src/sound/acm.cpp

   1 /***********************************************************
   2  * Portions of this file are Copyright (c) Ryan C. Gordon
   3  ***********************************************************/
   4
   5 /*
   6  * $Logfile: /Freespace2/code/Sound/ACM.cpp $
   7  * $Revision$
   8  * $Date$
   9  * $Author$
  10  *
  11  * ADPCM decoder
  12  *
  13  * $Log$
  14  * Revision 1.6  2005/03/29 02:18:47  taylor
  15  * Various 64-bit platform fixes
  16  * Fix compiler errors with MAKE_FS1 and fix gr_set_bitmap() too
  17  * Make sure that turrets can fire at asteroids for FS1 (needed for a couple missions)
  18  * Streaming audio support (big thanks to Pierre Willenbrock!!)
  19  * Removed dependance on strings.tbl for FS1 since we don't actually need it now
  20  *
  21  *
  22  * $NoKeywords: $
  23  */
  24
  25
  26 #include "pstypes.h"
  27 #include "acm.h"
  28 #include "oal.h"
  29
  30
  31 typedef struct adpcmcoef_tag{
  32         short iCoef1;
  33         short iCoef2;
  34 } ADPCMCOEFSET;
  35
  36 typedef struct adpcmblockheader_tag {
  37         ubyte bPredictor;
  38         ushort iDelta;
  39         short iSamp1;
  40         short iSamp2;
  41 } ADPCMBLOCKHEADER;
  42
  43 typedef struct adpcmwaveformat_tag {
  44         WAVE_chunk wav;
  45         ushort wSamplesPerBlock;
  46         ushort wNumCoef;
  47         ADPCMCOEFSET *aCoef;
  48 } ADPCMWAVEFORMAT;
  49
  50 typedef struct ADPCM_FMT_T {
  51         ADPCMWAVEFORMAT adpcm;
  52         ADPCMBLOCKHEADER *header;
  53
  54         int bytes_remaining;
  55         uint bytes_processed;
  56         uint buffer_size;
  57         uint sample_frame_size;
  58         uint samples_left_in_block;
  59         int nibble_state;
  60         ubyte nibble;
  61 } adpcm_fmt_t;
  62
  63 typedef struct acm_stream_t {
  64         adpcm_fmt_t *fmt;
  65         ushort dest_bps;
  66         ushort src_bps;
  67 } acm_stream_t;
  68
  69 // similar to BIAL_IF_MACRO in SDL_sound
  70 #define IF_ERR(a, b) if (a) { printf("IF_ERR-ACM, function: %s, line %d...\n", __FUNCTION__, __LINE__); return b; }
  71
  72
  73 /*****************************************************************************
  74  * Begin ADPCM compression handler...                                       */
  75
  76 /*
  77  * ADPCM decoding routines taken with permission from SDL_sound
  78  * Copyright (C) 2001  Ryan C. Gordon.
