gst-libs/ext/ffmpeg/libavcodec/ra144.c

   1 /*
   2  * Real Audio 1.0 (14.4K)
   3  *
   4  * Copyright (c) 2008 Vitor Sessak
   5  * Copyright (c) 2003 Nick Kurshev
   6  *     Based on public domain decoder at http://www.honeypot.net/audio
   7  *
   8  * This file is part of FFmpeg.
   9  *
  10  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
  11  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  12  * License as published by the Free Software Foundation; either
  13  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  14  *
  15  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  16  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  17  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  18  * Lesser General Public License for more details.
  19  *
  20  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  21  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  22  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  23  */
  24
  25 #include "libavutil/intmath.h"
  26 #include "avcodec.h"
  27 #include "get_bits.h"
  28 #include "ra144.h"
  29 #include "celp_filters.h"
  30
  31 #define NBLOCKS         4       ///< number of subblocks within a block
  32 #define BLOCKSIZE       40      ///< subblock size in 16-bit words
  33 #define BUFFERSIZE      146     ///< the size of the adaptive codebook
  34
  35
  36 typedef struct {
  37     AVCodecContext *avctx;
  38
  39     unsigned int     old_energy;        ///< previous frame energy
  40
  41     unsigned int     lpc_tables[2][10];
  42
  43     /** LPC coefficients: lpc_coef[0] is the coefficients of the current frame
  44      *  and lpc_coef[1] of the previous one. */
  45     unsigned int    *lpc_coef[2];
  46
  47     unsigned int     lpc_refl_rms[2];
  48
  49     /** The current subblock padded by the last 10 values of the previous one. */
  50     int16_t curr_sblock[50];
  51
  52     /** Adaptive codebook, its size is two units bigger to avoid a
  53      *  buffer overflow. */
  54     uint16_t adapt_cb[146+2];
  55 } RA144Context;
  56
  57 static av_cold int ra144_decode_init(AVCodecContext * avctx)
  58 {
  59     RA144Context *ractx = avctx->priv_data;
  60
  61     ractx->avctx = avctx;
  62
  63     ractx->lpc_coef[0] = ractx->lpc_tables[0];
  64     ractx->lpc_coef[1] = ractx->lpc_tables[1];
  65
  66     avctx->sample_fmt = SAMPLE_FMT_S16;
  67     return 0;
  68 }
  69
  70 /**
  71  * Evaluate sqrt(x << 24). x must fit in 20 bits. This value is evaluated in an
  72  * odd way to make the output identical to the binary decoder.
  73  */
  74 static int t_sqrt(unsigned int x)
  75 {
  76     int s = 2;
  77     while (x > 0xfff) {
  78         s++;
  79         x >>= 2;
  80     }
  81
  82     return ff_sqrt(x << 20) << s;
  83 }
  84
  85 /**
  86  * Evaluate the LPC filter coefficients from the reflection coefficients.
  87  * Does the inverse of the eval_refl() function.
  88  */
  89 static void eval_coefs(int *coefs, const int *refl)
  90 {
  91     int buffer[10];
  92     int *b1 = buffer;
  93     int *b2 = coefs;
  94     int i, j;
  95
  96     for (i=0; i < 10; i++) {
  97         b1[i] = refl[i] << 4;
  98
  99         for (j=0; j < i; j++)
 100             b1[j] = ((refl[i] * b2[i-j-1]) >> 12) + b2[j];
 101
 102         FFSWAP(int *, b1, b2);
 103     }
 104
 105     for (i=0; i < 10; i++)
 106         coefs[i] >>= 4;
 107 }
 108
 109 /**
 110  * Copy the last offset values of *source to *target. If those values are not
 111  * enough to fill the target buffer, fill it with another copy of those values.
