(dx-1) = ((*(dl-2) >> 30) | 1) << 1;
 166     *(dx-2) = ((*(dl-3) >> 30) | 1) << 1;
 167     *(dx-3) = ((*(dl-4) >> 30) | 1);
 168
 169     // compress
 170     if (mode) {
 171         *dl = *in;
 172         *in -= (sum >> c->shift);
 173         c->error = *in;
 174     } else {
 175         c->error = *in;
 176         *in += (sum >> c->shift);
 177         *dl = *in;
 178     }
 179
 180     if (c->mode) {
 181         *(dl-1) = *dl - *(dl-1);
 182         *(dl-2) = *(dl-1) - *(dl-2);
 183         *(dl-3) = *(dl-2) - *(dl-3);
 184     }
 185
 186     memshl(c->dl, c->dl + 1);
 187     memshl(c->dx, c->dx + 1);
 188 }
 189
 190 static void rice_init(TTARice *c, uint32_t k0, uint32_t k1)
 191 {
 192     c->k0 = k0;
 193     c->k1 = k1;
 194     c->sum0 = shift_16[k0];
 195     c->sum1 = shift_16[k1];
 196 }
 197
 198 static int tta_get_unary(GetBitContext *gb)
 199 {
 200     int ret = 0;
 201
 202     // count ones
 203     while(get_bits1(gb))
 204         ret++;
 205     return ret;
 206 }
 207
 208 static const int64_t tta_channel_layouts[7] = {
 209     AV_CH_LAYOUT_STEREO,
 210     AV_CH_LAYOUT_STEREO|AV_CH_LOW_FREQUENCY,
 211     AV_CH_LAYOUT_QUAD,
 212     0,
 213     AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK,
 214     AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK|AV_CH_BACK_CENTER,
 215     AV_CH_LAYOUT_7POINT1_WIDE
 216 };
 217
 218 static av_cold int tta_decode_init(AVCodecContext * avctx)
 219 {
 220     TTAContext *s = avctx->priv_data;
 221     int i;
 222
 223     s->avctx = avctx;
 224
 225     // 30bytes includes a seektable with one frame
 226     if (avctx->extradata_size < 30)
 227         return -1;
 228
 229     init_get_bits(&s->gb, avctx->extradata, avctx->extradata_size);
 230     if (show_bits_long(&s->gb, 32) == AV_RL32("TTA1"))
 231     {
 232         /* signature */
 233         skip_bits(&s->gb, 32);
 234 //        if (get_bits_long(&s->gb, 32) != av_bswap32(AV_RL32("TTA1"))) {
 235 //            av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Missing magic\n");
 236 //            return -1;
 237 //        }
 238
 239         s->flags = get_bits(&s->gb, 16);
 240         if (s->flags != 1 && s->flags != 3)
 241         {
 242             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid flags\n");
 243             return -1;
 244         }
 245         s->is_float = (s->flags == FORMAT_FLOAT);
 246         avctx->channels = s->channels = get_bits(&s->gb, 16);
 247         if (s->channels > 1 && s->channels < 9)
 248             avctx->channel_layout = tta_channel_layouts[s->channels-2];
 249         avctx->bits_per_coded_sample = get_bits(&s->gb, 16);
 250         s->bps = (avctx->bits_per_coded_sample + 7) / 8;
 251         avctx->sample_rate = get_bits_long(&s->gb, 32);
 252         if(avctx->sample_rate > 1000000){ //prevent FRAME_TIME * avctx->sample_rate from overflowing and sanity check
 253             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "sample_rate too large\n");
 254             return -1;
 255         }
 256         s->data_length = get_bits_long(&s->gb, 32);
 257         skip_bits(&s->gb, 32); // CRC32 of header
 258
 259         if (s->is_float)
 260         {
 261             avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_FLT;
 262             av_log_ask_for_sample(s->avctx, "Unsupported sample format.\n");
 263             return -1;
 264         }
 265         else switch(s->bps) {
 266             case 1: avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_U8; break;
 267             case 2: avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_S16; break;
 268             case 3: avctx->bits_per_coded_sample = 24;
 269             case 4: avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_S32; break;
 270             default:
 271                 av_log_ask_for_sample(s->avctx,
 272                                       "Invalid/unsupported sample format.\n");
 273                 return -1;
 274         }
 275
 276         // FIXME: horribly broken, but directly from reference source
 277 #define FRAME_TIME 1.04489795918367346939
 278         s->frame_length = (int)(FRAME_TIME * avctx->sample_rate);
 279
 280         s->last_frame_length = s->data_length % s->frame_length;
