audio_utils/tinysndfile.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2012 The Android Open Source Project
   3  *
   4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   5  * you may not use this file except in compliance with the License.
   6  * You may obtain a copy of the License at
   7  *
   8  *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   9  *
  10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  13  * See the License for the specific language governing permissions and
  14  * limitations under the License.
  15  */
  16
  17 #include <audio_utils/sndfile.h>
  18 #include <audio_utils/primitives.h>
  19 #include <stdio.h>
  20 #include <string.h>
  21 #include <errno.h>
  22
  23 #define WAVE_FORMAT_PCM         1
  24 #define WAVE_FORMAT_IEEE_FLOAT  3
  25 #define WAVE_FORMAT_EXTENSIBLE  0xFFFE
  26
  27 struct SNDFILE_ {
  28     int mode;
  29     uint8_t *temp;  // realloc buffer used for shrinking 16 bits to 8 bits and byte-swapping
  30     FILE *stream;
  31     size_t bytesPerFrame;
  32     size_t remaining;   // frames unread for SFM_READ, frames written for SFM_WRITE
  33     SF_INFO info;
  34 };
  35
  36 static unsigned little2u(unsigned char *ptr)
  37 {
  38     return (ptr[1] << 8) + ptr[0];
  39 }
  40
  41 static unsigned little4u(unsigned char *ptr)
  42 {
  43     return (ptr[3] << 24) + (ptr[2] << 16) + (ptr[1] << 8) + ptr[0];
  44 }
  45
  46 static int isLittleEndian(void)
  47 {
  48     static const short one = 1;
  49     return *((const char *) &one) == 1;
  50 }
  51
  52 // "swab" conflicts with OS X <string.h>
  53 static void my_swab(short *ptr, size_t numToSwap)
  54 {
  55     while (numToSwap > 0) {
  56         *ptr = little2u((unsigned char *) ptr);
  57         --numToSwap;
  58         ++ptr;
  59     }
  60 }
  61
  62 static SNDFILE *sf_open_read(const char *path, SF_INFO *info)
  63 {
  64     FILE *stream = fopen(path, "rb");
  65     if (stream == NULL) {
  66         fprintf(stderr, "fopen %s failed errno %d\n", path, errno);
  67         return NULL;
  68     }
  69
  70     SNDFILE *handle = (SNDFILE *) malloc(sizeof(SNDFILE));
  71     handle->mode = SFM_READ;
  72     handle->temp = NULL;
  73     handle->stream = stream;
  74     handle->info.format = SF_FORMAT_WAV;
  75
  76     // don't attempt to parse all valid forms, just the most common ones
  77     unsigned char wav[12];
  78     size_t actual;
  79     actual = fread(wav, sizeof(char), sizeof(wav), stream);
  80     if (actual < 12) {
  81         fprintf(stderr, "actual %zu < 44\n", actual);
  82         goto close;
  83     }
  84     if (memcmp(wav, "RIFF", 4)) {
  85         fprintf(stderr, "wav != RIFF\n");
  86         goto close;
  87     }
  88     unsigned riffSize = little4u(&wav[4]);
  89     if (riffSize < 4) {
  90         fprintf(stderr, "riffSize %u < 4\n", riffSize);
  91         goto close;
  92     }
  93     if (memcmp(&wav[8], "WAVE", 4)) {
  94         fprintf(stderr, "missing WAVE\n");
  95         goto close;
  96     }
  97     size_t remaining = riffSize - 4;
  98     int hadFmt = 0;
  99     int hadData = 0;
 100     while (remaining >= 8) {
 101         unsigned char chunk[8];
 102         actual = fread(chunk, sizeof(char), sizeof(chunk), stream);
 103         if (actual != sizeof(chunk)) {
 104             fprintf(stderr, "actual %zu != %zu\n", actual, sizeof(chunk));
 105             goto close;
 106         }
 107         remaining -= 8;
 108         unsigned chunkSize = little4u(&chunk[4]);
