git.sesse.net Git - vlc/blob - src/ac3_decoder/ac3_decoder.h

   1 /*****************************************************************************
   2  * ac3_decoder.h : ac3 decoder interface
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 1999, 2000 VideoLAN
   5  *
   6  * Authors: Michel Kaempf <maxx@via.ecp.fr>
   7  *          Renaud Dartus <reno@videolan.org>
   8  *
   9  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  10  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  11  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  12  * (at your option) any later version.
  13  *
  14  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  17  * GNU General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  20  * along with this program; if not, write to the Free Software
  21  * Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA  02111, USA.
  22  *****************************************************************************/
  23
  24 /**** ac3 decoder API - public ac3 decoder structures */
  25
  26 typedef struct ac3dec_s ac3dec_t;
  27
  28 typedef struct ac3_sync_info_s {
  29     int sample_rate;    /* sample rate in Hz */
  30     int frame_size;     /* frame size in bytes */
  31     int bit_rate;       /* nominal bit rate in kbps */
  32 } ac3_sync_info_t;
  33
  34 typedef struct ac3_byte_stream_s {
  35     u8 * p_byte;
  36     u8 * p_end;
  37     void * info;
  38 } ac3_byte_stream_t;
  39
  40 /**** ac3 decoder API - functions publically provided by the ac3 decoder ****/
  41
  42 int ac3_init (ac3dec_t * p_ac3dec);
  43 int ac3_sync_frame (ac3dec_t * p_ac3dec, ac3_sync_info_t * p_sync_info);
  44 int ac3_decode_frame (ac3dec_t * p_ac3dec, s16 * buffer);
  45 static ac3_byte_stream_t * ac3_byte_stream (ac3dec_t * p_ac3dec);
  46
  47 /**** ac3 decoder API - user functions to be provided to the ac3 decoder ****/
  48
  49 void ac3_byte_stream_next (ac3_byte_stream_t * p_byte_stream);
  50
  51 /**** EVERYTHING AFTER THIS POINT IS PRIVATE ! DO NOT USE DIRECTLY ****/
  52
  53 /**** ac3 decoder internal structures ****/
  54
  55 /* The following structures are filled in by their corresponding parse_*
  56  * functions. See http://www.atsc.org/Standards/A52/a_52.pdf for
  57  * full details on each field. Indented fields are used to denote
  58  * conditional fields.
  59  */
  60
  61 typedef struct syncinfo_s {
  62     /* Sync word == 0x0B77 */
  63     /* u16 syncword; */
  64     /* crc for the first 5/8 of the sync block */
  65     /* u16 crc1; */
  66     /* Stream Sampling Rate (kHz) 0 = 48, 1 = 44.1, 2 = 32, 3 = reserved */
  67     u16 fscod;
  68     /* Frame size code */
  69     u16 frmsizecod;
  70
  71     /* Information not in the AC-3 bitstream, but derived */
  72     /* Frame size in 16 bit words */
  73     u16 frame_size;
  74     /* Bit rate in kilobits */
  75     //u16 bit_rate;
  76 } syncinfo_t;
  77
  78 typedef struct bsi_s {
  79     /* Bit stream identification == 0x8 */
  80     u16 bsid;
  81     /* Bit stream mode */
  82     u16 bsmod;
  83     /* Audio coding mode */
  84     u16 acmod;
  85     /* If we're using the centre channel then */
  86         /* centre mix level */
  87         u16 cmixlev;
  88     /* If we're using the surround channel then */
  89         /* surround mix level */
  90         u16 surmixlev;
  91     /* If we're in 2/0 mode then */
  92         /* Dolby surround mix level - NOT USED - */
  93         u16 dsurmod;
  94     /* Low frequency effects on */
  95     u16 lfeon;
  96     /* Dialogue Normalization level */
  97     u16 dialnorm;
  98     /* Compression exists */
  99     u16 compre;
 100         /* Compression level */
 101         u16 compr;
 102     /* Language code exists */
