libavcodec/pcm.c

   1 /*
   2  * PCM codecs
   3  * Copyright (c) 2001 Fabrice Bellard.
   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 pcm.c
  24  * PCM codecs
  25  */
  26
  27 #include "avcodec.h"
  28 #include "bitstream.h" // for ff_reverse
  29 #include "bytestream.h"
  30
  31 #define MAX_CHANNELS 64
  32
  33 /* from g711.c by SUN microsystems (unrestricted use) */
  34
  35 #define         SIGN_BIT        (0x80)      /* Sign bit for a A-law byte. */
  36 #define         QUANT_MASK      (0xf)       /* Quantization field mask. */
  37 #define         NSEGS           (8)         /* Number of A-law segments. */
  38 #define         SEG_SHIFT       (4)         /* Left shift for segment number. */
  39 #define         SEG_MASK        (0x70)      /* Segment field mask. */
  40
  41 #define         BIAS            (0x84)      /* Bias for linear code. */
  42
  43 /*
  44  * alaw2linear() - Convert an A-law value to 16-bit linear PCM
  45  *
  46  */
  47 static av_cold int alaw2linear(unsigned char a_val)
  48 {
  49         int t;
  50         int seg;
  51
  52         a_val ^= 0x55;
  53
  54         t = a_val & QUANT_MASK;
  55         seg = ((unsigned)a_val & SEG_MASK) >> SEG_SHIFT;
  56         if(seg) t= (t + t + 1 + 32) << (seg + 2);
  57         else    t= (t + t + 1     ) << 3;
  58
  59         return (a_val & SIGN_BIT) ? t : -t;
  60 }
  61
  62 static av_cold int ulaw2linear(unsigned char u_val)
  63 {
  64         int t;
  65
  66         /* Complement to obtain normal u-law value. */
  67         u_val = ~u_val;
  68
  69         /*
  70          * Extract and bias the quantization bits. Then
  71          * shift up by the segment number and subtract out the bias.
  72          */
  73         t = ((u_val & QUANT_MASK) << 3) + BIAS;
  74         t <<= ((unsigned)u_val & SEG_MASK) >> SEG_SHIFT;
  75
  76         return (u_val & SIGN_BIT) ? (BIAS - t) : (t - BIAS);
  77 }
  78
  79 /* 16384 entries per table */
  80 static uint8_t linear_to_alaw[16384];
  81 static uint8_t linear_to_ulaw[16384];
  82
  83 static av_cold void build_xlaw_table(uint8_t *linear_to_xlaw,
  84                              int (*xlaw2linear)(unsigned char),
  85                              int mask)
  86 {
  87     int i, j, v, v1, v2;
  88
  89     j = 0;
  90     for(i=0;i<128;i++) {
  91         if (i != 127) {
  92             v1 = xlaw2linear(i ^ mask);
  93             v2 = xlaw2linear((i + 1) ^ mask);
  94             v = (v1 + v2 + 4) >> 3;
  95         } else {
  96             v = 8192;
  97         }
  98         for(;j<v;j++) {
  99             linear_to_xlaw[8192 + j] = (i ^ mask);
 100             if (j > 0)
 101                 linear_to_xlaw[8192 - j] = (i ^ (mask ^ 0x80));
 102         }
 103     }
 104     linear_to_xlaw[0] = linear_to_xlaw[1];
 105 }
 106
 107 static av_cold int pcm_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 108 {
 109     avctx->frame_size = 1;
 110     if (avctx->codec->id==CODEC_ID_PCM_F32BE && avctx->sample_fmt!=SAMPLE_FMT_FLT) {
 111         return -1;
 112     }
 113     switch(avctx->codec->id) {
 114     case CODEC_ID_PCM_ALAW:
 115         build_xlaw_table(linear_to_alaw, alaw2linear, 0xd5);
 116         break;
 117     case CODEC_ID_PCM_MULAW:
 118         build_xlaw_table(linear_to_ulaw, ulaw2linear, 0xff);
 119         break;
 120     default:
 121         break;
 122     }
 123
 124     avctx->block_align = avctx->channels * av_get_bits_per_sample(avctx->codec->id)/8;
 125     avctx->coded_frame= avcodec_alloc_frame();
 126     avctx->coded_frame->key_frame= 1;
 127
 128     return 0;
 129 }
 130
 131 static av_cold int pcm_encode_close(AVCodecContext *avctx)
 132 {
 133     av_freep(&avctx->coded_frame);
 134
 135     return 0;
 136 }
 137
 138 /**
 139  * \brief convert samples from 16 bit
 140  * \param bps byte per sample for the destination format, must be >= 2
 141  * \param le 0 for big-, 1 for little-endian
 142  * \param us 0 for signed, 1 for unsigned output
 143  * \param samples input samples
 144  * \param dst output samples
 145  * \param n number of samples in samples buffer.
