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     switch(avctx->codec->id) {
 111     case CODEC_ID_PCM_ALAW:
 112         build_xlaw_table(linear_to_alaw, alaw2linear, 0xd5);
 113         break;
 114     case CODEC_ID_PCM_MULAW:
 115         build_xlaw_table(linear_to_ulaw, ulaw2linear, 0xff);
 116         break;
 117     default:
 118         break;
 119     }
 120
 121     avctx->block_align = avctx->channels * av_get_bits_per_sample(avctx->codec->id)/8;
 122     avctx->coded_frame= avcodec_alloc_frame();
 123     avctx->coded_frame->key_frame= 1;
 124
 125     return 0;
 126 }
 127
 128 static av_cold int pcm_encode_close(AVCodecContext *avctx)
 129 {
 130     av_freep(&avctx->coded_frame);
 131
 132     return 0;
 133 }
 134
 135 /**
 136  * Write PCM samples macro
 137  * @param type Datatype of native machine format
 138  * @param endian bytestream_put_xxx() suffix
 139  * @param src Source pointer (variable name)
 140  * @param dst Destination pointer (variable name)
 141  * @param n Total number of samples (variable name)
 142  * @param shift Bitshift (bits)
 143  * @param offset Sample value offset
 144  */
 145 #define ENCODE(type, endian, src, dst, n, shift, offset) \
 146     samples_##type = (type*)src; \
 147     for(;n>0;n--) { \
 148         register type v = (*samples_##type++ >> shift) + offset; \
 149         bytestream_put_##endian(&dst, v); \
 150     }
 151
 152 static int pcm_encode_frame(AVCodecContext *avctx,
 153                             unsigned char *frame, int buf_size, void *data)
 154 {
 155     int n, sample_size, v;
 156     short *samples;
 157     unsigned char *dst;
 158     uint8_t *srcu8;
 159     int16_t *samples_int16_t;
 160     int32_t *samples_int32_t;
 161     uint16_t *samples_uint16_t;
 162     uint32_t *samples_uint32_t;
 163
 164     sample_size = av_get_bits_per_sample(avctx->codec->id)/8;
 165     n = buf_size / sample_size;
 166     samples = data;
 167     dst = frame;
 168
 169     if (avctx->sample_fmt!=avctx->codec->sample_fmts[0]) {
 170         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid sample_fmt\n");
 171         return -1;
 172     }
 173
 174     switch(avctx->codec->id) {
 175     case CODEC_ID_PCM_U32LE:
 176         ENCODE(uint32_t, le32, samples, dst, n, 0, 0x80000000)
 177         break;
 178     case CODEC_ID_PCM_U32BE:
 179         ENCODE(uint32_t, be32, samples, dst, n, 0, 0x80000000)
 180         break;
 181     case CODEC_ID_PCM_S24LE:
 182         ENCODE(int32_t, le24, samples, dst, n, 8, 0)
 183         break;
 184     case CODEC_ID_PCM_S24BE:
 185         ENCODE(int32_t, be24, samples, dst, n, 8, 0)
 186         break;
 187     case CODEC_ID_PCM_U24LE:
 188         ENCODE(uint32_t, le24, samples, dst, n, 8, 0x800000)
 189         break;
 190     case CODEC_ID_PCM_U24BE:
 191         ENCODE(uint32_t, be24, samples, dst, n, 8, 0x800000)
 192         break;
 193     case CODEC_ID_PCM_S24DAUD:
 194         for(;n>0;n--) {
 195             uint32_t tmp = ff_reverse[(*samples >> 8) & 0xff] +
 196                            (ff_reverse[*samples & 0xff] << 8);
 197             tmp <<= 4; // sync flags would go here
 198             bytestream_put_be24(&dst, tmp);
 199             samples++;
 200         }
 201         break;
 202     case CODEC_ID_PCM_U16LE:
 203         ENCODE(uint16_t, le16, samples, dst, n, 0, 0x8000)
 204         break;
 205     case CODEC_ID_PCM_U16BE:
 206         ENCODE(uint16_t, be16, samples, dst, n, 0, 0x8000)
 207         break;
 208     case CODEC_ID_PCM_S8:
 209         srcu8= data;
 210         for(;n>0;n--) {
 211             v = *srcu8++;
 212             *dst++ = v - 128;
 213         }
 214         break;
 215 #if WORDS_BIGENDIAN
 216     case CODEC_ID_PCM_S32LE:
 217         ENCODE(int32_t, le32, samples, dst, n, 0, 0)
 218         break;
 219     case CODEC_ID_PCM_S16LE:
 220         ENCODE(int16_t, le16, samples, dst, n, 0, 0)
 221         break;
 222     case CODEC_ID_PCM_F32BE:
 223     case CODEC_ID_PCM_S32BE:
 224     case CODEC_ID_PCM_S16BE:
 225 #else
 226     case CODEC_ID_PCM_F32BE:
 227     case CODEC_ID_PCM_S32BE:
 228         ENCODE(int32_t, be32, samples, dst, n, 0, 0)
 229         break;