  79  */
  80
  81 #define FIXED_POINT_COEF_BASE      256
  82 #define FIXED_POINT_ADAPTION_BASE  256
  83 #define SMALLEST_ADPCM_DELTA       16
  84
  85
  86 // utility functions
  87 static int read_ushort(SDL_RWops *rw, ushort *i)
  88 {
  89         int rc = SDL_RWread(rw, i, sizeof(ushort), 1);
  90         IF_ERR(rc != 1, 0);
  91         *i = INTEL_SHORT(*i);
  92         return 1;
  93 }
  94
  95 static int read_short(SDL_RWops *rw, short *i)
  96 {
  97         int rc = SDL_RWread(rw, i, sizeof(short), 1);
  98         IF_ERR(rc != 1, 0);
  99         *i = INTEL_SHORT(*i);
 100         return 1;
 101 }
 102
 103 static int read_ubyte(SDL_RWops *rw, ubyte *i)
 104 {
 105         int rc = SDL_RWread(rw, i, sizeof(ubyte), 1);
 106         IF_ERR(rc != 1, 0);
 107         return 1;
 108 }
 109
 110 // decoding functions
 111 static int read_adpcm_block_headers(SDL_RWops *rw, adpcm_fmt_t *fmt)
 112 {
 113         int i;
 114         int max = fmt->adpcm.wav.num_channels;
 115
 116         if (fmt->bytes_remaining < fmt->adpcm.wav.block_align) {
 117                 return 0;
 118         }
 119
 120         fmt->bytes_remaining -= fmt->adpcm.wav.block_align;
 121         fmt->bytes_processed += fmt->adpcm.wav.block_align;
 122
 123         for (i = 0; i < max; i++)
 124                 IF_ERR(!read_ubyte(rw, &fmt->header[i].bPredictor), 0);
 125
 126         for (i = 0; i < max; i++)
 127                 IF_ERR(!read_ushort(rw, &fmt->header[i].iDelta), 0);
 128
 129         for (i = 0; i < max; i++)
 130                 IF_ERR(!read_short(rw, &fmt->header[i].iSamp1), 0);
 131
 132         for (i = 0; i < max; i++)
 133                 IF_ERR(!read_short(rw, &fmt->header[i].iSamp2), 0);
 134
 135         fmt->samples_left_in_block = fmt->adpcm.wSamplesPerBlock;
 136         fmt->nibble_state = 0;
 137
 138         return 1;
 139 }
 140
 141 static void do_adpcm_nibble(ubyte nib, ADPCMBLOCKHEADER *header, int lPredSamp)
 142 {
 143         static const short max_audioval = ((1<<(16-1))-1);
 144         static const short min_audioval = -(1<<(16-1));
 145         static const ushort AdaptionTable[] = {
 146                 230, 230, 230, 230, 307, 409, 512, 614,
 147                 768, 614, 512, 409, 307, 230, 230, 230
 148         };
 149
 150         int lNewSamp;
 151         ushort delta;
 152
 153         if (nib & 0x08) {
 154                 lNewSamp = lPredSamp + (header->iDelta * (nib - 0x10));
 155         } else {
 156                 lNewSamp = lPredSamp + (header->iDelta * nib);
 157         }
 158
 159         // clamp value...
 160         if (lNewSamp < min_audioval) {
 161                 lNewSamp = min_audioval;
 162         } else if (lNewSamp > max_audioval) {
 163                 lNewSamp = max_audioval;
 164         }
 165
 166         delta = (header->iDelta * AdaptionTable[nib]) / FIXED_POINT_ADAPTION_BASE;
 167
 168         if (delta < SMALLEST_ADPCM_DELTA)
 169                 delta = SMALLEST_ADPCM_DELTA;
 170
 171         header->iDelta = delta;
 172         header->iSamp2 = header->iSamp1;
 173         header->iSamp1 = (short)lNewSamp;
 174 }
 175
 176 static int decode_adpcm_sample_frame(SDL_RWops *rw, adpcm_fmt_t *fmt)
 177 {
 178         int i;
 179         int max = fmt->adpcm.wav.num_channels;
 180         ubyte nib = fmt->nibble;
 181         short iCoef1, iCoef2;
 182         int lPredSamp;
 183
 184         for (i = 0; i < max; i++) {
 185                 iCoef1 = fmt->adpcm.aCoef[fmt->header[i].bPredictor].iCoef1;
 186                 iCoef2 = fmt->adpcm.aCoef[fmt->header[i].bPredictor].iCoef2;
 187                 lPredSamp = ((fmt->header[i].iSamp1 * iCoef1) + (fmt->header[i].iSamp2 * iCoef2)) / FIXED_POINT_COEF_BASE;
 188
 189                 if (fmt->nibble_state == 0) {
 190                         IF_ERR(!read_ubyte(rw, &nib), 0);
 191                         fmt->nibble_state = 1;
 192                         do_adpcm_nibble(nib >> 4, &fmt->header[i], lPredSamp);
 193                 } else {
 194                         fmt->nibble_state = 0;
 195                         do_adpcm_nibble(nib & 0x0F, &fmt->header[i], lPredSamp);
 196                 }
 197         }
 198
 199         fmt->nibble = nib;
 200
 201         return 1;
 202 }
 203
 204 static void put_adpcm_sample_frame1(ubyte *_buf, adpcm_fmt_t *fmt)
 205 {
 206         short *buf = (short *)_buf;
 207         int i;
 208
 209         for (i = 0; i < fmt->adpcm.wav.num_channels; i++)
 210                 *buf++ = fmt->header[i].iSamp1;
 211 }
 212
 213 static void put_adpcm_sample_frame2(ubyte *_buf, adpcm_fmt_t *fmt)
 214 {
 215         short *buf = (short *)_buf;
 216         int i;
 217
 218         for (i = 0; i < fmt->adpcm.wav.num_channels; i++)
 219                 *buf++ = fmt->header[i].iSamp2;
 220 }
 221
 222 static uint read_sample_fmt_adpcm(ubyte *data, SDL_RWops *rw, adpcm_fmt_t *fmt)
 223 {
 224         uint bw = 0;
 225
 226         while (bw < fmt->buffer_size) {
 227                 // write ongoing sample frame before reading more data...