 146  */
 147 static inline void encode_from16(int bps, int le, int us,
 148                                short **samples, uint8_t **dst, int n) {
 149     int usum = us ? 0x8000 : 0;
 150     if (bps > 2)
 151         memset(*dst, 0, n * bps);
 152     if (le) *dst += bps - 2;
 153     for(;n>0;n--) {
 154         register int v = *(*samples)++;
 155         v += usum;
 156         if (le) AV_WL16(*dst, v);
 157         else    AV_WB16(*dst, v);
 158         *dst += bps;
 159     }
 160     if (le) *dst -= bps - 2;
 161 }
 162
 163 static int pcm_encode_frame(AVCodecContext *avctx,
 164                             unsigned char *frame, int buf_size, void *data)
 165 {
 166     int n, sample_size, v;
 167     short *samples;
 168     unsigned char *dst;
 169
 170     sample_size = av_get_bits_per_sample(avctx->codec->id)/8;
 171     n = buf_size / sample_size;
 172     samples = data;
 173     dst = frame;
 174
 175     switch(avctx->codec->id) {
 176     case CODEC_ID_PCM_F32BE:
 177         {
 178         float *fsamples = data;
 179         for(;n>0;n--) {
 180             float fv = *fsamples++;
 181             bytestream_put_be32(&dst, av_flt2int(fv));
 182         }
 183         samples = (void*)fsamples;
 184         }
 185         break;
 186     case CODEC_ID_PCM_S32LE:
 187         encode_from16(4, 1, 0, &samples, &dst, n);
 188         break;
 189     case CODEC_ID_PCM_S32BE:
 190         encode_from16(4, 0, 0, &samples, &dst, n);
 191         break;
 192     case CODEC_ID_PCM_U32LE:
 193         encode_from16(4, 1, 1, &samples, &dst, n);
 194         break;
 195     case CODEC_ID_PCM_U32BE:
 196         encode_from16(4, 0, 1, &samples, &dst, n);
 197         break;
 198     case CODEC_ID_PCM_S24LE:
 199         encode_from16(3, 1, 0, &samples, &dst, n);
 200         break;
 201     case CODEC_ID_PCM_S24BE:
 202         encode_from16(3, 0, 0, &samples, &dst, n);
 203         break;
 204     case CODEC_ID_PCM_U24LE:
 205         encode_from16(3, 1, 1, &samples, &dst, n);
 206         break;
 207     case CODEC_ID_PCM_U24BE:
 208         encode_from16(3, 0, 1, &samples, &dst, n);
 209         break;
 210     case CODEC_ID_PCM_S24DAUD:
 211         for(;n>0;n--) {
 212             uint32_t tmp = ff_reverse[(*samples >> 8) & 0xff] +
 213                            (ff_reverse[*samples & 0xff] << 8);
 214             tmp <<= 4; // sync flags would go here
 215             bytestream_put_be24(&dst, tmp);
 216             samples++;
 217         }
 218         break;
 219     case CODEC_ID_PCM_S16LE:
 220         for(;n>0;n--) {
 221             v = *samples++;
 222             bytestream_put_le16(&dst, v);
 223         }
 224         break;
 225     case CODEC_ID_PCM_S16BE:
 226         for(;n>0;n--) {
 227             v = *samples++;
 228             bytestream_put_be16(&dst, v);
 229         }
 230         break;
 231     case CODEC_ID_PCM_U16LE:
 232         for(;n>0;n--) {
 233             v = *samples++;
 234             v += 0x8000;
 235             bytestream_put_le16(&dst, v);
 236         }
 237         break;
 238     case CODEC_ID_PCM_U16BE:
 239         for(;n>0;n--) {
 240             v = *samples++;
 241             v += 0x8000;
 242             bytestream_put_be16(&dst, v);
 243         }
 244         break;
 245     case CODEC_ID_PCM_S8:
 246         for(;n>0;n--) {
 247             v = *samples++;
 248             *dst++ = v >> 8;
 249         }
 250         break;
 251     case CODEC_ID_PCM_U8:
 252         for(;n>0;n--) {
 253             v = *samples++;
 254             *dst++ = (v >> 8) + 128;
 255         }
 256         break;
 257     case CODEC_ID_PCM_ZORK:
 258         for(;n>0;n--) {
 259             v= *samples++ >> 8;
 260             if(v<0)   v = -v;
 261             else      v+= 128;
 262             *dst++ = v;
 263         }
 264         break;
 265     case CODEC_ID_PCM_ALAW:
 266         for(;n>0;n--) {
 267             v = *samples++;
 268             *dst++ = linear_to_alaw[(v + 32768) >> 2];
