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

   1 /*
   2  * AAC encoder main-type prediction
   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 main-type prediction
  25  * @author Rostislav Pehlivanov ( atomnuker gmail com )
  26  */
  27
  28 #include "aactab.h"
  29 #include "aacenc_pred.h"
  30 #include "aacenc_utils.h"
  31 #include "aacenc_is.h"            /* <- Needed for common window distortions */
  32 #include "aacenc_quantization.h"
  33
  34 #define RESTORE_PRED(sce, sfb) \
  35         if (sce->ics.prediction_used[sfb]) {\
  36             sce->ics.prediction_used[sfb] = 0;\
  37             sce->band_type[sfb] = sce->band_alt[sfb];\
  38         }
  39
  40 static inline float flt16_round(float pf)
  41 {
  42     union av_intfloat32 tmp;
  43     tmp.f = pf;
  44     tmp.i = (tmp.i + 0x00008000U) & 0xFFFF0000U;
  45     return tmp.f;
  46 }
  47
  48 static inline float flt16_even(float pf)
  49 {
  50     union av_intfloat32 tmp;
  51     tmp.f = pf;
  52     tmp.i = (tmp.i + 0x00007FFFU + (tmp.i & 0x00010000U >> 16)) & 0xFFFF0000U;
  53     return tmp.f;
  54 }
  55
  56 static inline float flt16_trunc(float pf)
  57 {
  58     union av_intfloat32 pun;
  59     pun.f = pf;
  60     pun.i &= 0xFFFF0000U;
  61     return pun.f;
  62 }
  63
  64 static inline void predict(PredictorState *ps, float *coef, float *rcoef, int set)
  65 {
  66     float k2;
  67     const float a     = 0.953125; // 61.0 / 64
  68     const float alpha = 0.90625;  // 29.0 / 32
  69     const float   k1 = ps->k1;
  70     const float   r0 = ps->r0,     r1 = ps->r1;
  71     const float cor0 = ps->cor0, cor1 = ps->cor1;
  72     const float var0 = ps->var0, var1 = ps->var1;
  73     const float e0 = *coef - ps->x_est;
  74     const float e1 = e0 - k1 * r0;
  75
  76     if (set)
  77         *coef = e0;
  78
  79     ps->cor1 = flt16_trunc(alpha * cor1 + r1 * e1);
  80     ps->var1 = flt16_trunc(alpha * var1 + 0.5f * (r1 * r1 + e1 * e1));
  81     ps->cor0 = flt16_trunc(alpha * cor0 + r0 * e0);
  82     ps->var0 = flt16_trunc(alpha * var0 + 0.5f * (r0 * r0 + e0 * e0));
  83     ps->r1   = flt16_trunc(a * (r0 - k1 * e0));
  84     ps->r0   = flt16_trunc(a * e0);
  85
  86     /* Prediction for next frame */
  87     ps->k1   = ps->var0 > 1 ? ps->cor0 * flt16_even(a / ps->var0) : 0;
  88     k2       = ps->var1 > 1 ? ps->cor1 * flt16_even(a / ps->var1) : 0;
  89     *rcoef   = ps->x_est = flt16_round(ps->k1*ps->r0 + k2*ps->r1);
  90 }
  91
  92 static inline void reset_predict_state(PredictorState *ps)
  93 {
  94     ps->r0    = 0.0f;
  95     ps->r1    = 0.0f;
  96     ps->k1    = 0.0f;
  97     ps->cor0  = 0.0f;
  98     ps->cor1  = 0.0f;
  99     ps->var0  = 1.0f;
 100     ps->var1  = 1.0f;
 101     ps->x_est = 0.0f;
 102 }
 103
 104 static inline void reset_all_predictors(PredictorState *ps)
 105 {
 106     int i;
 107     for (i = 0; i < MAX_PREDICTORS; i++)
 108         reset_predict_state(&ps[i]);
 109 }
 110
 111 static inline void reset_predictor_group(SingleChannelElement *sce, int group_num)
 112 {
 113     int i;
 114     PredictorState *ps = sce->predictor_state;
 115     for (i = group_num - 1; i < MAX_PREDICTORS; i += 30)
 116         reset_predict_state(&ps[i]);
 117 }
 118
