libavcodec/nellymoserdec.c

   1 /*
   2  * NellyMoser audio decoder
   3  * Copyright (c) 2007 a840bda5870ba11f19698ff6eb9581dfb0f95fa5,
   4  *                    539459aeb7d425140b62a3ec7dbf6dc8e408a306, and
   5  *                    520e17cd55896441042b14df2566a6eb610ed444
   6  * Copyright (c) 2007 Loic Minier <lool at dooz.org>
   7  *                    Benjamin Larsson
   8  *
   9  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a
  10  * copy of this software and associated documentation files (the "Software"),
  11  * to deal in the Software without restriction, including without limitation
  12  * the rights to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense,
  13  * and/or sell copies of the Software, and to permit persons to whom the
  14  * Software is furnished to do so, subject to the following conditions:
  15  *
  16  * The above copyright notice and this permission notice shall be included in
  17  * all copies or substantial portions of the Software.
  18  *
  19  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
  20  * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
  21  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL
  22  * THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
  23  * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING
  24  * FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER
  25  * DEALINGS IN THE SOFTWARE.
  26  */
  27
  28 /**
  29  * @file nellymoserdec.c
  30  * The 3 alphanumeric copyright notices are md5summed they are from the original
  31  * implementors. The original code is available from http://code.google.com/p/nelly2pcm/
  32  */
  33 #include "avcodec.h"
  34 #include "random.h"
  35 #include "dsputil.h"
  36
  37 #define ALT_BITSTREAM_READER_LE
  38 #include "bitstream.h"
  39
  40 #define NELLY_BANDS       23
  41 #define NELLY_BLOCK_LEN   64
  42 #define NELLY_HEADER_BITS 116
  43 #define NELLY_DETAIL_BITS 198
  44 #define NELLY_BUF_LEN     128
  45 #define NELLY_FILL_LEN    124
  46 #define NELLY_BIT_CAP     6
  47 #define NELLY_BASE_OFF    4228
  48 #define NELLY_BASE_SHIFT  19
  49 #define NELLY_SAMPLES     (2 * NELLY_BUF_LEN)
  50
  51 static const float dequantization_table[127] = {
  52 0.0000000000,-0.8472560048, 0.7224709988, -1.5247479677, -0.4531480074, 0.3753609955, 1.4717899561,
  53 -1.9822579622, -1.1929379702, -0.5829370022, -0.0693780035, 0.3909569979,0.9069200158, 1.4862740040,
  54  2.2215409279, -2.3887870312, -1.8067539930, -1.4105420113, -1.0773609877, -0.7995010018,-0.5558109879,
  55 -0.3334020078, -0.1324490011, 0.0568020009, 0.2548770010, 0.4773550034, 0.7386850119, 1.0443060398,
  56 1.3954459429, 1.8098750114, 2.3918759823,-2.3893830776, -1.9884680510, -1.7514040470, -1.5643119812,
  57 -1.3922129869,-1.2164649963, -1.0469499826, -0.8905100226, -0.7645580173, -0.6454579830, -0.5259280205,
  58 -0.4059549868, -0.3029719889, -0.2096900046, -0.1239869967, -0.0479229987, 0.0257730000, 0.1001340002,
  59 0.1737180054, 0.2585540116, 0.3522900045, 0.4569880068, 0.5767750144, 0.7003160119, 0.8425520062,
  60 1.0093879700, 1.1821349859, 1.3534560204, 1.5320819616, 1.7332619429, 1.9722349644, 2.3978140354,
  61 -2.5756309032, -2.0573320389, -1.8984919786, -1.7727810144, -1.6662600040, -1.5742180347, -1.4993319511,
  62 -1.4316639900, -1.3652280569, -1.3000990152, -1.2280930281, -1.1588579416, -1.0921250582, -1.0135740042,
  63 -0.9202849865, -0.8287050128, -0.7374889851, -0.6447759867, -0.5590940118, -0.4857139885, -0.4110319912,
  64 -0.3459700048, -0.2851159871, -0.2341620028, -0.1870580018, -0.1442500055, -0.1107169986, -0.0739680007,
  65 -0.0365610011, -0.0073290002, 0.0203610007, 0.0479039997, 0.0751969963, 0.0980999991, 0.1220389977,