 269         }
 270         break;
 271     case CODEC_ID_PCM_MULAW:
 272         for(;n>0;n--) {
 273             v = *samples++;
 274             *dst++ = linear_to_ulaw[(v + 32768) >> 2];
 275         }
 276         break;
 277     default:
 278         return -1;
 279     }
 280     //avctx->frame_size = (dst - frame) / (sample_size * avctx->channels);
 281
 282     return dst - frame;
 283 }
 284
 285 typedef struct PCMDecode {
 286     short table[256];
 287 } PCMDecode;
 288
 289 static av_cold int pcm_decode_init(AVCodecContext * avctx)
 290 {
 291     PCMDecode *s = avctx->priv_data;
 292     int i;
 293
 294     switch(avctx->codec->id) {
 295     case CODEC_ID_PCM_ALAW:
 296         for(i=0;i<256;i++)
 297             s->table[i] = alaw2linear(i);
 298         break;
 299     case CODEC_ID_PCM_MULAW:
 300         for(i=0;i<256;i++)
 301             s->table[i] = ulaw2linear(i);
 302         break;
 303     default:
 304         break;
 305     }
 306
 307     avctx->sample_fmt = avctx->codec->sample_fmts[0];
 308     return 0;
 309 }
 310
 311 /**
 312  * \brief convert samples to 16 bit
 313  * \param bps byte per sample for the source format, must be >= 2
 314  * \param le 0 for big-, 1 for little-endian
 315  * \param us 0 for signed, 1 for unsigned input
 316  * \param src input samples
 317  * \param samples output samples
 318  * \param src_len number of bytes in src
 319  */
 320 static inline void decode_to16(int bps, int le, int us,
 321                                const uint8_t **src, short **samples, int src_len)
 322 {
 323     int usum = us ? -0x8000 : 0;
 324     register int n = src_len / bps;
 325     if (le) *src += bps - 2;
 326     for(;n>0;n--) {
 327         register int v;
 328         if (le) v = AV_RL16(*src);
 329         else    v = AV_RB16(*src);
 330         v += usum;
 331         *(*samples)++ = v;
 332         *src += bps;
 333     }
 334     if (le) *src -= bps - 2;
 335 }
 336
 337 static int pcm_decode_frame(AVCodecContext *avctx,
 338                             void *data, int *data_size,
 339                             const uint8_t *buf, int buf_size)
 340 {
 341     PCMDecode *s = avctx->priv_data;
 342     int c, n;
 343     short *samples;
 344     const uint8_t *src, *src2[MAX_CHANNELS];
 345
 346     samples = data;
 347     src = buf;
 348
 349     if(avctx->channels <= 0 || avctx->channels > MAX_CHANNELS){
 350         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "PCM channels out of bounds\n");
 351         return -1;
 352     }
 353
 354     n = avctx->channels * av_get_bits_per_sample(avctx->codec_id)/8;
 355     /* av_get_bits_per_sample returns 0 for CODEC_ID_PCM_DVD */
 356     if (CODEC_ID_PCM_DVD == avctx->codec_id)
 357         /* 2 samples are interleaved per block in PCM_DVD */
 358         n = 2 * avctx->channels * avctx->bits_per_sample/8;
 359
 360     if(n && buf_size % n){
 361         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid PCM packet\n");
 362         return -1;
 363     }
 364
 365     buf_size= FFMIN(buf_size, *data_size/2);
 366     *data_size=0;
 367
 368     n = buf_size/avctx->channels;
 369     for(c=0;c<avctx->channels;c++)
 370         src2[c] = &src[c*n];
 371
 372     switch(avctx->codec->id) {
 373     case CODEC_ID_PCM_F32BE:
 374         {
 375         float *fsamples = data;
 376         n = buf_size >> 2;
 377         for(;n>0;n--)
 378             *fsamples++ = av_int2flt(bytestream_get_be32(&src));
 379         samples = (void*)fsamples;
 380         break;
 381         }
 382     case CODEC_ID_PCM_S32LE:
 383         decode_to16(4, 1, 0, &src, &samples, buf_size);
 384         break;
 385     case CODEC_ID_PCM_S32BE:
 386         decode_to16(4, 0, 0, &src, &samples, buf_size);
 387         break;
 388     case CODEC_ID_PCM_U32LE:
 389         decode_to16(4, 1, 1, &src, &samples, buf_size);
 390         break;
 391     case CODEC_ID_PCM_U32BE:
 392         decode_to16(4, 0, 1, &src, &samples, buf_size);