 103     u16 langcode;
 104         /* Language code */
 105         u16 langcod;
 106     /* Audio production info exists*/
 107     u16 audprodie;
 108         u16 mixlevel;
 109         u16 roomtyp;
 110     /* If we're in dual mono mode (acmod == 0) then extra stuff */
 111         u16 dialnorm2;
 112         u16 compr2e;
 113             u16 compr2;
 114         u16 langcod2e;
 115             u16 langcod2;
 116         u16 audprodi2e;
 117             u16 mixlevel2;
 118             u16 roomtyp2;
 119     /* Copyright bit */
 120     u16 copyrightb;
 121     /* Original bit */
 122     u16 origbs;
 123     /* Timecode 1 exists */
 124     u16 timecod1e;
 125         /* Timecode 1 */
 126         u16 timecod1;
 127     /* Timecode 2 exists */
 128     u16 timecod2e;
 129         /* Timecode 2 */
 130         u16 timecod2;
 131     /* Additional bit stream info exists */
 132     u16 addbsie;
 133         /* Additional bit stream length - 1 (in bytes) */
 134         u16 addbsil;
 135         /* Additional bit stream information (max 64 bytes) */
 136         u8 addbsi[64];
 137
 138     /* Information not in the AC-3 bitstream, but derived */
 139     /* Number of channels (excluding LFE)
 140      * Derived from acmod */
 141     u16 nfchans;
 142 } bsi_t;
 143
 144 /* more pain */
 145 typedef struct audblk_s {
 146     /* block switch bit indexed by channel num */
 147     u16 blksw[5];
 148     /* dither enable bit indexed by channel num */
 149     u16 dithflag[5];
 150     /* dynamic range gain exists */
 151     u16 dynrnge;
 152         /* dynamic range gain */
 153         u16 dynrng;
 154     /* if acmod==0 then */
 155     /* dynamic range 2 gain exists */
 156     u16 dynrng2e;
 157         /* dynamic range 2 gain */
 158         u16 dynrng2;
 159     /* coupling strategy exists */
 160     u16 cplstre;
 161         /* coupling in use */
 162         u16 cplinu;
 163             /* channel coupled */
 164             u16 chincpl[5];
 165             /* if acmod==2 then */
 166                 /* Phase flags in use */
 167                 u16 phsflginu;
 168             /* coupling begin frequency code */
 169             u16 cplbegf;
 170             /* coupling end frequency code */
 171             u16 cplendf;
 172             /* coupling band structure bits */
 173             u16 cplbndstrc[18];
 174             /* Do coupling co-ords exist for this channel? */
 175             u16 cplcoe[5];
 176             /* Master coupling co-ordinate */
 177             u16 mstrcplco[5];
 178             /* Per coupling band coupling co-ordinates */
 179             u16 cplcoexp[5][18];
 180             u16 cplcomant[5][18];
 181             /* Phase flags for dual mono */
 182             u16 phsflg[18];
 183     /* Is there a rematrixing strategy */
 184     u16 rematstr;
 185         /* Rematrixing bits */
 186         u16 rematflg[4];
 187     /* Coupling exponent strategy */
 188     u16 cplexpstr;
 189     /* Exponent strategy for full bandwidth channels */
 190     u16 chexpstr[5];
 191     /* Exponent strategy for lfe channel */
 192     u16 lfeexpstr;
 193     /* Channel bandwidth for independent channels */
 194     u16 chbwcod[5];
 195         /* The absolute coupling exponent */
 196         u16 cplabsexp;
 197         /* Coupling channel exponents (D15 mode gives 18 * 12 /3  encoded exponents */
 198         u16 cplexps[18 * 12 / 3];
 199     /* Sanity checking constant */
 200     u32 magic2;
 201     /* fbw channel exponents */
 202     u16 exps[5][252 / 3];
 203     /* channel gain range */
 204     u16 gainrng[5];
 205     /* low frequency exponents */
 206     u16 lfeexps[3];
 207
 208     /* Bit allocation info */
 209     u16 baie;
 210         /* Slow decay code */