 230     case CODEC_ID_PCM_S16BE:
 231         ENCODE(int16_t, be16, samples, dst, n, 0, 0)
 232         break;
 233     case CODEC_ID_PCM_S32LE:
 234     case CODEC_ID_PCM_S16LE:
 235 #endif /* WORDS_BIGENDIAN */
 236     case CODEC_ID_PCM_U8:
 237         memcpy(dst, samples, n*sample_size);
 238         dst += n*sample_size;
 239         break;
 240     case CODEC_ID_PCM_ZORK:
 241         for(;n>0;n--) {
 242             v= *samples++ >> 8;
 243             if(v<0)   v = -v;
 244             else      v+= 128;
 245             *dst++ = v;
 246         }
 247         break;
 248     case CODEC_ID_PCM_ALAW:
 249         for(;n>0;n--) {
 250             v = *samples++;
 251             *dst++ = linear_to_alaw[(v + 32768) >> 2];
 252         }
 253         break;
 254     case CODEC_ID_PCM_MULAW:
 255         for(;n>0;n--) {
 256             v = *samples++;
 257             *dst++ = linear_to_ulaw[(v + 32768) >> 2];
 258         }
 259         break;
 260     default:
 261         return -1;
 262     }
 263     //avctx->frame_size = (dst - frame) / (sample_size * avctx->channels);
 264
 265     return dst - frame;
 266 }
 267
 268 typedef struct PCMDecode {
 269     short table[256];
 270 } PCMDecode;
 271
 272 static av_cold int pcm_decode_init(AVCodecContext * avctx)
 273 {
 274     PCMDecode *s = avctx->priv_data;
 275     int i;
 276
 277     switch(avctx->codec->id) {
 278     case CODEC_ID_PCM_ALAW:
 279         for(i=0;i<256;i++)
 280             s->table[i] = alaw2linear(i);
 281         break;
 282     case CODEC_ID_PCM_MULAW:
 283         for(i=0;i<256;i++)
 284             s->table[i] = ulaw2linear(i);
 285         break;
 286     default:
 287         break;
 288     }
 289
 290     avctx->sample_fmt = avctx->codec->sample_fmts[0];
 291     return 0;
 292 }
 293
 294 /**
 295  * Read PCM samples macro
 296  * @param type Datatype of native machine format
 297  * @param endian bytestream_get_xxx() endian suffix
 298  * @param src Source pointer (variable name)
 299  * @param dst Destination pointer (variable name)
 300  * @param n Total number of samples (variable name)
 301  * @param shift Bitshift (bits)
 302  * @param offset Sample value offset
 303  */
 304 #define DECODE(type, endian, src, dst, n, shift, offset) \
 305     dst_##type = (type*)dst; \
 306     for(;n>0;n--) { \
 307         register type v = bytestream_get_##endian(&src); \
 308         *dst_##type++ = (v - offset) << shift; \
 309     } \
 310     dst = (short*)dst_##type;
 311
 312 static int pcm_decode_frame(AVCodecContext *avctx,
 313                             void *data, int *data_size,
 314                             const uint8_t *buf, int buf_size)
 315 {
 316     PCMDecode *s = avctx->priv_data;
 317     int sample_size, c, n;
 318     short *samples;
 319     const uint8_t *src, *src2[MAX_CHANNELS];
 320     uint8_t *dstu8;
 321     int16_t *dst_int16_t;
 322     int32_t *dst_int32_t;
 323     uint16_t *dst_uint16_t;
 324     uint32_t *dst_uint32_t;
 325
 326     samples = data;
 327     src = buf;
 328
 329     if (avctx->sample_fmt!=avctx->codec->sample_fmts[0]) {
 330         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid sample_fmt\n");
 331         return -1;
 332     }
 333
 334     if(avctx->channels <= 0 || avctx->channels > MAX_CHANNELS){
 335         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "PCM channels out of bounds\n");
 336         return -1;
 337     }
 338
 339     sample_size = av_get_bits_per_sample(avctx->codec_id)/8;
 340
 341     n = avctx->channels * sample_size;
 342     /* av_get_bits_per_sample returns 0 for CODEC_ID_PCM_DVD */
 343     if (CODEC_ID_PCM_DVD == avctx->codec_id)
 344         /* 2 samples are interleaved per block in PCM_DVD */
 345         n = 2 * avctx->channels * avctx->bits_per_sample/8;
 346
 347     if(n && buf_size % n){
 348         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid PCM packet\n");
 349         return -1;
 350     }
 351
 352     buf_size= FFMIN(buf_size, *data_size/2);
 353     *data_size=0;
 354
 355     n = buf_size/sample_size;
 356
 357     switch(avctx->codec->id) {
 358     case CODEC_ID_PCM_U32LE:
 359         DECODE(uint32_t, le32, src, samples, n, 0, 0x80000000)