  66 0.1458999962, 0.1694349945, 0.1970459968, 0.2252430022, 0.2556869984, 0.2870100141, 0.3197099864,
  67 0.3525829911, 0.3889069855, 0.4334920049, 0.4769459963, 0.5204820037, 0.5644530058, 0.6122040153,
  68 0.6685929894, 0.7341650128, 0.8032159805, 0.8784040213, 0.9566209912, 1.0397069454, 1.1293770075,
  69 1.2211159468, 1.3080279827, 1.4024800062, 1.5056819916, 1.6227730513, 1.7724959850, 1.9430880547,
  70  2.2903931141
  71 };
  72
  73 static const uint8_t nelly_band_sizes_table[NELLY_BANDS] = {
  74 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5, 6, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 15
  75 };
  76
  77 static const uint16_t nelly_init_table[64] = {
  78 3134, 5342, 6870, 7792, 8569, 9185, 9744, 10191, 10631, 11061, 11434, 11770,
  79 12116, 12513, 12925, 13300, 13674, 14027, 14352, 14716, 15117, 15477, 15824,
  80 16157, 16513, 16804, 17090, 17401, 17679, 17948, 18238, 18520, 18764, 19078,
  81 19381, 19640, 19921, 20205, 20500, 20813, 21162, 21465, 21794, 22137, 22453,
  82 22756, 23067, 23350, 23636, 23926, 24227, 24521, 24819, 25107, 25414, 25730,
  83 26120, 26497, 26895, 27344, 27877, 28463, 29426, 31355
  84 };
  85
  86 static const int16_t nelly_delta_table[32] = {
  87 -11725, -9420, -7910, -6801, -5948, -5233, -4599, -4039, -3507, -3030, -2596,
  88 -2170, -1774, -1383, -1016, -660, -329, -1, 337, 696, 1085, 1512, 1962, 2433,
  89 2968, 3569, 4314, 5279, 6622, 8154, 10076, 12975
  90 };
  91
  92 typedef struct NellyMoserDecodeContext {
  93     AVCodecContext* avctx;
  94     DECLARE_ALIGNED_16(float,float_buf[NELLY_SAMPLES]);
  95     float           state[128];
  96     AVRandomState   random_state;
  97     GetBitContext   gb;
  98     int             add_bias;
  99     int             scale_bias;
 100     DSPContext      dsp;
 101     MDCTContext     imdct_ctx;
 102     DECLARE_ALIGNED_16(float,imdct_tmp[NELLY_BUF_LEN]);
 103     DECLARE_ALIGNED_16(float,imdct_out[NELLY_BUF_LEN * 2]);
 104 } NellyMoserDecodeContext;
 105
 106 static DECLARE_ALIGNED_16(float,sine_window[128]);
 107
 108 static inline int signed_shift(int i, int shift) {
 109     if (shift > 0)
 110         return i << shift;
 111     return i >> -shift;
 112 }
 113
 114
 115 static void overlap_and_window(NellyMoserDecodeContext *s, float *state, float *audio, float *a_in)
 116 {
 117     int bot, top, top2;
 118
 119     bot = 0;
 120     top = NELLY_BUF_LEN-1;
 121
 122     while (bot < NELLY_BUF_LEN) {
 123         audio[bot] = ( a_in[bot]*sine_window[bot]+state[bot]*sine_window[top])/s->scale_bias + s->add_bias;
 124
 125         bot++;
 126         top--;
 127     }
 128     memcpy(state, a_in + NELLY_BUF_LEN, sizeof(float)*NELLY_BUF_LEN);
 129 }
 130
 131 static int sum_bits(short *buf, short shift, short off)
 132 {
 133     int b, i = 0, ret = 0;
 134
 135     for (i = 0; i < NELLY_FILL_LEN; i++) {
 136         b = buf[i]-off;
 137         b = ((b>>(shift-1))+1)>>1;
 138         ret += av_clip(b, 0, NELLY_BIT_CAP);
 139     }
 140
 141     return ret;
 142 }
 143
 144 static int headroom(int *la)
 145 {
 146     int l;
 147     if (*la == 0) {
 148         return 31;
 149     }
 150     l = 30 - av_log2(FFABS(*la));
 151     *la <<= l;
 152     return l;
 153 }
 154
 155
 156 static void get_sample_bits(const float *buf, int *bits)
 157 {
 158     int i, j;
 159     short sbuf[128];
 160     int bitsum = 0, last_bitsum, small_bitsum, big_bitsum;
 161     short shift, shift_saved;
 162     int max, sum, last_off, tmp;
 163     int big_off, small_off;
 164     int off;
 165
 166     max = 0;
 167     for (i = 0; i < NELLY_FILL_LEN; i++) {
 168         max = FFMAX(max, buf[i]);
 169     }
 170     shift = -16;