 281         s->total_frames = s->data_length / s->frame_length +
 282                         (s->last_frame_length ? 1 : 0);
 283
 284         av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "flags: %x chans: %d bps: %d rate: %d block: %d\n",
 285             s->flags, avctx->channels, avctx->bits_per_coded_sample, avctx->sample_rate,
 286             avctx->block_align);
 287         av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "data_length: %d frame_length: %d last: %d total: %d\n",
 288             s->data_length, s->frame_length, s->last_frame_length, s->total_frames);
 289
 290         // FIXME: seek table
 291         for (i = 0; i < s->total_frames; i++)
 292             skip_bits(&s->gb, 32);
 293         skip_bits(&s->gb, 32); // CRC32 of seektable
 294
 295         if(s->frame_length >= UINT_MAX / (s->channels * sizeof(int32_t))){
 296             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "frame_length too large\n");
 297             return -1;
 298         }
 299
 300         s->decode_buffer = av_mallocz(sizeof(int32_t)*s->frame_length*s->channels);
 301         if (!s->decode_buffer)
 302             return AVERROR(ENOMEM);
 303         s->ch_ctx = av_malloc(avctx->channels * sizeof(*s->ch_ctx));
 304         if (!s->ch_ctx)
 305             return AVERROR(ENOMEM);
 306     } else {
 307         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Wrong extradata present\n");
 308         return -1;
 309     }
 310
 311     return 0;
 312 }
 313
 314 static int tta_decode_frame(AVCodecContext *avctx,
 315         void *data, int *data_size,
 316         AVPacket *avpkt)
 317 {
 318     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 319     int buf_size = avpkt->size;
 320     TTAContext *s = avctx->priv_data;
 321     int i;
 322
 323     init_get_bits(&s->gb, buf, buf_size*8);
 324     {
 325         int cur_chan = 0, framelen = s->frame_length;
 326         int32_t *p;
 327
 328         if (*data_size < (framelen * s->channels * av_get_bits_per_sample_fmt(avctx->sample_fmt) / 8)) {
 329             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Output buffer size is too small.\n");
 330             return -1;
 331         }
 332         // FIXME: seeking
 333         s->total_frames--;
 334         if (!s->total_frames && s->last_frame_length)
 335             framelen = s->last_frame_length;
 336
 337         // init per channel states
 338         for (i = 0; i < s->channels; i++) {
 339             s->ch_ctx[i].predictor = 0;
 340             ttafilter_init(&s->ch_ctx[i].filter, ttafilter_configs[s->bps-1][0], ttafilter_configs[s->bps-1][1]);
 341             rice_init(&s->ch_ctx[i].rice, 10, 10);
 342         }
 343
 344         for (p = s->decode_buffer; p < s->decode_buffer + (framelen * s->channels); p++) {
 345             int32_t *predictor = &s->ch_ctx[cur_chan].predictor;
 346             TTAFilter *filter = &s->ch_ctx[cur_chan].filter;
 347             TTARice *rice = &s->ch_ctx[cur_chan].rice;
 348             uint32_t unary, depth, k;
 349             int32_t value;
 350
 351             unary = tta_get_unary(&s->gb);
 352
 353             if (unary == 0) {
 354                 depth = 0;
 355                 k = rice->k0;
 356             } else {
 357                 depth = 1;
 358                 k = rice->k1;
 359                 unary--;
 360             }
 361
 362             if (get_bits_left(&s->gb) < k)
 363                 return -1;
 364
 365             if (k) {
 366                 if (k > MIN_CACHE_BITS)
 367                     return -1;
 368                 value = (unary << k) + get_bits(&s->gb, k);
 369             } else
 370                 value = unary;
 371
 372             // FIXME: copy paste from original
 373             switch (depth) {
 374             case 1:
 375                 rice->sum1 += value - (rice->sum1 >> 4);
 376                 if (rice->k1 > 0 && rice->sum1 < shift_16[rice->k1])
 377                     rice->k1--;
 378                 else if(rice->sum1 > shift_16[rice->k1 + 1])
 379                     rice->k1++;
 380                 value += shift_1[rice->k0];
 381             default:
 382                 rice->sum0 += value - (rice->sum0 >> 4);
