git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/aacenc_tns.c

   1 /*
   2  * AAC encoder TNS
   3  * Copyright (C) 2015 Rostislav Pehlivanov
   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 /**
  23  * @file
  24  * AAC encoder temporal noise shaping
  25  * @author Rostislav Pehlivanov ( atomnuker gmail com )
  26  */
  27
  28 #include "libavutil/libm.h"
  29 #include "aacenc.h"
  30 #include "aacenc_tns.h"
  31 #include "aactab.h"
  32 #include "aacenc_utils.h"
  33 #include "aacenc_quantization.h"
  34
  35 /* Could be set to 3 to save an additional bit at the cost of little quality */
  36 #define TNS_Q_BITS 4
  37
  38 /* Coefficient resolution in short windows */
  39 #define TNS_Q_BITS_IS8 4
  40
  41 /* We really need the bits we save here elsewhere */
  42 #define TNS_ENABLE_COEF_COMPRESSION
  43
  44 /* TNS will only be used if the LPC gain is within these margins */
  45 #define TNS_GAIN_THRESHOLD_LOW      1.4f
  46 #define TNS_GAIN_THRESHOLD_HIGH     1.16f*TNS_GAIN_THRESHOLD_LOW
  47
  48 static inline int compress_coeffs(int *coef, int order, int c_bits)
  49 {
  50     int i;
  51     const int low_idx   = c_bits ?  4 : 2;
  52     const int shift_val = c_bits ?  8 : 4;
  53     const int high_idx  = c_bits ? 11 : 5;
  54 #ifndef TNS_ENABLE_COEF_COMPRESSION
  55     return 0;
  56 #endif /* TNS_ENABLE_COEF_COMPRESSION */
  57     for (i = 0; i < order; i++)
  58         if (coef[i] >= low_idx && coef[i] <= high_idx)
  59             return 0;
  60     for (i = 0; i < order; i++)
  61         coef[i] -= (coef[i] > high_idx) ? shift_val : 0;
  62     return 1;
  63 }
  64
  65 /**
  66  * Encode TNS data.
  67  * Coefficient compression is simply not lossless as it should be
  68  * on any decoder tested and as such is not active.
  69  */
  70 void ff_aac_encode_tns_info(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
  71 {
  72     TemporalNoiseShaping *tns = &sce->tns;
  73     int i, w, filt, coef_compress = 0, coef_len;
  74     const int is8 = sce->ics.window_sequence[0] == EIGHT_SHORT_SEQUENCE;
  75     const int c_bits = is8 ? TNS_Q_BITS_IS8 == 4 : TNS_Q_BITS == 4;
  76
  77     if (!sce->tns.present)
  78         return;
  79
  80     for (i = 0; i < sce->ics.num_windows; i++) {
  81         put_bits(&s->pb, 2 - is8, sce->tns.n_filt[i]);
  82         if (!tns->n_filt[i])
  83             continue;
  84         put_bits(&s->pb, 1, c_bits);
  85         for (filt = 0; filt < tns->n_filt[i]; filt++) {
  86             put_bits(&s->pb, 6 - 2 * is8, tns->length[i][filt]);
  87             put_bits(&s->pb, 5 - 2 * is8, tns->order[i][filt]);
  88             if (!tns->order[i][filt])
  89                 continue;
  90             put_bits(&s->pb, 1, tns->direction[i][filt]);
  91             coef_compress = compress_coeffs(tns->coef_idx[i][filt],
  92                                             tns->order[i][filt], c_bits);
  93             put_bits(&s->pb, 1, coef_compress);
  94             coef_len = c_bits + 3 - coef_compress;
  95             for (w = 0; w < tns->order[i][filt]; w++)
  96                 put_bits(&s->pb, coef_len, tns->coef_idx[i][filt][w]);
  97         }
  98     }
  99 }
 100
 101 /* Apply TNS filter */
 102 void ff_aac_apply_tns(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
 103 {
 104     TemporalNoiseShaping *tns = &sce->tns;
 105     IndividualChannelStream *ics = &sce->ics;
 106     int w, filt, m, i, top, order, bottom, start, end, size, inc;
 107     const int mmm = FFMIN(ics->tns_max_bands, ics->max_sfb);
 108     float lpc[TNS_MAX_ORDER];
 109
 110     for (w = 0; w < ics->num_windows; w++) {
 111         bottom = ics->num_swb;
 112         for (filt = 0; filt < tns->n_filt[w]; filt++) {
 113             top    = bottom;
 114             bottom = FFMAX(0, top - tns->length[w][filt]);
 115             order  = tns->order[w][filt];
 116             if (order == 0)
 117                 continue;
 118
 119             // tns_decode_coef
 120             compute_lpc_coefs(tns->coef[w][filt], order, lpc, 0, 0, 0);
