libavcodec/ra288.c

   1 /*
   2  * RealAudio 2.0 (28.8K)
   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 #define ALT_BITSTREAM_READER_LE
  24 #include "bitstream.h"
  25 #include "ra288.h"
  26
  27 typedef struct {
  28     float sp_lpc[36];   ///< LPC coefficients for speech data (spec: A)
  29     float gain_lpc[10]; ///< LPC coefficients for gain (spec: GB)
  30     int   phase;
  31
  32     float sp_hist[111]; ///< Speech data history (spec: SB)
  33
  34     /** Speech part of the gain autocorrelation (spec: REXP) */
  35     float sp_rec[37];
  36
  37     float gain_hist[38];   ///< Log-gain history (spec: SBLG)
  38
  39     /** Recursive part of the gain autocorrelation (spec: REXPLG) */
  40     float gain_rec[11];
  41
  42     float sb[41];
  43     float lhist[10];
  44 } RA288Context;
  45
  46 static inline float scalar_product_float(const float * v1, const float * v2,
  47                                          int size)
  48 {
  49     float res = 0.;
  50
  51     while (size--)
  52         res += *v1++ * *v2++;
  53
  54     return res;
  55 }
  56
  57 static void colmult(float *tgt, const float *m1, const float *m2, int n)
  58 {
  59     while (n--)
  60         *tgt++ = *m1++ * *m2++;
  61 }
  62
  63 static void decode(RA288Context *ractx, float gain, int cb_coef)
  64 {
  65     int x, y;
  66     double sumsum;
  67     float sum, buffer[5];
  68
  69     memmove(ractx->sb + 5, ractx->sb, 36 * sizeof(*ractx->sb));
  70
  71     for (x=4; x >= 0; x--)
  72         ractx->sb[x] = -scalar_product_float(ractx->sb + x + 1,
  73                                              ractx->sp_lpc, 36);
  74
  75     /* block 46 of G.728 spec */
  76     sum = 32. - scalar_product_float(ractx->gain_lpc, ractx->lhist, 10);
  77
  78     /* block 47 of G.728 spec */
  79     sum = av_clipf(sum, 0, 60);
  80
  81     /* block 48 of G.728 spec */
  82     sumsum = exp(sum * 0.1151292546497) * gain;    /* pow(10.0,sum/20)*f */
  83
  84     for (x=0; x < 5; x++)
  85         buffer[x] = codetable[cb_coef][x] * sumsum;
  86
  87     sum = scalar_product_float(buffer, buffer, 5) / 5;
  88
  89     sum = FFMAX(sum, 1);
  90
  91     /* shift and store */
  92     memmove(ractx->lhist, ractx->lhist - 1, 10 * sizeof(*ractx->lhist));
  93
  94     *ractx->lhist = 10 * log10(sum) - 32;
  95
  96     for (x=1; x < 5; x++)
  97         for (y=x-1; y >= 0; y--)
  98             buffer[x] -= ractx->sp_lpc[x-y-1] * buffer[y];
  99
 100     /* output */
 101     for (x=0; x < 5; x++)
 102         ractx->sb[4-x] = av_clipf(ractx->sb[4-x] + buffer[x], -4095, 4095);
 103 }
 104
 105 /**
 106  * Converts autocorrelation coefficients to LPC coefficients using the
 107  * Levinson-Durbin algorithm. See blocks 37 and 50 of the G.728 specification.
 108  *
 109  * @return 0 if success, -1 if fail
 110  */
 111 static int eval_lpc_coeffs(const float *in, float *tgt, int n)
 112 {
 113     int x, y;
 114     double f0, f1, f2;
 115
 116     if (in[n] == 0)
 117         return -1;
 118
 119     if ((f0 = *in) <= 0)
 120         return -1;
 121
 122     in--; // To avoid a -1 subtraction in the inner loop
 123
 124     for (x=1; x <= n; x++) {
 125         f1 = in[x+1];
 126
 127         for (y=0; y < x - 1; y++)
 128             f1 += in[x-y]*tgt[y];
 129
 130         tgt[x-1] = f2 = -f1/f0;
 131         for (y=0; y < x >> 1; y++) {
 132             float temp = tgt[y] + tgt[x-y-2]*f2;
 133             tgt[x-y-2] += tgt[y]*f2;
 134             tgt[y] = temp;
 135         }
 136         if ((f0 += f1*f2) < 0)
 137             return -1;
 138     }
 139
 140     return 0;
 141 }
 142
 143 static void prodsum(float *tgt, const float *src, int len, int n)
 144 {
 145     for (; n >= 0; n--)
 146         tgt[n] = scalar_product_float(src, src - n, len);
 147
 148 }
 149
 150 /**
 151  * Hybrid window filtering. See blocks 36 and 49 of the G.728 specification.