 360         break;
 361     case CODEC_ID_PCM_U32BE:
 362         DECODE(uint32_t, be32, src, samples, n, 0, 0x80000000)
 363         break;
 364     case CODEC_ID_PCM_S24LE:
 365         DECODE(int32_t, le24, src, samples, n, 8, 0)
 366         break;
 367     case CODEC_ID_PCM_S24BE:
 368         DECODE(int32_t, be24, src, samples, n, 8, 0)
 369         break;
 370     case CODEC_ID_PCM_U24LE:
 371         DECODE(uint32_t, le24, src, samples, n, 8, 0x800000)
 372         break;
 373     case CODEC_ID_PCM_U24BE:
 374         DECODE(uint32_t, be24, src, samples, n, 8, 0x800000)
 375         break;
 376     case CODEC_ID_PCM_S24DAUD:
 377         for(;n>0;n--) {
 378           uint32_t v = bytestream_get_be24(&src);
 379           v >>= 4; // sync flags are here
 380           *samples++ = ff_reverse[(v >> 8) & 0xff] +
 381                        (ff_reverse[v & 0xff] << 8);
 382         }
 383         break;
 384     case CODEC_ID_PCM_S16LE_PLANAR:
 385         n /= avctx->channels;
 386         for(c=0;c<avctx->channels;c++)
 387             src2[c] = &src[c*n];
 388         for(n>>=1;n>0;n--)
 389             for(c=0;c<avctx->channels;c++)
 390                 *samples++ = bytestream_get_le16(&src2[c]);
 391         src = src2[avctx->channels-1];
 392         break;
 393     case CODEC_ID_PCM_U16LE:
 394         DECODE(uint16_t, le16, src, samples, n, 0, 0x8000)
 395         break;
 396     case CODEC_ID_PCM_U16BE:
 397         DECODE(uint16_t, be16, src, samples, n, 0, 0x8000)
 398         break;
 399     case CODEC_ID_PCM_S8:
 400         dstu8= (uint8_t*)samples;
 401         for(;n>0;n--) {
 402             *dstu8++ = *src++ + 128;
 403         }
 404         samples= (short*)dstu8;
 405         break;
 406 #if WORDS_BIGENDIAN
 407     case CODEC_ID_PCM_S32LE:
 408         DECODE(int32_t, le32, src, samples, n, 0, 0)
 409         break;
 410     case CODEC_ID_PCM_S16LE:
 411         DECODE(int16_t, le16, src, samples, n, 0, 0)
 412         break;
 413     case CODEC_ID_PCM_F32BE:
 414     case CODEC_ID_PCM_S32BE:
 415     case CODEC_ID_PCM_S16BE:
 416 #else
 417     case CODEC_ID_PCM_F32BE:
 418     case CODEC_ID_PCM_S32BE:
 419         DECODE(int32_t, be32, src, samples, n, 0, 0)
 420         break;
 421     case CODEC_ID_PCM_S16BE:
 422         DECODE(int16_t, be16, src, samples, n, 0, 0)
 423         break;
 424     case CODEC_ID_PCM_S32LE:
 425     case CODEC_ID_PCM_S16LE:
 426 #endif /* WORDS_BIGENDIAN */
 427     case CODEC_ID_PCM_U8:
 428         memcpy(samples, src, n*sample_size);
 429         src += n*sample_size;
 430         samples = (short*)((uint8_t*)data + n*sample_size);
 431         break;
 432     case CODEC_ID_PCM_ZORK:
 433         for(;n>0;n--) {
 434             int x= *src++;
 435             if(x&128) x-= 128;
 436             else      x = -x;
 437             *samples++ = x << 8;
 438         }
 439         break;
 440     case CODEC_ID_PCM_ALAW:
 441     case CODEC_ID_PCM_MULAW:
 442         for(;n>0;n--) {
 443             *samples++ = s->table[*src++];
 444         }
 445         break;
 446     case CODEC_ID_PCM_DVD:
 447         if(avctx->bits_per_sample != 20 && avctx->bits_per_sample != 24) {
 448             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "PCM DVD unsupported sample depth\n");
 449             return -1;
 450         } else {
 451             int jump = avctx->channels * (avctx->bits_per_sample-16) / 4;
 452             n = buf_size / (avctx->channels * 2 * avctx->bits_per_sample / 8);
 453             while (n--) {
 454                 for (c=0; c < 2*avctx->channels; c++)
 455                     *samples++ = bytestream_get_be16(&src);
 456                 src += jump;
 457             }
 458         }
 459         break;
 460     default:
 461         return -1;
 462     }
 463     *data_size = (uint8_t *)samples - (uint8_t *)data;
 464     return src - buf;
 465 }
 466
 467 #ifdef CONFIG_ENCODERS
 468 #define PCM_ENCODER(id,sample_fmt_,name,long_name_) \
 469 AVCodec name ## _encoder = {                    \
 470     #name,                                      \
 471     CODEC_TYPE_AUDIO,                           \