 393         break;
 394     case CODEC_ID_PCM_S24LE:
 395         decode_to16(3, 1, 0, &src, &samples, buf_size);
 396         break;
 397     case CODEC_ID_PCM_S24BE:
 398         decode_to16(3, 0, 0, &src, &samples, buf_size);
 399         break;
 400     case CODEC_ID_PCM_U24LE:
 401         decode_to16(3, 1, 1, &src, &samples, buf_size);
 402         break;
 403     case CODEC_ID_PCM_U24BE:
 404         decode_to16(3, 0, 1, &src, &samples, buf_size);
 405         break;
 406     case CODEC_ID_PCM_S24DAUD:
 407         n = buf_size / 3;
 408         for(;n>0;n--) {
 409           uint32_t v = bytestream_get_be24(&src);
 410           v >>= 4; // sync flags are here
 411           *samples++ = ff_reverse[(v >> 8) & 0xff] +
 412                        (ff_reverse[v & 0xff] << 8);
 413         }
 414         break;
 415     case CODEC_ID_PCM_S16LE:
 416         n = buf_size >> 1;
 417         for(;n>0;n--) {
 418             *samples++ = bytestream_get_le16(&src);
 419         }
 420         break;
 421     case CODEC_ID_PCM_S16LE_PLANAR:
 422         for(n>>=1;n>0;n--)
 423             for(c=0;c<avctx->channels;c++)
 424                 *samples++ = bytestream_get_le16(&src2[c]);
 425         src = src2[avctx->channels-1];
 426         break;
 427     case CODEC_ID_PCM_S16BE:
 428         n = buf_size >> 1;
 429         for(;n>0;n--) {
 430             *samples++ = bytestream_get_be16(&src);
 431         }
 432         break;
 433     case CODEC_ID_PCM_U16LE:
 434         n = buf_size >> 1;
 435         for(;n>0;n--) {
 436             *samples++ = bytestream_get_le16(&src) - 0x8000;
 437         }
 438         break;
 439     case CODEC_ID_PCM_U16BE:
 440         n = buf_size >> 1;
 441         for(;n>0;n--) {
 442             *samples++ = bytestream_get_be16(&src) - 0x8000;
 443         }
 444         break;
 445     case CODEC_ID_PCM_S8:
 446         n = buf_size;
 447         for(;n>0;n--) {
 448             *samples++ = *src++ << 8;
 449         }
 450         break;
 451     case CODEC_ID_PCM_U8:
 452         n = buf_size;
 453         for(;n>0;n--) {
 454             *samples++ = ((int)*src++ - 128) << 8;
 455         }
 456         break;
 457     case CODEC_ID_PCM_ZORK:
 458         n = buf_size;
 459         for(;n>0;n--) {
 460             int x= *src++;
 461             if(x&128) x-= 128;
 462             else      x = -x;
 463             *samples++ = x << 8;
 464         }
 465         break;
 466     case CODEC_ID_PCM_ALAW:
 467     case CODEC_ID_PCM_MULAW:
 468         n = buf_size;
 469         for(;n>0;n--) {
 470             *samples++ = s->table[*src++];
 471         }
 472         break;
 473     case CODEC_ID_PCM_DVD:
 474         if(avctx->bits_per_sample != 20 && avctx->bits_per_sample != 24) {
 475             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "PCM DVD unsupported sample depth\n");
 476             return -1;
 477         } else {
 478             int jump = avctx->channels * (avctx->bits_per_sample-16) / 4;
 479             n = buf_size / (avctx->channels * 2 * avctx->bits_per_sample / 8);
 480             while (n--) {
 481                 for (c=0; c < 2*avctx->channels; c++)
 482                     *samples++ = bytestream_get_be16(&src);
 483                 src += jump;
 484             }
 485         }
 486         break;
 487     default:
 488         return -1;
 489     }
 490     *data_size = (uint8_t *)samples - (uint8_t *)data;
 491     return src - buf;
 492 }
 493
 494 #ifdef CONFIG_ENCODERS
 495 #define PCM_ENCODER(id,sample_fmt_,name,long_name_) \
 496 AVCodec name ## _encoder = {                    \
 497     #name,                                      \
 498     CODEC_TYPE_AUDIO,                           \
 499     id,                                         \
 500     0,                                          \
 501     pcm_encode_init,                            \
 502     pcm_encode_frame,                           \
 503     pcm_encode_close,                           \
