libavcodec/ra144.c

   1 /*
   2  * Real Audio 1.0 (14.4K)
   3  * Copyright (c) 2003 the ffmpeg project
   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 #include "avcodec.h"
  23 #include "bitstream.h"
  24 #include "ra144.h"
  25
  26 #define NBLOCKS         4       /* number of segments within a block */
  27 #define BLOCKSIZE       40      /* (quarter) block size in 16-bit words (80 bytes) */
  28 #define HALFBLOCK       20      /* BLOCKSIZE/2 */
  29 #define BUFFERSIZE      146     /* for do_output */
  30
  31
  32 /* internal globals */
  33 typedef struct {
  34     unsigned int     old_energy;        ///< previous frame energy
  35
  36     /* the swapped buffers */
  37     unsigned int     lpc_tables[4][10];
  38     unsigned int    *lpc_refl;          ///< LPC reflection coefficients
  39     unsigned int    *lpc_coef;          ///< LPC coefficients
  40     unsigned int    *lpc_refl_old;      ///< previous frame LPC reflection coefs
  41     unsigned int    *lpc_coef_old;      ///< previous frame LPC coefficients
  42
  43     unsigned int buffer[5];
  44     uint16_t adapt_cb[148];             ///< adaptive codebook
  45 } RA144Context;
  46
  47 static int ra144_decode_init(AVCodecContext * avctx)
  48 {
  49     RA144Context *ractx = avctx->priv_data;
  50
  51     ractx->lpc_refl     = ractx->lpc_tables[0];
  52     ractx->lpc_coef     = ractx->lpc_tables[1];
  53     ractx->lpc_refl_old = ractx->lpc_tables[2];
  54     ractx->lpc_coef_old = ractx->lpc_tables[3];
  55
  56     return 0;
  57 }
  58
  59 /**
  60  * Evaluate sqrt(x << 24). x must fit in 20 bits. This value is evaluated in an
  61  * odd way to make the output identical to the binary decoder.
  62  */
  63 static int t_sqrt(unsigned int x)
  64 {
  65     int s = 0;
  66     while (x > 0xfff) {
  67         s++;
  68         x = x >> 2;
  69     }
  70
  71     return (ff_sqrt(x << 20) << s) << 2;
  72 }
  73
  74 /* do 'voice' */
  75 static void do_voice(const int *a1, int *a2)
  76 {
  77     int buffer[10];
  78     int *b1 = buffer;
  79     int *b2 = a2;
  80     int x, y;
  81
  82     for (x=0; x < 10; x++) {
  83         b1[x] = a1[x] << 4;
  84
  85         for (y=0; y < x; y++)
  86             b1[y] = ((a1[x] * b2[x-y-1]) >> 12) + b2[y];
  87
  88         FFSWAP(int *, b1, b2);
  89     }
  90
  91     for (x=0; x < 10; x++)
  92         a2[x] >>= 4;
  93 }
  94
  95 /* rotate block */
  96 static void rotate_block(const int16_t *source, int16_t *target, int offset)
  97 {
  98     int i=0, k=0;
  99     source += BUFFERSIZE - offset;
 100
 101     while (i<BLOCKSIZE) {
 102         target[i++] = source[k++];
 103
 104         if (k == offset)
 105             k = 0;
 106     }
 107 }
 108
 109 /* inverse root mean square */
 110 static int irms(const int16_t *data, int factor)
 111 {
 112     unsigned int i, sum = 0;
 113
 114     for (i=0; i < BLOCKSIZE; i++)
 115         sum += data[i] * data[i];
 116
 117     if (sum == 0)
 118         return 0; /* OOPS - division by zero */
 119
 120     return (0x20000000 / (t_sqrt(sum) >> 8)) * factor;
 121 }
 122
 123 /* multiply/add wavetable */
 124 static void add_wav(int n, int skip_first, int *m, const int16_t *s1,
 125                     const int8_t *s2, const int8_t *s3, int16_t *dest)
 126 {
 127     int i;
 128     int v[3];
 129
 130     v[0] = 0;
 131     for (i=!skip_first; i<3; i++)
 132         v[i] = (wavtable1[n][i] * m[i]) >> (wavtable2[n][i] + 1);
 133
 134     for (i=0; i < BLOCKSIZE; i++)
 135         dest[i] = ((*(s1++))*v[0] + (*(s2++))*v[1] + (*(s3++))*v[2]) >> 12;
 136 }
 137
 138
 139 static void final(const int16_t *i1, const int16_t *i2,