 211         u16 sdcycod;
 212         /* Fast decay code */
 213         u16 fdcycod;
 214         /* Slow gain code */
 215         u16 sgaincod;
 216         /* dB per bit code */
 217         u16 dbpbcod;
 218         /* masking floor code */
 219         u16 floorcod;
 220
 221     /* SNR offset info */
 222     u16 snroffste;
 223         /* coarse SNR offset */
 224         u16 csnroffst;
 225         /* coupling fine SNR offset */
 226         u16 cplfsnroffst;
 227         /* coupling fast gain code */
 228         u16 cplfgaincod;
 229         /* fbw fine SNR offset */
 230         u16 fsnroffst[5];
 231         /* fbw fast gain code */
 232         u16 fgaincod[5];
 233         /* lfe fine SNR offset */
 234         u16 lfefsnroffst;
 235         /* lfe fast gain code */
 236         u16 lfefgaincod;
 237
 238     /* Coupling leak info */
 239     u16 cplleake;
 240         /* coupling fast leak initialization */
 241         u16 cplfleak;
 242         /* coupling slow leak initialization */
 243         u16 cplsleak;
 244
 245     /* delta bit allocation info */
 246     u16 deltbaie;
 247         /* coupling delta bit allocation exists */
 248         u16 cpldeltbae;
 249         /* fbw delta bit allocation exists */
 250         u16 deltbae[5];
 251         /* number of cpl delta bit segments */
 252         u16 cpldeltnseg;
 253             /* coupling delta bit allocation offset */
 254             u16 cpldeltoffst[8];
 255             /* coupling delta bit allocation length */
 256             u16 cpldeltlen[8];
 257             /* coupling delta bit allocation length */
 258             u16 cpldeltba[8];
 259         /* number of delta bit segments */
 260         u16 deltnseg[5];
 261             /* fbw delta bit allocation offset */
 262             u16 deltoffst[5][8];
 263             /* fbw delta bit allocation length */
 264             u16 deltlen[5][8];
 265             /* fbw delta bit allocation length */
 266             u16 deltba[5][8];
 267
 268     /* skip length exists */
 269     u16 skiple;
 270         /* skip length */
 271         u16 skipl;
 272
 273     /* channel mantissas */
 274 //      u16 chmant[5][256];
 275
 276     /* coupling mantissas */
 277     float cplfbw[ 256 ];
 278 //      u16 cplmant[256];
 279
 280     /* coupling mantissas */
 281 //      u16 lfemant[7];
 282
 283     /* -- Information not in the bitstream, but derived thereof -- */
 284
 285     /* Number of coupling sub-bands */
 286     u16 ncplsubnd;
 287
 288     /* Number of combined coupling sub-bands
 289      * Derived from ncplsubnd and cplbndstrc */
 290     u16 ncplbnd;
 291
 292     /* Number of exponent groups by channel
 293      * Derived from strmant, endmant */
 294     u16 nchgrps[5];
 295
 296     /* Number of coupling exponent groups
 297      * Derived from cplbegf, cplendf, cplexpstr */
 298     u16 ncplgrps;
 299
 300     /* End mantissa numbers of fbw channels */
 301     u16 endmant[5];
 302
 303     /* Start and end mantissa numbers for the coupling channel */
 304     u16 cplstrtmant;
 305     u16 cplendmant;
 306
 307     /* Decoded exponent info */
 308     u16 fbw_exp[5][256];
 309     u16 cpl_exp[256];
 310     u16 lfe_exp[7];
 311
 312     /* Bit allocation pointer results */
 313     u16 fbw_bap[5][256];
 314     /* FIXME?? figure out exactly how many entries there should be (253-37?) */
 315     u16 cpl_bap[256];
 316     u16 lfe_bap[7];
 317 } audblk_t;
 318
 319 /* Everything you wanted to know about band structure */
 320 /*
 321  * The entire frequency domain is represented by 256 real
 322  * floating point fourier coefficients. Only the lower 253
 323  * coefficients are actually utilized however. We use arrays
 324  * of 256 to be efficient in some cases.