 228                 switch (fmt->samples_left_in_block) {
 229                         case 0:  // need to read a new block...
 230                                 if (!read_adpcm_block_headers(rw, fmt))
 231                                         return(bw);             // EOF
 232
 233                                 // only write first sample frame for now.
 234                                 put_adpcm_sample_frame2(data + bw, fmt);
 235                                 fmt->samples_left_in_block--;
 236                                 bw += fmt->sample_frame_size;
 237                                 break;
 238
 239                         case 1:  // output last sample frame of block...
 240                                 put_adpcm_sample_frame1(data + bw, fmt);
 241                                 fmt->samples_left_in_block--;
 242                                 bw += fmt->sample_frame_size;
 243                                 break;
 244
 245                         default: // output latest sample frame and read a new one...
 246                                 put_adpcm_sample_frame1(data + bw, fmt);
 247                                 fmt->samples_left_in_block--;
 248                                 bw += fmt->sample_frame_size;
 249
 250                                 if (!decode_adpcm_sample_frame(rw, fmt))
 251                                         return(bw);
 252                 }
 253         }
 254
 255         return(bw);
 256 }
 257
 258 /* End ADPCM Compression Handler                                              *
 259  *****************************************************************************/
 260
 261 static void adpcm_memory_free(adpcm_fmt_t *fmt)
 262 {
 263         SDL_assert( fmt != NULL );
 264
 265         if (fmt->adpcm.aCoef != NULL) {
 266                 free(fmt->adpcm.aCoef);
 267                 fmt->adpcm.aCoef = NULL;
 268         }
 269
 270         if (fmt->header != NULL) {
 271                 free(fmt->header);
 272                 fmt->header = NULL;
 273         }
 274
 275         free(fmt);
 276 }
 277
 278 // =============================================================================
 279 // ACM_convert_ADPCM_to_PCM()
 280 //
 281 // Convert an ADPCM wave file to a PCM wave file using the Audio Compression Manager
 282 //
 283 // parameters:  *pwfxSrc   => address of WAVE_chunk structure describing the source wave
 284 //                              *src       => pointer to raw source wave data
 285 //                              src_len    => num bytes of source wave data
 286 //                              **dest     => pointer to pointer to dest buffer for wave data
 287 //                                                        (mem is allocated in this function if *dest is NULL)
 288 //                              max_dest_bytes   => Maximum memory allocated to dest
 289 //                              *dest_len        => returns num bytes of wave data in converted form (OUTPUT PARAMETER)
 290 //                              *src_bytes_used  =>     returns num bytes of src actually used in the conversion
 291 //                              dest_bps         => bits per sample that data should be uncompressed to
 292 //
 293 // returns:        0 => success
 294 //                         -1 => could not convert wav file
 295 //
 296 //
 297 // NOTES:
 298 // 1. Storage for the decompressed audio will be allocated in this function if *dest in NULL.
 299 //    The caller is responsible for freeing this memory later.