 112  */
 113 static void copy_and_dup(int16_t *target, const int16_t *source, int offset)
 114 {
 115     source += BUFFERSIZE - offset;
 116
 117     memcpy(target, source, FFMIN(BLOCKSIZE, offset)*sizeof(*target));
 118     if (offset < BLOCKSIZE)
 119         memcpy(target + offset, source, (BLOCKSIZE - offset)*sizeof(*target));
 120 }
 121
 122 /** inverse root mean square */
 123 static int irms(const int16_t *data)
 124 {
 125     unsigned int i, sum = 0;
 126
 127     for (i=0; i < BLOCKSIZE; i++)
 128         sum += data[i] * data[i];
 129
 130     if (sum == 0)
 131         return 0; /* OOPS - division by zero */
 132
 133     return 0x20000000 / (t_sqrt(sum) >> 8);
 134 }
 135
 136 static void add_wav(int16_t *dest, int n, int skip_first, int *m,
 137                     const int16_t *s1, const int8_t *s2, const int8_t *s3)
 138 {
 139     int i;
 140     int v[3];
 141
 142     v[0] = 0;
 143     for (i=!skip_first; i<3; i++)
 144         v[i] = (gain_val_tab[n][i] * m[i]) >> gain_exp_tab[n];
 145
 146     if (v[0]) {
 147         for (i=0; i < BLOCKSIZE; i++)
 148             dest[i] = (s1[i]*v[0] + s2[i]*v[1] + s3[i]*v[2]) >> 12;
 149     } else {
 150         for (i=0; i < BLOCKSIZE; i++)
 151             dest[i] = (             s2[i]*v[1] + s3[i]*v[2]) >> 12;
 152     }
 153 }
 154
 155 static unsigned int rescale_rms(unsigned int rms, unsigned int energy)
 156 {
 157     return (rms * energy) >> 10;
 158 }
 159
 160 static unsigned int rms(const int *data)
 161 {
 162     int i;
 163     unsigned int res = 0x10000;
 164     int b = 10;
 165
 166     for (i=0; i < 10; i++) {
 167         res = (((0x1000000 - data[i]*data[i]) >> 12) * res) >> 12;
 168
 169         if (res == 0)
 170             return 0;
 171
 172         while (res <= 0x3fff) {
 173             b++;
 174             res <<= 2;
 175         }
 176     }
 177
 178     return t_sqrt(res) >> b;
 179 }
 180
 181 static void do_output_subblock(RA144Context *ractx, const uint16_t  *lpc_coefs,
 182                                int gval, GetBitContext *gb)
 183 {
 184     uint16_t buffer_a[40];
 185     uint16_t *block;
 186     int cba_idx = get_bits(gb, 7); // index of the adaptive CB, 0 if none
 187     int gain    = get_bits(gb, 8);
 188     int cb1_idx = get_bits(gb, 7);
 189     int cb2_idx = get_bits(gb, 7);
 190     int m[3];
 191
 192     if (cba_idx) {
 193         cba_idx += BLOCKSIZE/2 - 1;
 194         copy_and_dup(buffer_a, ractx->adapt_cb, cba_idx);
 195         m[0] = (irms(buffer_a) * gval) >> 12;
 196     } else {
 197         m[0] = 0;
 198     }
 199
 200     m[1] = (cb1_base[cb1_idx] * gval) >> 8;
 201     m[2] = (cb2_base[cb2_idx] * gval) >> 8;
 202
 203     memmove(ractx->adapt_cb, ractx->adapt_cb + BLOCKSIZE,
 204             (BUFFERSIZE - BLOCKSIZE) * sizeof(*ractx->adapt_cb));
 205
 206     block = ractx->adapt_cb + BUFFERSIZE - BLOCKSIZE;
 207
 208     add_wav(block, gain, cba_idx, m, cba_idx? buffer_a: NULL,
 209             cb1_vects[cb1_idx], cb2_vects[cb2_idx]);
 210
 211     memcpy(ractx->curr_sblock, ractx->curr_sblock + 40,
 212            10*sizeof(*ractx->curr_sblock));
 213
 214     if (ff_celp_lp_synthesis_filter(ractx->curr_sblock + 10, lpc_coefs,
 215                                     block, BLOCKSIZE, 10, 1, 0xfff))
 216         memset(ractx->curr_sblock, 0, 50*sizeof(*ractx->curr_sblock));
 217 }
 218
 219 static void int_to_int16(int16_t *out, const int *inp)
 220 {
 221     int i;
 222
 223     for (i=0; i < 10; i++)
 224         *out++ = *inp++;
 225 }
 226
 227 /**
 228  * Evaluate the reflection coefficients from the filter coefficients.
 229  * Does the inverse of the eval_coefs() function.
 230  *
 231  * @return 1 if one of the reflection coefficients is greater than
 232  *         4095, 0 if not.