 325  *
 326  * The 5 full bandwidth channels (fbw) can have their higher
 327  * frequencies coupled together. These coupled channels then
 328  * share their high frequency components.
 329  *
 330  * This coupling band is broken up into 18 sub-bands starting
 331  * at mantissa number 37. Each sub-band is 12 bins wide.
 332  *
 333  * There are 50 bit allocation sub-bands which cover the entire
 334  * frequency range. The sub-bands are of non-uniform width, and
 335  * approximate a 1/6 octave scale.
 336  */
 337
 338 typedef struct stream_coeffs_s
 339 {
 340     float fbw[5][256];
 341     float lfe[256];
 342 } stream_coeffs_t;
 343
 344 typedef struct stream_samples_s
 345 {
 346     float channel[6][256];
 347 } stream_samples_t;
 348
 349 typedef struct ac3_bit_stream_s
 350 {
 351     u32 buffer;
 352     int i_available;
 353     ac3_byte_stream_t byte_stream;
 354
 355     unsigned int total_bits_read; /* temporary */
 356 } ac3_bit_stream_t;
 357
 358 typedef struct bit_allocate_s
 359 {
 360     s16 psd[256];
 361     s16 bndpsd[256];
 362     s16 excite[256];
 363     s16 mask[256];
 364     s16 sdecay;
 365     s16 fdecay;
 366     s16 sgain;
 367     s16 dbknee;
 368     s16 floor;
 369 } bit_allocate_t;
 370
 371 /* These store the persistent state of the packed mantissas */
 372 typedef struct mantissa_s
 373 {
 374     float q_1[2];
 375     float q_2[2];
 376     float q_4[1];
 377     s32 q_1_pointer;
 378     s32 q_2_pointer;
 379     s32 q_4_pointer;
 380     u16 lfsr_state;
 381 } mantissa_t;
 382
 383 typedef struct complex_s {
 384     float real;
 385     float imag;
 386 } complex_t;
 387
 388 #define N 512
 389
 390 typedef struct imdct_s
 391 {
 392     complex_t buf[N/4];
 393
 394     /* Delay buffer for time domain interleaving */
 395     float delay[6][256];
 396
 397     /* Twiddle factors for IMDCT */
 398     float xcos1[N/4];
 399     float xsin1[N/4];
 400     float xcos2[N/8];
 401     float xsin2[N/8];
 402
 403     /* Twiddle factor LUT */
 404     complex_t *w[7];
 405     complex_t w_1[1];
 406     complex_t w_2[2];
 407     complex_t w_4[4];
 408     complex_t w_8[8];
 409     complex_t w_16[16];
 410     complex_t w_32[32];
 411     complex_t w_64[64];
 412
 413 } imdct_t;
 414
 415 struct ac3dec_s
 416 {
 417     /*
 418      * Input properties
 419      */
 420
 421     /* The bit stream structure handles the PES stream at the bit level */
 422     ac3_bit_stream_t    bit_stream;
 423
 424     /*
 425      * Decoder properties
 426      */
 427     syncinfo_t          syncinfo;
 428     bsi_t               bsi;
 429     audblk_t            audblk;
 430
 431     stream_coeffs_t     coeffs;
 432     stream_samples_t    samples;
 433
 434     bit_allocate_t      bit_allocate;
 435     mantissa_t          mantissa;
 436     imdct_t             imdct;
 437 };
 438
 439 /**** ac3 decoder inline functions ****/
 440
 441 static ac3_byte_stream_t * ac3_byte_stream (ac3dec_t * p_ac3dec)
 442 {
 443     return &(p_ac3dec->bit_stream.byte_stream);
 444 }