 109         if (chunkSize > remaining) {
 110             fprintf(stderr, "chunkSize %u > remaining %zu\n", chunkSize, remaining);
 111             goto close;
 112         }
 113         if (!memcmp(&chunk[0], "fmt ", 4)) {
 114             if (hadFmt) {
 115                 fprintf(stderr, "multiple fmt\n");
 116                 goto close;
 117             }
 118             if (chunkSize < 2) {
 119                 fprintf(stderr, "chunkSize %u < 2\n", chunkSize);
 120                 goto close;
 121             }
 122             unsigned char fmt[40];
 123             actual = fread(fmt, sizeof(char), 2, stream);
 124             if (actual != 2) {
 125                 fprintf(stderr, "actual %zu != 2\n", actual);
 126                 goto close;
 127             }
 128             unsigned format = little2u(&fmt[0]);
 129             size_t minSize = 0;
 130             switch (format) {
 131             case WAVE_FORMAT_PCM:
 132             case WAVE_FORMAT_IEEE_FLOAT:
 133                 minSize = 16;
 134                 break;
 135             case WAVE_FORMAT_EXTENSIBLE:
 136                 minSize = 40;
 137                 break;
 138             default:
 139                 fprintf(stderr, "unsupported format %u\n", format);
 140                 goto close;
 141             }
 142             if (chunkSize < minSize) {
 143                 fprintf(stderr, "chunkSize %u < minSize %zu\n", chunkSize, minSize);
 144                 goto close;
 145             }
 146             actual = fread(&fmt[2], sizeof(char), minSize - 2, stream);
 147             if (actual != minSize - 2) {
 148                 fprintf(stderr, "actual %zu != %zu\n", actual, minSize - 16);
 149                 goto close;
 150             }
 151             if (chunkSize > minSize) {
 152                 fseek(stream, (long) (chunkSize - minSize), SEEK_CUR);
 153             }
 154             unsigned channels = little2u(&fmt[2]);
 155             if (channels != 1 && channels != 2 && channels != 4 && channels != 6 && channels != 8) {
 156                 fprintf(stderr, "unsupported channels %u\n", channels);
 157                 goto close;
 158             }
 159             unsigned samplerate = little4u(&fmt[4]);
 160             if (samplerate == 0) {
 161                 fprintf(stderr, "samplerate %u == 0\n", samplerate);
 162                 goto close;
 163             }
 164             // ignore byte rate
 165             // ignore block alignment
 166             unsigned bitsPerSample = little2u(&fmt[14]);
 167             if (bitsPerSample != 8 && bitsPerSample != 16 && bitsPerSample != 32) {
 168                 fprintf(stderr, "bitsPerSample %u != 8 or 16 or 32\n", bitsPerSample);
 169                 goto close;
 170             }
 171             unsigned bytesPerFrame = (bitsPerSample >> 3) * channels;
 172             handle->bytesPerFrame = bytesPerFrame;
 173             handle->info.samplerate = samplerate;
 174             handle->info.channels = channels;
 175             switch (bitsPerSample) {
 176             case 8:
 177                 handle->info.format |= SF_FORMAT_PCM_U8;
 178                 break;
 179             case 16:
 180                 handle->info.format |= SF_FORMAT_PCM_16;
 181                 break;
 182             case 32:
 183                 if (format == WAVE_FORMAT_IEEE_FLOAT)
 184                     handle->info.format |= SF_FORMAT_FLOAT;
 185                 else