 300 //
 301 int ACM_convert_ADPCM_to_PCM(WAVE_chunk *pwfxSrc, ubyte *src, int src_len, ubyte **dest, int *dest_len, unsigned int *src_bytes_used, unsigned short dest_bps)
 302 {
 303         SDL_assert( pwfxSrc != NULL );
 304         SDL_assert( pwfxSrc->code == WAVE_FORMAT_ADPCM );
 305         SDL_assert( pwfxSrc->extra_data != NULL );
 306         SDL_assert( src != NULL );
 307         SDL_assert( src_len > 0 );
 308         SDL_assert( dest_len != NULL );
 309
 310         uint rc;
 311         uint new_size = 0;
 312
 313         SDL_RWops *hdr = SDL_RWFromMem(pwfxSrc->extra_data, pwfxSrc->extra_size);
 314         SDL_RWops *rw = SDL_RWFromMem(src, src_len);
 315
 316         adpcm_fmt_t *fmt = NULL;
 317
 318         // estimate size of uncompressed data
 319         // uncompressed data has: channels=pfwxScr->nChannels, bitPerSample=destbits
 320         // compressed data has:   channels=pfwxScr->nChannels, bitPerSample=pwfxSrc->wBitsPerSample
 321         new_size = ( src_len * dest_bps ) / pwfxSrc->bits_per_sample;
 322         new_size *= 2;//buffer must be large enough for all data
 323
 324         // DO NOT free() here, *estimated size*
 325         if ( *dest == NULL ) {
 326                 *dest = (ubyte *)malloc(new_size);
 327
 328                 if (*dest == NULL) {
 329                         goto Fail;
 330                 }
 331
 332 //              memset(*dest, 0x80, new_size);  // silence (for 8 bits/sample)
 333                 memset(*dest, 0x00, new_size);  // silence (for 16 bits/sample)
 334         }
 335
 336         fmt = (adpcm_fmt_t *)malloc(sizeof(adpcm_fmt_t));
 337
 338         if (fmt == NULL) {
 339                 goto Fail;
 340         }
 341
 342         memset(fmt, '\0', sizeof(adpcm_fmt_t));
 343
 344         // wav header info (WAVE_chunk)
 345         fmt->adpcm.wav.code = pwfxSrc->code;
 346         fmt->adpcm.wav.num_channels = pwfxSrc->num_channels;
 347         fmt->adpcm.wav.sample_rate = pwfxSrc->sample_rate;
 348         fmt->adpcm.wav.bytes_per_second = pwfxSrc->bytes_per_second;
 349         fmt->adpcm.wav.block_align = pwfxSrc->block_align;
 350         fmt->adpcm.wav.bits_per_sample = pwfxSrc->bits_per_sample;
 351
 352         // sanity check, should always be 4
 353         if (fmt->adpcm.wav.bits_per_sample != 4) {
 354                 goto Fail;
 355         }
 356
 357         // adpcm specific header info
 358         if ( !read_ushort(hdr, &fmt->adpcm.wSamplesPerBlock) ) {
 359                 goto Fail;
 360         }
 361
 362         if ( !read_ushort(hdr, &fmt->adpcm.wNumCoef) ) {
 363                 goto Fail;
 364         }
 365
 366         // allocate memory for COEF struct and fill it
 367         fmt->adpcm.aCoef = (ADPCMCOEFSET *)malloc(sizeof(ADPCMCOEFSET) * fmt->adpcm.wNumCoef);
 368
 369         if (fmt->adpcm.aCoef == NULL) {
 370                 goto Fail;
 371         }
 372
 373         for (int i=0; i<fmt->adpcm.wNumCoef; i++) {
 374                 if ( !read_short(hdr, &fmt->adpcm.aCoef[i].iCoef1) ) {
 375                         goto Fail;
 376                 }
 377
 378                 if ( !read_short(hdr, &fmt->adpcm.aCoef[i].iCoef2) ) {
 379                         goto Fail;
 380                 }
 381         }
 382
 383         // allocate memory for the ADPCM block header that's to be filled later