 140                   void *out, int *statbuf, int len)
 141 {
 142     int x, i;
 143     uint16_t work[50];
 144     int16_t *ptr = work;
 145
 146     memcpy(work, statbuf,20);
 147     memcpy(work + 10, i2, len * 2);
 148
 149     for (i=0; i<len; i++) {
 150         int sum = 0;
 151         int new_val;
 152
 153         for(x=0; x<10; x++)
 154             sum += i1[9-x] * ptr[x];
 155
 156         sum >>= 12;
 157
 158         new_val = ptr[10] - sum;
 159
 160         if (new_val < -32768 || new_val > 32767) {
 161             memset(out, 0, len * 2);
 162             memset(statbuf, 0, 20);
 163             return;
 164         }
 165
 166         ptr[10] = new_val;
 167         ptr++;
 168     }
 169
 170     memcpy(out, work+10, len * 2);
 171     memcpy(statbuf, work + 40, 20);
 172 }
 173
 174 static unsigned int rms(const int *data, int f)
 175 {
 176     int x;
 177     unsigned int res = 0x10000;
 178     int b = 0;
 179
 180     for (x=0; x<10; x++) {
 181         res = (((0x1000000 - (*data) * (*data)) >> 12) * res) >> 12;
 182
 183         if (res == 0)
 184             return 0;
 185
 186         if (res > 0x10000)
 187             return 0; /* We're screwed, might as well go out with a bang. :P */
 188
 189         while (res <= 0x3fff) {
 190             b++;
 191             res <<= 2;
 192         }
 193         data++;
 194     }
 195
 196     if (res > 0)
 197         res = t_sqrt(res);
 198
 199     res >>= (b + 10);
 200     res = (res * f) >> 10;
 201     return res;
 202 }
 203
 204 /* do quarter-block output */
 205 static void do_output_subblock(RA144Context *ractx,
 206                                const uint16_t  *gsp, unsigned int gval,
 207                                int16_t *output_buffer, GetBitContext *gb)
 208 {
 209     uint16_t buffer_a[40];
 210     uint16_t *block;
 211     int cba_idx = get_bits(gb, 7); // index of the adaptive CB, 0 if none
 212     int gain    = get_bits(gb, 8);
 213     int cb1_idx = get_bits(gb, 7);
 214     int cb2_idx = get_bits(gb, 7);
 215     int m[3];
 216
 217     if (cba_idx) {
 218         cba_idx += HALFBLOCK - 1;
 219         rotate_block(ractx->adapt_cb, buffer_a, cba_idx);
 220         m[0] = irms(buffer_a, gval) >> 12;
 221     } else {
 222         m[0] = 0;
 223     }
 224
 225     m[1] = ((ftable1[cb1_idx] >> 4) * gval) >> 8;
 226     m[2] = ((ftable2[cb2_idx] >> 4) * gval) >> 8;
 227
 228     memmove(ractx->adapt_cb, ractx->adapt_cb + BLOCKSIZE,
 229             (BUFFERSIZE - BLOCKSIZE) * 2);
 230
 231     block = ractx->adapt_cb + BUFFERSIZE - BLOCKSIZE;
 232
 233     add_wav(gain, cba_idx, m, buffer_a, etable1[cb1_idx], etable2[cb2_idx],
 234             block);
 235
 236     final(gsp, block, output_buffer, ractx->buffer, BLOCKSIZE);
 237 }
 238
 239 static int dec1(int16_t *decsp, const int *data, const int *inp, int f)
 240 {
 241     int i;
 242
 243     for (i=0; i<30; i++)
 244         *(decsp++) = *(inp++);
 245
 246     return rms(data, f);
 247 }
 248
 249 static int eq(const int16_t *in, int *target)
 250 {
 251     int retval = 0;
 252     int b, c, i;
 253     unsigned int u;
 254     int buffer1[10];
 255     int buffer2[10];
 256     int *bp1 = buffer1;
 257     int *bp2 = buffer2;
 258
 259     for (i=0; i < 10; i++)
 260         buffer2[i] = in[i];
 261
 262     u = target[9] = bp2[9];
 263
 264     if (u + 0x1000 > 0x1fff)
 265         return 0; /* We're screwed, might as well go out with a bang. :P */
 266
 267     for (c=8; c >= 0; c--) {
 268         if (u == 0x1000)
 269             u++;
 270
 271         if (u == 0xfffff000)
 272             u--;
 273
 274         b = 0x1000-((u * u) >> 12);
 275