 504     NULL,                                       \
 505     .sample_fmts = (enum SampleFormat[]){sample_fmt_,SAMPLE_FMT_NONE}, \
 506     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL(long_name_), \
 507 };
 508 #else
 509 #define PCM_ENCODER(id,sample_fmt_,name,long_name_)
 510 #endif
 511
 512 #ifdef CONFIG_DECODERS
 513 #define PCM_DECODER(id,sample_fmt_,name,long_name_)         \
 514 AVCodec name ## _decoder = {                    \
 515     #name,                                      \
 516     CODEC_TYPE_AUDIO,                           \
 517     id,                                         \
 518     sizeof(PCMDecode),                          \
 519     pcm_decode_init,                            \
 520     NULL,                                       \
 521     NULL,                                       \
 522     pcm_decode_frame,                           \
 523     .sample_fmts = (enum SampleFormat[]){sample_fmt_,SAMPLE_FMT_NONE}, \
 524     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL(long_name_), \
 525 };
 526 #else
 527 #define PCM_DECODER(id,sample_fmt_,name,long_name_)
 528 #endif
 529
 530 #define PCM_CODEC(id, sample_fmt_, name, long_name_)         \
 531     PCM_ENCODER(id,sample_fmt_,name,long_name_) PCM_DECODER(id,sample_fmt_,name,long_name_)
 532
 533 /* Note: Do not forget to add new entries to the Makefile as well. */
 534 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_ALAW,  SAMPLE_FMT_S16, pcm_alaw, "A-law PCM");
 535 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_DVD,   SAMPLE_FMT_S16, pcm_dvd, "signed 16|20|24-bit big-endian PCM");
 536 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_F32BE, SAMPLE_FMT_FLT, pcm_f32be, "32-bit floating point big-endian PCM");
 537 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_MULAW, SAMPLE_FMT_S16, pcm_mulaw, "mu-law PCM");
 538 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_S8,    SAMPLE_FMT_S16, pcm_s8, "signed 8-bit PCM");
 539 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_S16BE, SAMPLE_FMT_S16, pcm_s16be, "signed 16-bit big-endian PCM");
 540 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_S16LE, SAMPLE_FMT_S16, pcm_s16le, "signed 16-bit little-endian PCM");
 541 PCM_DECODER(CODEC_ID_PCM_S16LE_PLANAR, SAMPLE_FMT_S16, pcm_s16le_planar, "16-bit little-endian planar PCM");
 542 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_S24BE, SAMPLE_FMT_S16, pcm_s24be, "signed 24-bit big-endian PCM");
 543 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_S24DAUD, SAMPLE_FMT_S16,  pcm_s24daud, "D-Cinema audio signed 24-bit PCM");
 544 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_S24LE, SAMPLE_FMT_S16, pcm_s24le, "signed 24-bit little-endian PCM");
 545 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_S32BE, SAMPLE_FMT_S16, pcm_s32be, "signed 32-bit big-endian PCM");
 546 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_S32LE, SAMPLE_FMT_S16, pcm_s32le, "signed 32-bit little-endian PCM");
 547 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_U8,    SAMPLE_FMT_S16, pcm_u8, "unsigned 8-bit PCM");
 548 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_U16BE, SAMPLE_FMT_S16, pcm_u16be, "unsigned 16-bit big-endian PCM");
 549 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_U16LE, SAMPLE_FMT_S16, pcm_u16le, "unsigned 16-bit little-endian PCM");
 550 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_U24BE, SAMPLE_FMT_S16, pcm_u24be, "unsigned 24-bit big-endian PCM");
 551 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_U24LE, SAMPLE_FMT_S16, pcm_u24le, "unsigned 24-bit little-endian PCM");
 552 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_U32BE, SAMPLE_FMT_S16, pcm_u32be, "unsigned 32-bit big-endian PCM");
 553 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_U32LE, SAMPLE_FMT_S16, pcm_u32le, "unsigned 32-bit little-endian PCM");
 554 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_ZORK,  SAMPLE_FMT_S16, pcm_zork, "Zork PCM");