 384         fmt->header = (ADPCMBLOCKHEADER *)malloc(sizeof(ADPCMBLOCKHEADER) * fmt->adpcm.wav.num_channels);
 385
 386         if (fmt->header == NULL) {
 387                 goto Fail;
 388         }
 389
 390         // buffer to estimated size since we have to process the whole thing at once
 391         fmt->buffer_size = new_size;
 392         fmt->bytes_remaining = src_len;
 393         fmt->bytes_processed = 0;
 394
 395         fmt->sample_frame_size = dest_bps/8*pwfxSrc->num_channels;
 396
 397         // convert to PCM
 398         rc = read_sample_fmt_adpcm(*dest, rw, fmt);
 399
 400         if (rc == 0) {
 401                 goto Fail;
 402         }
 403
 404         // send back actual sizes
 405         *dest_len = rc;
 406         *src_bytes_used = fmt->bytes_processed;
 407
 408         // cleanup
 409         adpcm_memory_free(fmt);
 410         SDL_RWclose(hdr);
 411         SDL_RWclose(rw);
 412
 413         return 0;
 414
 415 Fail:
 416         if (fmt) {
 417                 adpcm_memory_free(fmt);
 418         }
 419
 420         SDL_RWclose(hdr);
 421         SDL_RWclose(rw);
 422
 423         return -1;
 424 }
 425
 426 int ACM_stream_open(WAVE_chunk *pwfxSrc, WAVE_chunk *pwfxDest, void **stream, int dest_bps)
 427 {
 428         SDL_assert( pwfxSrc != NULL );
 429         SDL_assert( pwfxSrc->code == WAVE_FORMAT_ADPCM );
 430         SDL_assert( pwfxSrc->extra_data != NULL );
 431         SDL_assert( stream != NULL );
 432
 433         SDL_RWops *hdr = SDL_RWFromMem(pwfxSrc->extra_data, pwfxSrc->extra_size);
 434         acm_stream_t *str = NULL;
 435
 436         adpcm_fmt_t *fmt = (adpcm_fmt_t *)malloc(sizeof(adpcm_fmt_t));
 437
 438         if (fmt == NULL) {
 439                 goto Fail;
 440         }
 441
 442         memset(fmt, '\0', sizeof(adpcm_fmt_t));
 443
 444         // wav header info (WAVE_chunk)
 445         fmt->adpcm.wav.code = pwfxSrc->code;
 446         fmt->adpcm.wav.num_channels = pwfxSrc->num_channels;
 447         fmt->adpcm.wav.sample_rate = pwfxSrc->sample_rate;
 448         fmt->adpcm.wav.bytes_per_second = pwfxSrc->bytes_per_second;
 449         fmt->adpcm.wav.block_align = pwfxSrc->block_align;
 450         fmt->adpcm.wav.bits_per_sample = pwfxSrc->bits_per_sample;
 451
 452         // sanity check, should always be 4
 453         if (fmt->adpcm.wav.bits_per_sample != 4) {
 454                 goto Fail;
 455         }
 456
 457         // adpcm specific header info
 458         if ( !read_ushort(hdr, &fmt->adpcm.wSamplesPerBlock) ) {
 459                 goto Fail;
 460         }
 461
 462         if ( !read_ushort(hdr, &fmt->adpcm.wNumCoef) ) {
 463                 goto Fail;
 464         }
 465
 466         // allocate memory for COEF struct and fill it
 467         fmt->adpcm.aCoef = (ADPCMCOEFSET *)malloc(sizeof(ADPCMCOEFSET) * fmt->adpcm.wNumCoef);
 468
 469         if (fmt->adpcm.aCoef == NULL) {
 470                 goto Fail;
 471         }
 472
 473         for (int i=0; i<fmt->adpcm.wNumCoef; i++) {
 474                 if ( !read_short(hdr, &fmt->adpcm.aCoef[i].iCoef1) ) {
 475                         goto Fail;
 476                 }
 477
 478                 if ( !read_short(hdr, &fmt->adpcm.aCoef[i].iCoef2) ) {
 479                         goto Fail;
 480                 }
 481         }
 482
 483         // allocate memory for the ADPCM block header that's to be filled later