 186                     handle->info.format |= SF_FORMAT_PCM_32;
 187                 break;
 188             }
 189             hadFmt = 1;
 190         } else if (!memcmp(&chunk[0], "data", 4)) {
 191             if (!hadFmt) {
 192                 fprintf(stderr, "data not preceded by fmt\n");
 193                 goto close;
 194             }
 195             if (hadData) {
 196                 fprintf(stderr, "multiple data\n");
 197                 goto close;
 198             }
 199             handle->remaining = chunkSize / handle->bytesPerFrame;
 200             handle->info.frames = handle->remaining;
 201             hadData = 1;
 202         } else if (!memcmp(&chunk[0], "fact", 4)) {
 203             // ignore fact
 204             if (chunkSize > 0) {
 205                 fseek(stream, (long) chunkSize, SEEK_CUR);
 206             }
 207         } else {
 208             // ignore unknown chunk
 209             fprintf(stderr, "ignoring unknown chunk %c%c%c%c\n",
 210                     chunk[0], chunk[1], chunk[2], chunk[3]);
 211             if (chunkSize > 0) {
 212                 fseek(stream, (long) chunkSize, SEEK_CUR);
 213             }
 214         }
 215         remaining -= chunkSize;
 216     }
 217     if (remaining > 0) {
 218         fprintf(stderr, "partial chunk at end of RIFF, remaining %zu\n", remaining);
 219         goto close;
 220     }
 221     if (!hadData) {
 222         fprintf(stderr, "missing data\n");
 223         goto close;
 224     }
 225     *info = handle->info;
 226     return handle;
 227
 228 close:
 229     free(handle);
 230     fclose(stream);
 231     return NULL;
 232 }
 233
 234 static void write4u(unsigned char *ptr, unsigned u)
 235 {
 236     ptr[0] = u;
 237     ptr[1] = u >> 8;
 238     ptr[2] = u >> 16;
 239     ptr[3] = u >> 24;
 240 }
 241
 242 static SNDFILE *sf_open_write(const char *path, SF_INFO *info)
 243 {
 244     int sub = info->format & SF_FORMAT_SUBMASK;
 245     if (!(
 246             (info->samplerate > 0) &&
 247             (info->channels > 0 && info->channels <= 8) &&
 248             ((info->format & SF_FORMAT_TYPEMASK) == SF_FORMAT_WAV) &&
 249             (sub == SF_FORMAT_PCM_16 || sub == SF_FORMAT_PCM_U8 || sub == SF_FORMAT_FLOAT)
 250           )) {
 251         return NULL;
 252     }
 253     FILE *stream = fopen(path, "w+b");
 254     unsigned char wav[58];
 255     memset(wav, 0, sizeof(wav));
 256     memcpy(wav, "RIFF", 4);
 257     memcpy(&wav[8], "WAVEfmt ", 8);
 258     if (sub == SF_FORMAT_FLOAT) {
 259         wav[4] = 50;    // riffSize
 260         wav[16] = 18;   // fmtSize
 261         wav[20] = WAVE_FORMAT_IEEE_FLOAT;
 262     } else {
 263         wav[4] = 36;    // riffSize
 264         wav[16] = 16;   // fmtSize
 265         wav[20] = WAVE_FORMAT_PCM;
 266     }
 267     wav[22] = info->channels;
 268     write4u(&wav[24], info->samplerate);
 269     unsigned bitsPerSample;
 270     switch (sub) {
 271     case SF_FORMAT_PCM_16:
 272         bitsPerSample = 16;
 273         break;
 274     case SF_FORMAT_PCM_U8:
 275         bitsPerSample = 8;
 276         break;
 277     case SF_FORMAT_FLOAT:
 278         bitsPerSample = 32;
 279         break;
 280     default:    // not reachable
 281         bitsPerSample = 0;
 282         break;
 283     }
 284     unsigned blockAlignment = (bitsPerSample >> 3) * info->channels;
 285     unsigned byteRate = info->samplerate * blockAlignment;
 286     write4u(&wav[28], byteRate);
 287     wav[32] = blockAlignment;