 121
 122             start = ics->swb_offset[FFMIN(bottom, mmm)];
 123             end   = ics->swb_offset[FFMIN(   top, mmm)];
 124             if ((size = end - start) <= 0)
 125                 continue;
 126             if (tns->direction[w][filt]) {
 127                 inc = -1;
 128                 start = end - 1;
 129             } else {
 130                 inc = 1;
 131             }
 132             start += w * 128;
 133
 134             /* AR filter */
 135             for (m = 0; m < size; m++, start += inc) {
 136                 for (i = 1; i <= FFMIN(m, order); i++) {
 137                     sce->coeffs[start] += lpc[i-1]*sce->pcoeffs[start - i*inc];
 138                 }
 139             }
 140         }
 141     }
 142 }
 143
 144 /*
 145  * c_bits - 1 if 4 bit coefficients, 0 if 3 bit coefficients
 146  */
 147 static inline void quantize_coefs(double *coef, int *idx, float *lpc, int order,
 148                                   int c_bits)
 149 {
 150     int i;
 151     const float *quant_arr = tns_tmp2_map[c_bits];
 152     for (i = 0; i < order; i++) {
 153         idx[i] = quant_array_idx(coef[i], quant_arr, c_bits ? 16 : 8);
 154         lpc[i] = quant_arr[idx[i]];
 155     }
 156 }
 157
 158 /*
 159  * 3 bits per coefficient with 8 short windows
 160  */
 161 void ff_aac_search_for_tns(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
 162 {
 163     TemporalNoiseShaping *tns = &sce->tns;
 164     int w, g, count = 0;
 165     double gain, coefs[MAX_LPC_ORDER];
 166     const int mmm = FFMIN(sce->ics.tns_max_bands, sce->ics.max_sfb);
 167     const int is8 = sce->ics.window_sequence[0] == EIGHT_SHORT_SEQUENCE;
 168     const int c_bits = is8 ? TNS_Q_BITS_IS8 == 4 : TNS_Q_BITS == 4;
 169     const int sfb_start = av_clip(tns_min_sfb[is8][s->samplerate_index], 0, mmm);
 170     const int sfb_end   = av_clip(sce->ics.num_swb, 0, mmm);
 171     const int order = is8 ? 7 : s->profile == FF_PROFILE_AAC_LOW ? 12 : TNS_MAX_ORDER;
 172     const int slant = sce->ics.window_sequence[0] == LONG_STOP_SEQUENCE  ? 1 :
 173                       sce->ics.window_sequence[0] == LONG_START_SEQUENCE ? 0 : 2;
 174     const int sfb_len = sfb_end - sfb_start;
 175     const int coef_len = sce->ics.swb_offset[sfb_end] - sce->ics.swb_offset[sfb_start];
 176
 177     if (coef_len <= 0 || sfb_len <= 0) {
 178         sce->tns.present = 0;
 179         return;
 180     }
 181
 182     for (w = 0; w < sce->ics.num_windows; w++) {
 183         float en[2] = {0.0f, 0.0f};
 184         int oc_start = 0, os_start = 0;
 185         int coef_start = sce->ics.swb_offset[sfb_start];
 186
 187         for (g = sfb_start; g < sce->ics.num_swb && g <= sfb_end; g++) {
 188             FFPsyBand *band = &s->psy.ch[s->cur_channel].psy_bands[w*16+g];
 189             if (g > sfb_start + (sfb_len/2))
 190                 en[1] += band->energy;
 191             else
 192                 en[0] += band->energy;
 193         }
 194
 195         /* LPC */
 196         gain = ff_lpc_calc_ref_coefs_f(&s->lpc, &sce->coeffs[w*128 + coef_start],
 197                                        coef_len, order, coefs);
 198
 199         if (!order || !isfinite(gain) || gain < TNS_GAIN_THRESHOLD_LOW || gain > TNS_GAIN_THRESHOLD_HIGH)
 200             continue;
 201
 202         tns->n_filt[w] = is8 ? 1 : order != TNS_MAX_ORDER ? 2 : 3;
 203         for (g = 0; g < tns->n_filt[w]; g++) {
 204             tns->direction[w][g] = slant != 2 ? slant : en[g] < en[!g];
 205             tns->order[w][g] = g < tns->n_filt[w] ? order/tns->n_filt[w] : order - oc_start;
 206             tns->length[w][g] = g < tns->n_filt[w] ? sfb_len/tns->n_filt[w] : sfb_len - os_start;
 207             quantize_coefs(&coefs[oc_start], tns->coef_idx[w][g], tns->coef[w][g],
 208                             tns->order[w][g], c_bits);
 209             oc_start += tns->order[w][g];
 210             os_start += tns->length[w][g];
 211         }
 212         count++;
 213     }
 214     sce->tns.present = !!count;
 215 }