 383                 if (rice->k0 > 0 && rice->sum0 < shift_16[rice->k0])
 384                     rice->k0--;
 385                 else if(rice->sum0 > shift_16[rice->k0 + 1])
 386                     rice->k0++;
 387             }
 388
 389             // extract coded value
 390 #define UNFOLD(x) (((x)&1) ? (++(x)>>1) : (-(x)>>1))
 391             *p = UNFOLD(value);
 392
 393             // run hybrid filter
 394             ttafilter_process(filter, p, 0);
 395
 396             // fixed order prediction
 397 #define PRED(x, k) (int32_t)((((uint64_t)x << k) - x) >> k)
 398             switch (s->bps) {
 399                 case 1: *p += PRED(*predictor, 4); break;
 400                 case 2:
 401                 case 3: *p += PRED(*predictor, 5); break;
 402                 case 4: *p += *predictor; break;
 403             }
 404             *predictor = *p;
 405
 406 #if 0
 407             // extract 32bit float from last two int samples
 408             if (s->is_float && ((p - data) & 1)) {
 409                 uint32_t neg = *p & 0x80000000;
 410                 uint32_t hi = *(p - 1);
 411                 uint32_t lo = abs(*p) - 1;
 412
 413                 hi += (hi || lo) ? 0x3f80 : 0;
 414                 // SWAP16: swap all the 16 bits
 415                 *(p - 1) = (hi << 16) | SWAP16(lo) | neg;
 416             }
 417 #endif
 418
 419             /*if ((get_bits_count(&s->gb)+7)/8 > buf_size)
 420             {
 421                 av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "overread!!\n");
 422                 break;
 423             }*/
 424
 425             // flip channels
 426             if (cur_chan < (s->channels-1))
 427                 cur_chan++;
 428             else {
 429                 // decorrelate in case of stereo integer
 430                 if (!s->is_float && (s->channels > 1)) {
 431                     int32_t *r = p - 1;
 432                     for (*p += *r / 2; r > p - s->channels; r--)
 433                         *r = *(r + 1) - *r;
 434                 }
 435                 cur_chan = 0;
 436             }
 437         }
 438
 439         if (get_bits_left(&s->gb) < 32)
 440             return -1;
 441         skip_bits(&s->gb, 32); // frame crc
 442
 443         // convert to output buffer
 444         switch(s->bps) {
 445             case 1: {
 446                 uint8_t *samples = data;
 447                 for (p = s->decode_buffer; p < s->decode_buffer + (framelen * s->channels); p++)
 448                     *samples++ = *p + 0x80;
 449                 *data_size = samples - (uint8_t *)data;
 450                 break;
 451             }
 452             case 2: {
 453                 uint16_t *samples = data;
 454                 for (p = s->decode_buffer; p < s->decode_buffer + (framelen * s->channels); p++) {
 455 //                    *samples++ = (unsigned char)*p;
 456 //                    *samples++ = (unsigned char)(*p >> 8);
 457                     *samples++ = *p;
 458                 }
 459                 *data_size = (uint8_t *)samples - (uint8_t *)data;
 460                 break;
 461             }
 462             case 3: {
 463                 int32_t *samples = data;
 464                 for (p = s->decode_buffer; p < s->decode_buffer + (framelen * s->channels); p++)
 465                     *samples++ = AV_RN32(p) << 8;
 466                 *data_size = (uint8_t *)samples - (uint8_t *)data;
 467                 break;
 468             }
 469             default:
 470                 av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Error, only 16bit samples supported!\n");
 471         }
 472     }
 473
 474 //    return get_bits_count(&s->gb)+7)/8;
 475     return buf_size;
 476 }
 477
 478 static av_cold int tta_decode_close(AVCodecContext *avctx) {
 479     TTAContext *s = avctx->priv_data;
 480
 481     av_free(s->decode_buffer);
 482     av_freep(&s->ch_ctx);
 483
 484     return 0;
 485 }
 486
 487 AVCodec ff_tta_decoder = {
 488     "tta",
 489     AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 490     CODEC_ID_TTA,
 491     sizeof(TTAContext),
 492     tta_decode_init,
 493     NULL,
 494     tta_decode_close,
 495     tta_decode_frame,
 496     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("True Audio (TTA)"),
 497 };