 233  */
 234 static int eval_refl(int *refl, const int16_t *coefs, AVCodecContext *avctx)
 235 {
 236     int b, i, j;
 237     int buffer1[10];
 238     int buffer2[10];
 239     int *bp1 = buffer1;
 240     int *bp2 = buffer2;
 241
 242     for (i=0; i < 10; i++)
 243         buffer2[i] = coefs[i];
 244
 245     refl[9] = bp2[9];
 246
 247     if ((unsigned) bp2[9] + 0x1000 > 0x1fff) {
 248         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Overflow. Broken sample?\n");
 249         return 1;
 250     }
 251
 252     for (i=8; i >= 0; i--) {
 253         b = 0x1000-((bp2[i+1] * bp2[i+1]) >> 12);
 254
 255         if (!b)
 256             b = -2;
 257
 258         for (j=0; j <= i; j++)
 259             bp1[j] = ((bp2[j] - ((refl[i+1] * bp2[i-j]) >> 12)) * (0x1000000 / b)) >> 12;
 260
 261         if ((unsigned) bp1[i] + 0x1000 > 0x1fff)
 262             return 1;
 263
 264         refl[i] = bp1[i];
 265
 266         FFSWAP(int *, bp1, bp2);
 267     }
 268     return 0;
 269 }
 270
 271 static int interp(RA144Context *ractx, int16_t *out, int a,
 272                   int copyold, int energy)
 273 {
 274     int work[10];
 275     int b = NBLOCKS - a;
 276     int i;
 277
 278     // Interpolate block coefficients from the this frame's forth block and
 279     // last frame's forth block.
 280     for (i=0; i<10; i++)
 281         out[i] = (a * ractx->lpc_coef[0][i] + b * ractx->lpc_coef[1][i])>> 2;
 282
 283     if (eval_refl(work, out, ractx->avctx)) {
 284         // The interpolated coefficients are unstable, copy either new or old
 285         // coefficients.
 286         int_to_int16(out, ractx->lpc_coef[copyold]);
 287         return rescale_rms(ractx->lpc_refl_rms[copyold], energy);
 288     } else {
 289         return rescale_rms(rms(work), energy);
 290     }
 291 }
 292
 293 /** Uncompress one block (20 bytes -> 160*2 bytes). */
 294 static int ra144_decode_frame(AVCodecContext * avctx, void *vdata,
 295                               int *data_size, AVPacket *avpkt)
 296 {
 297     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 298     int buf_size = avpkt->size;
 299     static const uint8_t sizes[10] = {6, 5, 5, 4, 4, 3, 3, 3, 3, 2};
 300     unsigned int refl_rms[4];    // RMS of the reflection coefficients
 301     uint16_t block_coefs[4][10]; // LPC coefficients of each sub-block
 302     unsigned int lpc_refl[10];   // LPC reflection coefficients of the frame
 303     int i, j;
 304     int16_t *data = vdata;
 305     unsigned int energy;
 306
 307     RA144Context *ractx = avctx->priv_data;
 308     GetBitContext gb;
 309
 310     if (*data_size < 2*160)
 311         return -1;
 312
 313     if(buf_size < 20) {
 314         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 315                "Frame too small (%d bytes). Truncated file?\n", buf_size);
 316         *data_size = 0;
 317         return buf_size;
 318     }
 319     init_get_bits(&gb, buf, 20 * 8);
 320
 321     for (i=0; i<10; i++)
 322         lpc_refl[i] = lpc_refl_cb[i][get_bits(&gb, sizes[i])];
 323
 324     eval_coefs(ractx->lpc_coef[0], lpc_refl);
 325     ractx->lpc_refl_rms[0] = rms(lpc_refl);
 326
 327     energy = energy_tab[get_bits(&gb, 5)];
 328
 329     refl_rms[0] = interp(ractx, block_coefs[0], 1, 1, ractx->old_energy);
 330     refl_rms[1] = interp(ractx, block_coefs[1], 2, energy <= ractx->old_energy,
 331                     t_sqrt(energy*ractx->old_energy) >> 12);
 332     refl_rms[2] = interp(ractx, block_coefs[2], 3, 0, energy);
 333     refl_rms[3] = rescale_rms(ractx->lpc_refl_rms[0], energy);
 334
 335     int_to_int16(block_coefs[3], ractx->lpc_coef[0]);
 336
 337     for (i=0; i < 4; i++) {
 338         do_output_subblock(ractx, block_coefs[i], refl_rms[i], &gb);
 339
 340         for (j=0; j < BLOCKSIZE; j++)
 341             *data++ = av_clip_int16(ractx->curr_sblock[j + 10] << 2);
 342     }
 343
 344     ractx->old_energy = energy;
 345     ractx->lpc_refl_rms[1] = ractx->lpc_refl_rms[0];
 346
 347     FFSWAP(unsigned int *, ractx->lpc_coef[0], ractx->lpc_coef[1]);
 348
 349     *data_size = 2*160;
 350     return 20;
 351 }
 352
 353 AVCodec ra_144_decoder =
 354 {
 355     "real_144",
 356     AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 357     CODEC_ID_RA_144,
 358     sizeof(RA144Context),
 359     ra144_decode_init,
 360     NULL,
 361     NULL,
 362     ra144_decode_frame,
 363     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("RealAudio 1.0 (14.4K)"),
 364 };