 288     wav[34] = bitsPerSample;
 289     size_t extra = 0;
 290     if (sub == SF_FORMAT_FLOAT) {
 291         memcpy(&wav[38], "fact", 4);
 292         wav[42] = 4;
 293         memcpy(&wav[50], "data", 4);
 294         extra = 14;
 295     } else
 296         memcpy(&wav[36], "data", 4);
 297     // dataSize is initially zero
 298     (void) fwrite(wav, 44 + extra, 1, stream);
 299     SNDFILE *handle = (SNDFILE *) malloc(sizeof(SNDFILE));
 300     handle->mode = SFM_WRITE;
 301     handle->temp = NULL;
 302     handle->stream = stream;
 303     handle->bytesPerFrame = blockAlignment;
 304     handle->remaining = 0;
 305     handle->info = *info;
 306     return handle;
 307 }
 308
 309 SNDFILE *sf_open(const char *path, int mode, SF_INFO *info)
 310 {
 311     if (path == NULL || info == NULL) {
 312         fprintf(stderr, "path=%p info=%p\n", path, info);
 313         return NULL;
 314     }
 315     switch (mode) {
 316     case SFM_READ:
 317         return sf_open_read(path, info);
 318     case SFM_WRITE:
 319         return sf_open_write(path, info);
 320     default:
 321         fprintf(stderr, "mode=%d\n", mode);
 322         return NULL;
 323     }
 324 }
 325
 326 void sf_close(SNDFILE *handle)
 327 {
 328     if (handle == NULL)
 329         return;
 330     free(handle->temp);
 331     if (handle->mode == SFM_WRITE) {
 332         (void) fflush(handle->stream);
 333         rewind(handle->stream);
 334         unsigned char wav[58];
 335         size_t extra = (handle->info.format & SF_FORMAT_SUBMASK) == SF_FORMAT_FLOAT ? 14 : 0;
 336         (void) fread(wav, 44 + extra, 1, handle->stream);
 337         unsigned dataSize = handle->remaining * handle->bytesPerFrame;
 338         write4u(&wav[4], dataSize + 36 + extra);    // riffSize
 339         write4u(&wav[40 + extra], dataSize);        // dataSize
 340         rewind(handle->stream);
 341         (void) fwrite(wav, 44 + extra, 1, handle->stream);
 342     }
 343     (void) fclose(handle->stream);
 344     free(handle);
 345 }
 346
 347 sf_count_t sf_readf_short(SNDFILE *handle, short *ptr, sf_count_t desiredFrames)
 348 {
 349     if (handle == NULL || handle->mode != SFM_READ || ptr == NULL || !handle->remaining ||
 350             desiredFrames <= 0) {
 351         return 0;
 352     }
 353     if (handle->remaining < (size_t) desiredFrames) {
 354         desiredFrames = handle->remaining;
 355     }
 356     // does not check for numeric overflow
 357     size_t desiredBytes = desiredFrames * handle->bytesPerFrame;
 358     size_t actualBytes;
 359     void *temp = NULL;
 360     unsigned format = handle->info.format & SF_FORMAT_SUBMASK;
 361     if (format == SF_FORMAT_PCM_32 || format == SF_FORMAT_FLOAT) {
 362         temp = malloc(desiredBytes);
 363         actualBytes = fread(temp, sizeof(char), desiredBytes, handle->stream);
 364     } else {
 365         actualBytes = fread(ptr, sizeof(char), desiredBytes, handle->stream);
 366     }
 367     size_t actualFrames = actualBytes / handle->bytesPerFrame;
 368     handle->remaining -= actualFrames;
 369     switch (format) {
 370     case SF_FORMAT_PCM_U8:
 371         memcpy_to_i16_from_u8(ptr, (unsigned char *) ptr, actualFrames * handle->info.channels);
 372         break;
 373     case SF_FORMAT_PCM_16:
 374         if (!isLittleEndian())
 375             my_swab(ptr, actualFrames * handle->info.channels);
 376         break;
 377     case SF_FORMAT_PCM_32:
 378         memcpy_to_i16_from_i32(ptr, (const int *) temp, actualFrames * handle->info.channels);