 171     shift += headroom(&max);
 172
 173     sum = 0;
 174     for (i = 0; i < NELLY_FILL_LEN; i++) {
 175         sbuf[i] = signed_shift(buf[i], shift);
 176         sbuf[i] = (3*sbuf[i])>>2;
 177         sum += sbuf[i];
 178     }
 179
 180     shift += 11;
 181     shift_saved = shift;
 182     sum -= NELLY_DETAIL_BITS << shift;
 183     shift += headroom(&sum);
 184     small_off = (NELLY_BASE_OFF * (sum>>16)) >> 15;
 185     shift = shift_saved - (NELLY_BASE_SHIFT+shift-31);
 186
 187     small_off = signed_shift(small_off, shift);
 188
 189     bitsum = sum_bits(sbuf, shift_saved, small_off);
 190
 191     if (bitsum != NELLY_DETAIL_BITS) {
 192         shift = 0;
 193         off = bitsum - NELLY_DETAIL_BITS;
 194
 195         for(shift=0; FFABS(off) <= 16383; shift++)
 196             off *= 2;
 197
 198         off = (off * NELLY_BASE_OFF) >> 15;
 199         shift = shift_saved-(NELLY_BASE_SHIFT+shift-15);
 200
 201         off = signed_shift(off, shift);
 202
 203         for (j = 1; j < 20; j++) {
 204             last_off = small_off;
 205             small_off += off;
 206             last_bitsum = bitsum;
 207
 208             bitsum = sum_bits(sbuf, shift_saved, small_off);
 209
 210             if ((bitsum-NELLY_DETAIL_BITS) * (last_bitsum-NELLY_DETAIL_BITS) <= 0)
 211                 break;
 212         }
 213
 214         if (bitsum > NELLY_DETAIL_BITS) {
 215             big_off = small_off;
 216             small_off = last_off;
 217             big_bitsum=bitsum;
 218             small_bitsum=last_bitsum;
 219         } else {
 220             big_off = last_off;
 221             big_bitsum=last_bitsum;
 222             small_bitsum=bitsum;
 223         }
 224
 225         while (bitsum != NELLY_DETAIL_BITS && j <= 19) {
 226             off = (big_off+small_off)>>1;
 227             bitsum = sum_bits(sbuf, shift_saved, off);
 228             if (bitsum > NELLY_DETAIL_BITS) {
 229                 big_off=off;
 230                 big_bitsum=bitsum;
 231             } else {
 232                 small_off = off;
 233                 small_bitsum=bitsum;
 234             }
 235             j++;
 236         }
 237
 238         if (abs(big_bitsum-NELLY_DETAIL_BITS) >=
 239             abs(small_bitsum-NELLY_DETAIL_BITS)) {
 240             bitsum = small_bitsum;
 241         } else {
 242             small_off = big_off;
 243             bitsum = big_bitsum;
 244         }
 245     }
 246
 247     for (i = 0; i < NELLY_FILL_LEN; i++) {
 248         tmp = sbuf[i]-small_off;
 249         tmp = ((tmp>>(shift_saved-1))+1)>>1;
 250         bits[i] = av_clip(tmp, 0, NELLY_BIT_CAP);
 251     }
 252
 253     if (bitsum > NELLY_DETAIL_BITS) {
 254         tmp = i = 0;
 255         while (tmp < NELLY_DETAIL_BITS) {
 256             tmp += bits[i];
 257             i++;
 258         }
 259
 260         bits[i-1] -= tmp - NELLY_DETAIL_BITS;
 261         for(; i < NELLY_FILL_LEN; i++)
 262             bits[i] = 0;
 263     }
 264 }
 265
 266 void nelly_decode_block(NellyMoserDecodeContext *s, const unsigned char block[NELLY_BLOCK_LEN], float audio[NELLY_SAMPLES])
 267 {
 268     int i,j;
 269     float buf[NELLY_FILL_LEN], pows[NELLY_FILL_LEN];
 270     float *aptr, *bptr, *pptr, val, pval;
 271     int bits[NELLY_BUF_LEN];
 272     unsigned char v;
 273
 274     init_get_bits(&s->gb, block, NELLY_BLOCK_LEN * 8);
 275
 276     bptr = buf;
 277     pptr = pows;
 278     val = nelly_init_table[get_bits(&s->gb, 6)];
 279     for (i=0 ; i<NELLY_BANDS ; i++) {
 280         if (i > 0)
 281             val += nelly_delta_table[get_bits(&s->gb, 5)];
 282         pval = pow(2, val/2048);
 283         for (j = 0; j < nelly_band_sizes_table[i]; j++) {