 152  *
 153  * @note This function is slightly different from that described in the spec.
 154  *       It expects in[0] to be the newest sample and in[n-1] to be the oldest
 155  *       one stored. The spec has in the more ordinary way (in[0] the oldest
 156  *       and in[n-1] the newest).
 157  *
 158  * @param order   the order of the filter
 159  * @param n       the length of the input
 160  * @param non_rec the number of non-recursive samples
 161  * @param out     the filter output
 162  * @param in      pointer to the input of the filter
 163  * @param hist    pointer to the input history of the filter. It is updated by
 164  *                this function.
 165  * @param out     pointer to the non-recursive part of the output
 166  * @param out2    pointer to the recursive part of the output
 167  * @param window  pointer to the windowing function table
 168  */
 169 static void do_hybrid_window(int order, int n, int non_rec, const float *in,
 170                              float *out, float *hist, float *out2,
 171                              const float *window)
 172 {
 173     unsigned int x;
 174     float buffer1[order + 1];
 175     float buffer2[order + 1];
 176     float work[order + n + non_rec];
 177
 178     /* update history */
 179     memmove(hist, hist + n, (order + non_rec)*sizeof(*hist));
 180
 181     for (x=0; x < n; x++)
 182         hist[order + non_rec + x] = in[n-x-1];
 183
 184     colmult(work, window, hist, order + n + non_rec);
 185
 186     prodsum(buffer1, work + order    , n      , order);
 187     prodsum(buffer2, work + order + n, non_rec, order);
 188
 189     for (x=0; x <= order; x++) {
 190         out2[x] = out2[x] * 0.5625 + buffer1[x];
 191         out [x] = out2[x]          + buffer2[x];
 192     }
 193
 194     /* Multiply by the white noise correcting factor (WNCF) */
 195     *out *= 257./256.;
 196 }
 197
 198 /**
 199  * Backward synthesis filter. Find the LPC coefficients from past speech data.
 200  */
 201 static void backward_filter(RA288Context *ractx)
 202 {
 203     float temp1[37]; // RTMP in the spec
 204     float temp2[11]; // GPTPMP in the spec
 205
 206     do_hybrid_window(36, 40, 35, ractx->sb, temp1, ractx->sp_hist,
 207                      ractx->sp_rec, syn_window);
 208
 209     if (!eval_lpc_coeffs(temp1, ractx->sp_lpc, 36))
 210         colmult(ractx->sp_lpc, ractx->sp_lpc, syn_bw_tab, 36);
 211
 212     do_hybrid_window(10, 8, 20, ractx->lhist, temp2, ractx->gain_hist,
 213                      ractx->gain_rec, gain_window);
 214
 215     if (!eval_lpc_coeffs(temp2, ractx->gain_lpc, 10))
 216         colmult(ractx->gain_lpc, ractx->gain_lpc, gain_bw_tab, 10);
 217 }
 218
 219 static int ra288_decode_frame(AVCodecContext * avctx, void *data,
 220                               int *data_size, const uint8_t * buf,
 221                               int buf_size)
 222 {
 223     int16_t *out = data;
 224     int x, y;
 225     RA288Context *ractx = avctx->priv_data;
 226     GetBitContext gb;
 227
 228     if (buf_size < avctx->block_align) {
 229         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 230                "Error! Input buffer is too small [%d<%d]\n",
 231                buf_size, avctx->block_align);
 232         return 0;
 233     }
 234
 235     init_get_bits(&gb, buf, avctx->block_align * 8);
 236
 237     for (x=0; x < 32; x++) {
 238         float gain = amptable[get_bits(&gb, 3)];
 239         int cb_coef = get_bits(&gb, 6 + (x&1));
 240         ractx->phase = (x + 4) & 7;
 241         decode(ractx, gain, cb_coef);
 242
 243         for (y=0; y < 5; y++)
 244             *(out++) = 8 * ractx->sb[4 - y];
 245
 246         if (ractx->phase == 7)
 247             backward_filter(ractx);
 248     }
 249
 250     *data_size = (char *)out - (char *)data;
 251     return avctx->block_align;
 252 }
 253
 254 AVCodec ra_288_decoder =
 255 {
 256     "real_288",
 257     CODEC_TYPE_AUDIO,
 258     CODEC_ID_RA_288,
 259     sizeof(RA288Context),
 260     NULL,
 261     NULL,
 262     NULL,
 263     ra288_decode_frame,
 264     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("RealAudio 2.0 (28.8K)"),
 265 };