 379         free(temp);
 380         break;
 381     case SF_FORMAT_FLOAT:
 382         memcpy_to_i16_from_float(ptr, (const float *) temp, actualFrames * handle->info.channels);
 383         free(temp);
 384         break;
 385     default:
 386         memset(ptr, 0, actualFrames * handle->info.channels * sizeof(short));
 387         break;
 388     }
 389     return actualFrames;
 390 }
 391
 392 sf_count_t sf_readf_float(SNDFILE *handle, float *ptr, sf_count_t desiredFrames)
 393 {
 394     if (handle == NULL || handle->mode != SFM_READ || ptr == NULL || !handle->remaining ||
 395             desiredFrames <= 0) {
 396         return 0;
 397     }
 398     if (handle->remaining < (size_t) desiredFrames) {
 399         desiredFrames = handle->remaining;
 400     }
 401     // does not check for numeric overflow
 402     size_t desiredBytes = desiredFrames * handle->bytesPerFrame;
 403     size_t actualBytes;
 404     void *temp = NULL;
 405     unsigned format = handle->info.format & SF_FORMAT_SUBMASK;
 406     if (format == SF_FORMAT_PCM_16 || format == SF_FORMAT_PCM_U8) {
 407         temp = malloc(desiredBytes);
 408         actualBytes = fread(temp, sizeof(char), desiredBytes, handle->stream);
 409     } else {
 410         actualBytes = fread(ptr, sizeof(char), desiredBytes, handle->stream);
 411     }
 412     size_t actualFrames = actualBytes / handle->bytesPerFrame;
 413     handle->remaining -= actualFrames;
 414     switch (format) {
 415     case SF_FORMAT_PCM_U8:
 416 #if 0
 417         // TODO - implement
 418         memcpy_to_float_from_u8(ptr, (const unsigned char *) temp,
 419                 actualFrames * handle->info.channels);
 420 #endif
 421         free(temp);
 422         break;
 423     case SF_FORMAT_PCM_16:
 424         memcpy_to_float_from_i16(ptr, (const short *) temp, actualFrames * handle->info.channels);
 425         free(temp);
 426         break;
 427     case SF_FORMAT_PCM_32:
 428         memcpy_to_float_from_i32(ptr, (const int *) ptr, actualFrames * handle->info.channels);
 429         break;
 430     case SF_FORMAT_FLOAT:
 431         break;
 432     default:
 433         memset(ptr, 0, actualFrames * handle->info.channels * sizeof(float));
 434         break;
 435     }
 436     return actualFrames;
 437 }
 438
 439 sf_count_t sf_readf_int(SNDFILE *handle, int *ptr, sf_count_t desiredFrames)
 440 {
 441     if (handle == NULL || handle->mode != SFM_READ || ptr == NULL || !handle->remaining ||
 442             desiredFrames <= 0) {
 443         return 0;
 444     }
 445     if (handle->remaining < (size_t) desiredFrames) {
 446         desiredFrames = handle->remaining;
 447     }
 448     // does not check for numeric overflow
 449     size_t desiredBytes = desiredFrames * handle->bytesPerFrame;
 450     void *temp = NULL;
 451     unsigned format = handle->info.format & SF_FORMAT_SUBMASK;
 452     size_t actualBytes;
 453     if (format == SF_FORMAT_PCM_16 || format == SF_FORMAT_PCM_U8) {
 454         temp = malloc(desiredBytes);
 455         actualBytes = fread(temp, sizeof(char), desiredBytes, handle->stream);
 456     } else {
 457         actualBytes = fread(ptr, sizeof(char), desiredBytes, handle->stream);
 458     }
 459     size_t actualFrames = actualBytes / handle->bytesPerFrame;
 460     handle->remaining -= actualFrames;
 461     switch (format) {
 462     case SF_FORMAT_PCM_U8:
 463 #if 0
 464         // TODO - implement
 465         memcpy_to_i32_from_u8(ptr, (const unsigned char *) temp,