 472     id,                                         \
 473     0,                                          \
 474     pcm_encode_init,                            \
 475     pcm_encode_frame,                           \
 476     pcm_encode_close,                           \
 477     NULL,                                       \
 478     .sample_fmts = (enum SampleFormat[]){sample_fmt_,SAMPLE_FMT_NONE}, \
 479     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL(long_name_), \
 480 };
 481 #else
 482 #define PCM_ENCODER(id,sample_fmt_,name,long_name_)
 483 #endif
 484
 485 #ifdef CONFIG_DECODERS
 486 #define PCM_DECODER(id,sample_fmt_,name,long_name_)         \
 487 AVCodec name ## _decoder = {                    \
 488     #name,                                      \
 489     CODEC_TYPE_AUDIO,                           \
 490     id,                                         \
 491     sizeof(PCMDecode),                          \
 492     pcm_decode_init,                            \
 493     NULL,                                       \
 494     NULL,                                       \
 495     pcm_decode_frame,                           \
 496     .sample_fmts = (enum SampleFormat[]){sample_fmt_,SAMPLE_FMT_NONE}, \
 497     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL(long_name_), \
 498 };
 499 #else
 500 #define PCM_DECODER(id,sample_fmt_,name,long_name_)
 501 #endif
 502
 503 #define PCM_CODEC(id, sample_fmt_, name, long_name_)         \
 504     PCM_ENCODER(id,sample_fmt_,name,long_name_) PCM_DECODER(id,sample_fmt_,name,long_name_)
 505
 506 /* Note: Do not forget to add new entries to the Makefile as well. */
 507 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_ALAW,  SAMPLE_FMT_S16, pcm_alaw, "A-law PCM");
 508 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_DVD,   SAMPLE_FMT_S16, pcm_dvd, "signed 16|20|24-bit big-endian PCM");
 509 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_F32BE, SAMPLE_FMT_FLT, pcm_f32be, "32-bit floating point big-endian PCM");
 510 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_MULAW, SAMPLE_FMT_S16, pcm_mulaw, "mu-law PCM");
 511 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_S8,    SAMPLE_FMT_U8,  pcm_s8, "signed 8-bit PCM");
 512 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_S16BE, SAMPLE_FMT_S16, pcm_s16be, "signed 16-bit big-endian PCM");
 513 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_S16LE, SAMPLE_FMT_S16, pcm_s16le, "signed 16-bit little-endian PCM");
 514 PCM_DECODER(CODEC_ID_PCM_S16LE_PLANAR, SAMPLE_FMT_S16, pcm_s16le_planar, "16-bit little-endian planar PCM");
 515 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_S24BE, SAMPLE_FMT_S32, pcm_s24be, "signed 24-bit big-endian PCM");
 516 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_S24DAUD, SAMPLE_FMT_S16,  pcm_s24daud, "D-Cinema audio signed 24-bit PCM");
 517 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_S24LE, SAMPLE_FMT_S32, pcm_s24le, "signed 24-bit little-endian PCM");
 518 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_S32BE, SAMPLE_FMT_S32, pcm_s32be, "signed 32-bit big-endian PCM");
 519 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_S32LE, SAMPLE_FMT_S32, pcm_s32le, "signed 32-bit little-endian PCM");
 520 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_U8,    SAMPLE_FMT_U8,  pcm_u8, "unsigned 8-bit PCM");
 521 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_U16BE, SAMPLE_FMT_S16, pcm_u16be, "unsigned 16-bit big-endian PCM");
 522 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_U16LE, SAMPLE_FMT_S16, pcm_u16le, "unsigned 16-bit little-endian PCM");
 523 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_U24BE, SAMPLE_FMT_S32, pcm_u24be, "unsigned 24-bit big-endian PCM");
 524 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_U24LE, SAMPLE_FMT_S32, pcm_u24le, "unsigned 24-bit little-endian PCM");
 525 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_U32BE, SAMPLE_FMT_S32, pcm_u32be, "unsigned 32-bit big-endian PCM");
 526 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_U32LE, SAMPLE_FMT_S32, pcm_u32le, "unsigned 32-bit little-endian PCM");
 527 PCM_CODEC  (CODEC_ID_PCM_ZORK,  SAMPLE_FMT_S16, pcm_zork, "Zork PCM");