 284             *bptr++ = val;
 285             *pptr++ = pval;
 286         }
 287
 288     }
 289
 290     get_sample_bits(buf, bits);
 291
 292     for (i = 0; i < 2; i++) {
 293         aptr = audio + i * NELLY_BUF_LEN;
 294
 295         init_get_bits(&s->gb, block, NELLY_BLOCK_LEN * 8);
 296         skip_bits(&s->gb, NELLY_HEADER_BITS + i*NELLY_DETAIL_BITS);
 297
 298         for (j = 0; j < NELLY_FILL_LEN; j++) {
 299             if (bits[j] <= 0) {
 300                 aptr[j] = M_SQRT1_2*pows[j];
 301                 if (!(av_random(&s->random_state) & 1))
 302                     aptr[j] *= -1.0;
 303             } else {
 304                 v = get_bits(&s->gb, bits[j]);
 305                 aptr[j] = -dequantization_table[(1<<bits[j])-1+v]*pows[j];
 306             }
 307         }
 308         memset(&aptr[NELLY_FILL_LEN], 0,
 309                (NELLY_BUF_LEN - NELLY_FILL_LEN) * sizeof(float));
 310
 311         s->imdct_ctx.fft.imdct_calc(&s->imdct_ctx, s->imdct_out,
 312                                     aptr, s->imdct_tmp);
 313         /* XXX: overlapping and windowing should be part of a more
 314            generic imdct function */
 315         overlap_and_window(s, s->state, aptr, s->imdct_out);
 316     }
 317 }
 318
 319 static av_cold int decode_init(AVCodecContext * avctx) {
 320     NellyMoserDecodeContext *s = avctx->priv_data;
 321     int i;
 322
 323     s->avctx = avctx;
 324     av_init_random(0, &s->random_state);
 325     ff_mdct_init(&s->imdct_ctx, 8, 1);
 326
 327     dsputil_init(&s->dsp, avctx);
 328
 329     if(s->dsp.float_to_int16 == ff_float_to_int16_c) {
 330         s->add_bias = 385;
 331         s->scale_bias = 8*32768;
 332     } else {
 333         s->add_bias = 0;
 334         s->scale_bias = 1*8;
 335     }
 336
 337     /* Generate overlap window */
 338     if (!sine_window[0])
 339         for (i=0 ; i<128; i++) {
 340             sine_window[i] = sin((i + 0.5) / 256.0 * M_PI);
 341         }
 342
 343     return 0;
 344 }
 345
 346 static int decode_tag(AVCodecContext * avctx,
 347                       void *data, int *data_size,
 348                       const uint8_t * buf, int buf_size) {
 349     NellyMoserDecodeContext *s = avctx->priv_data;
 350     int blocks, i;
 351     int16_t* samples;
 352     *data_size = 0;
 353     samples = (int16_t*)data;
 354
 355     if (buf_size < avctx->block_align)
 356         return buf_size;
 357
 358     switch (buf_size) {
 359         case 64:    // 8000Hz
 360             blocks = 1; break;
 361         case 128:   // 11025Hz
 362             blocks = 2; break;
 363         case 256:   // 22050Hz
 364             blocks = 4; break;
 365         case 512:   // 44100Hz
 366             blocks = 8; break;
 367         default:
 368             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Tag size %d unknown, report sample!\n", buf_size);
 369             return buf_size;
 370     }
 371
 372     for (i=0 ; i<blocks ; i++) {
 373         nelly_decode_block(s, &buf[i*NELLY_BLOCK_LEN], s->float_buf);
 374         s->dsp.float_to_int16(&samples[i*NELLY_SAMPLES], s->float_buf, NELLY_SAMPLES);
 375         *data_size += NELLY_SAMPLES*sizeof(int16_t);
 376     }
 377
 378     return buf_size;
 379 }
 380
 381 static av_cold int decode_end(AVCodecContext * avctx) {
 382     NellyMoserDecodeContext *s = avctx->priv_data;
 383
 384     ff_mdct_end(&s->imdct_ctx);
 385     return 0;
 386 }
 387
 388 AVCodec nellymoser_decoder = {
 389     "nellymoser",
 390     CODEC_TYPE_AUDIO,
 391     CODEC_ID_NELLYMOSER,
 392     sizeof(NellyMoserDecodeContext),
 393     decode_init,
 394     NULL,
 395     decode_end,
 396     decode_tag,
 397 };
 398