 466                 actualFrames * handle->info.channels);
 467 #endif
 468         free(temp);
 469         break;
 470     case SF_FORMAT_PCM_16:
 471         memcpy_to_i32_from_i16(ptr, (const short *) temp, actualFrames * handle->info.channels);
 472         free(temp);
 473         break;
 474     case SF_FORMAT_PCM_32:
 475         break;
 476     case SF_FORMAT_FLOAT:
 477         memcpy_to_i32_from_float(ptr, (const float *) ptr, actualFrames * handle->info.channels);
 478         break;
 479     default:
 480         memset(ptr, 0, actualFrames * handle->info.channels * sizeof(int));
 481         break;
 482     }
 483     return actualFrames;
 484 }
 485
 486 sf_count_t sf_writef_short(SNDFILE *handle, const short *ptr, sf_count_t desiredFrames)
 487 {
 488     if (handle == NULL || handle->mode != SFM_WRITE || ptr == NULL || desiredFrames <= 0)
 489         return 0;
 490     size_t desiredBytes = desiredFrames * handle->bytesPerFrame;
 491     size_t actualBytes = 0;
 492     switch (handle->info.format & SF_FORMAT_SUBMASK) {
 493     case SF_FORMAT_PCM_U8:
 494         handle->temp = realloc(handle->temp, desiredBytes);
 495         memcpy_to_u8_from_i16(handle->temp, ptr, desiredBytes);
 496         actualBytes = fwrite(handle->temp, sizeof(char), desiredBytes, handle->stream);
 497         break;
 498     case SF_FORMAT_PCM_16:
 499         // does not check for numeric overflow
 500         if (isLittleEndian()) {
 501             actualBytes = fwrite(ptr, sizeof(char), desiredBytes, handle->stream);
 502         } else {
 503             handle->temp = realloc(handle->temp, desiredBytes);
 504             memcpy(handle->temp, ptr, desiredBytes);
 505             my_swab((short *) handle->temp, desiredFrames * handle->info.channels);
 506             actualBytes = fwrite(handle->temp, sizeof(char), desiredBytes, handle->stream);
 507         }
 508         break;
 509     case SF_FORMAT_FLOAT:
 510         handle->temp = realloc(handle->temp, desiredBytes);
 511         memcpy_to_float_from_i16((float *) handle->temp, ptr, desiredFrames);
 512         actualBytes = fwrite(handle->temp, sizeof(char), desiredBytes, handle->stream);
 513         break;
 514     default:
 515         break;
 516     }
 517     size_t actualFrames = actualBytes / handle->bytesPerFrame;
 518     handle->remaining += actualFrames;
 519     return actualFrames;
 520 }
 521
 522 sf_count_t sf_writef_float(SNDFILE *handle, const float *ptr, sf_count_t desiredFrames)
 523 {
 524     if (handle == NULL || handle->mode != SFM_WRITE || ptr == NULL || desiredFrames <= 0)
 525         return 0;
 526     size_t desiredBytes = desiredFrames * handle->bytesPerFrame;
 527     size_t actualBytes = 0;
 528     switch (handle->info.format & SF_FORMAT_SUBMASK) {
 529     case SF_FORMAT_FLOAT:
 530         actualBytes = fwrite(ptr, sizeof(char), desiredBytes, handle->stream);
 531         break;
 532     case SF_FORMAT_PCM_16:
 533         handle->temp = realloc(handle->temp, desiredBytes);
 534         memcpy_to_i16_from_float((short *) handle->temp, ptr, desiredFrames);
 535         actualBytes = fwrite(handle->temp, sizeof(char), desiredBytes, handle->stream);
 536         break;
 537     case SF_FORMAT_PCM_U8:  // transcoding from float to byte not yet implemented
 538     default:
 539         break;
 540     }
 541     size_t actualFrames = actualBytes / handle->bytesPerFrame;
 542     handle->remaining += actualFrames;
 543     return actualFrames;
 544 }