 484         fmt->header = (ADPCMBLOCKHEADER *)malloc(sizeof(ADPCMBLOCKHEADER) * fmt->adpcm.wav.num_channels);
 485
 486         if (fmt->header == NULL) {
 487                 goto Fail;
 488         }
 489
 490         fmt->sample_frame_size = dest_bps/8*pwfxSrc->num_channels;
 491
 492         str = (acm_stream_t *)malloc(sizeof(acm_stream_t));
 493
 494         if (str == NULL) {
 495                 goto Fail;
 496         }
 497
 498         str->fmt = fmt;
 499         str->dest_bps = (ushort)dest_bps;
 500         str->src_bps = pwfxSrc->bits_per_sample;
 501         *stream = str;
 502
 503         SDL_RWclose(hdr);
 504
 505         return 0;
 506
 507 Fail:
 508         if (fmt) {
 509                 adpcm_memory_free(fmt);
 510         }
 511
 512         SDL_RWclose(hdr);
 513
 514         return -1;
 515 }
 516
 517 int ACM_stream_close(void *stream)
 518 {
 519         SDL_assert(stream != NULL);
 520
 521         acm_stream_t *str = (acm_stream_t *)stream;
 522
 523         adpcm_memory_free(str->fmt);
 524         free(str);
 525
 526         return 0;
 527 }
 528
 529 /*
 530  * How many bytes are needed to get approximately dest_len bytes output?
 531  */
 532 int ACM_query_source_size(void *stream, int dest_len)
 533 {
 534         SDL_assert(stream != NULL);
 535
 536         acm_stream_t *str = (acm_stream_t *)stream;
 537
 538         // estimate size of compressed data
 539         // uncompressed data has: channels=pfwxScr->nChannels, bitPerSample=destbits
 540         // compressed data has:   channels=pfwxScr->nChannels, bitPerSample=pwfxSrc->wBitsPerSample
 541         return (dest_len * str->src_bps) / str->dest_bps;
 542 }
 543
 544 /*
 545  * How many output bytes would approximately be produced by src_len bytes input?
 546  */
 547 int ACM_query_dest_size(void *stream, int src_len)
 548 {
 549         SDL_assert(stream != NULL);
 550
 551         acm_stream_t *str = (acm_stream_t *)stream;
 552
 553         // estimate size of uncompressed data
 554         // uncompressed data has: channels=pfwxScr->nChannels, bitPerSample=destbits
 555         // compressed data has:   channels=pfwxScr->nChannels, bitPerSample=pwfxSrc->wBitsPerSample
 556         return ( src_len * str->dest_bps ) / str->src_bps;
 557 }
 558
 559 /*
 560  * We are allowed to use fewer bytes than delivered to us
 561  */
 562 int ACM_convert(void *stream, ubyte *src, int src_len, ubyte *dest, int max_dest_bytes, unsigned int *dest_len, unsigned int *src_bytes_used)
 563 {
 564         SDL_assert(stream != NULL);
 565         SDL_assert( src != NULL );
 566         SDL_assert( src_len > 0 );
 567         SDL_assert( dest_len != NULL );
 568
 569         acm_stream_t *str = (acm_stream_t *)stream;
 570         uint rc;
 571
 572         SDL_RWops *rw = SDL_RWFromMem(src, src_len);
 573
 574         // buffer to estimated size since we have to process the whole thing at once
 575         str->fmt->buffer_size = max_dest_bytes;
 576         str->fmt->bytes_remaining = src_len;
 577         str->fmt->bytes_processed = 0;
 578
 579         // convert to PCM
 580         rc = read_sample_fmt_adpcm(dest, rw, str->fmt);
 581
 582         // send back actual sizes
 583         *dest_len = rc;
 584         *src_bytes_used = str->fmt->bytes_processed;
 585
 586         SDL_RWclose(rw);
 587
 588         return 0;
 589 }