 276         if (b == 0)
 277             b++;
 278
 279         for (u=0; u<=c; u++)
 280             bp1[u] = ((bp2[u] - ((target[c+1] * bp2[c-u]) >> 12)) * (0x1000000 / b)) >> 12;
 281
 282         target[c] = u = bp1[c];
 283
 284         if ((u + 0x1000) > 0x1fff)
 285             retval = 1;
 286
 287         FFSWAP(int *, bp1, bp2);
 288     }
 289     return retval;
 290 }
 291
 292 static int dec2(RA144Context *ractx, int16_t *decsp, int block_num,
 293                 int copynew, int f)
 294 {
 295     int work[10];
 296     int a = block_num + 1;
 297     int b = NBLOCKS - a;
 298     int x;
 299
 300     // Interpolate block coefficients from the this frame forth block and
 301     // last frame forth block
 302     for (x=0; x<30; x++)
 303         decsp[x] = (a * ractx->lpc_coef[x] + b * ractx->lpc_coef_old[x])>> 2;
 304
 305     if (eq(decsp, work)) {
 306         // The interpolated coefficients are unstable, copy either new or old
 307         // coefficients
 308         if (copynew)
 309             return dec1(decsp, ractx->lpc_refl, ractx->lpc_coef, f);
 310         else
 311             return dec1(decsp, ractx->lpc_refl_old, ractx->lpc_coef_old, f);
 312     } else {
 313         return rms(work, f);
 314     }
 315 }
 316
 317 /* Uncompress one block (20 bytes -> 160*2 bytes) */
 318 static int ra144_decode_frame(AVCodecContext * avctx,
 319                               void *vdata, int *data_size,
 320                               const uint8_t * buf, int buf_size)
 321 {
 322     static const uint8_t sizes[10] = {6, 5, 5, 4, 4, 3, 3, 3, 3, 2};
 323     unsigned int refl_rms[4];  // RMS of the reflection coefficients
 324     uint16_t gbuf2[4][30];
 325     unsigned int c;
 326     int i;
 327     int16_t *data = vdata;
 328     unsigned int energy;
 329
 330     RA144Context *ractx = avctx->priv_data;
 331     GetBitContext gb;
 332
 333     if(buf_size < 20) {
 334         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 335                "Frame too small (%d bytes). Truncated file?\n", buf_size);
 336         return buf_size;
 337     }
 338     init_get_bits(&gb, buf, 20 * 8);
 339
 340     for (i=0; i<10; i++)
 341         // "<< 1"? Doesn't this make one value out of two of the table useless?
 342         ractx->lpc_refl[i] = decodetable[i][get_bits(&gb, sizes[i]) << 1];
 343
 344     do_voice(ractx->lpc_refl, ractx->lpc_coef);
 345
 346     energy = decodeval[get_bits(&gb, 5) << 1]; // Useless table entries?
 347
 348     refl_rms[0] = dec2(ractx, gbuf2[0], 0, 0, ractx->old_energy);
 349     refl_rms[1] = dec2(ractx, gbuf2[1], 1, energy > ractx->old_energy,
 350                     t_sqrt(energy*ractx->old_energy) >> 12);
 351     refl_rms[2] = dec2(ractx, gbuf2[2], 2, 1, energy);
 352     refl_rms[3] = dec1(gbuf2[3], ractx->lpc_refl, ractx->lpc_coef, energy);
 353
 354     /* do output */
 355     for (c=0; c<4; c++) {
 356         do_output_subblock(ractx, gbuf2[c], refl_rms[c], data, &gb);
 357
 358         for (i=0; i<BLOCKSIZE; i++) {
 359             *data = av_clip_int16(*data << 2);
 360             data++;
 361         }
 362     }
 363
 364     ractx->old_energy = energy;
 365
 366     FFSWAP(unsigned int *, ractx->lpc_refl_old, ractx->lpc_refl);
 367     FFSWAP(unsigned int *, ractx->lpc_coef_old, ractx->lpc_coef);
 368
 369     *data_size = 2*160;
 370     return 20;
 371 }
 372
 373
 374 AVCodec ra_144_decoder =
 375 {
 376     "real_144",
 377     CODEC_TYPE_AUDIO,
 378     CODEC_ID_RA_144,
 379     sizeof(RA144Context),
 380     ra144_decode_init,
 381     NULL,
 382     NULL,
 383     ra144_decode_frame,
 384     .long_name = "RealAudio 1.0 (14.4K)",
 385 };