 119 void ff_aac_apply_main_pred(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
 120 {
 121     int sfb, k;
 122     const int pmax = FFMIN(sce->ics.max_sfb, ff_aac_pred_sfb_max[s->samplerate_index]);
 123
 124     if (sce->ics.window_sequence[0] != EIGHT_SHORT_SEQUENCE) {
 125         for (sfb = 0; sfb < pmax; sfb++) {
 126             for (k = sce->ics.swb_offset[sfb]; k < sce->ics.swb_offset[sfb + 1]; k++) {
 127                 predict(&sce->predictor_state[k], &sce->coeffs[k], &sce->prcoeffs[k],
 128                         sce->ics.predictor_present && sce->ics.prediction_used[sfb]);
 129             }
 130         }
 131         if (sce->ics.predictor_reset_group) {
 132             reset_predictor_group(sce, sce->ics.predictor_reset_group);
 133         }
 134     } else {
 135         reset_all_predictors(sce->predictor_state);
 136     }
 137 }
 138
 139 /* If inc = 0 you can check if this returns 0 to see if you can reset freely */
 140 static inline int update_counters(IndividualChannelStream *ics, int inc)
 141 {
 142     int i;
 143     for (i = 1; i < 31; i++) {
 144         ics->predictor_reset_count[i] += inc;
 145         if (ics->predictor_reset_count[i] > PRED_RESET_FRAME_MIN)
 146             return i; /* Reset this immediately */
 147     }
 148     return 0;
 149 }
 150
 151 void ff_aac_adjust_common_pred(AACEncContext *s, ChannelElement *cpe)
 152 {
 153     int start, w, w2, g, i, count = 0;
 154     SingleChannelElement *sce0 = &cpe->ch[0];
 155     SingleChannelElement *sce1 = &cpe->ch[1];
 156     const int pmax0 = FFMIN(sce0->ics.max_sfb, ff_aac_pred_sfb_max[s->samplerate_index]);
 157     const int pmax1 = FFMIN(sce1->ics.max_sfb, ff_aac_pred_sfb_max[s->samplerate_index]);
 158     const int pmax  = FFMIN(pmax0, pmax1);
 159
 160     if (!cpe->common_window ||
 161         sce0->ics.window_sequence[0] == EIGHT_SHORT_SEQUENCE ||
 162         sce1->ics.window_sequence[0] == EIGHT_SHORT_SEQUENCE)
 163         return;
 164
 165     for (w = 0; w < sce0->ics.num_windows; w += sce0->ics.group_len[w]) {
 166         start = 0;
 167         for (g = 0; g < sce0->ics.num_swb; g++) {
 168             int sfb = w*16+g;
 169             int sum = sce0->ics.prediction_used[sfb] + sce1->ics.prediction_used[sfb];
 170             float ener0 = 0.0f, ener1 = 0.0f, ener01 = 0.0f;
 171             struct AACISError ph_err1, ph_err2, *erf;
 172             if (sfb < PRED_SFB_START || sfb > pmax || sum != 2) {
 173                 RESTORE_PRED(sce0, sfb);
 174                 RESTORE_PRED(sce1, sfb);
 175                 start += sce0->ics.swb_sizes[g];
 176                 continue;
 177             }
 178             for (w2 = 0; w2 < sce0->ics.group_len[w]; w2++) {
 179                 for (i = 0; i < sce0->ics.swb_sizes[g]; i++) {
 180                     float coef0 = sce0->pcoeffs[start+(w+w2)*128+i];
 181                     float coef1 = sce1->pcoeffs[start+(w+w2)*128+i];
 182                     ener0  += coef0*coef0;
 183                     ener1  += coef1*coef1;
 184                     ener01 += (coef0 + coef1)*(coef0 + coef1);
 185                 }
 186             }
 187             ph_err1 = ff_aac_is_encoding_err(s, cpe, start, w, g,
 188                                              ener0, ener1, ener01, 1, -1);
 189             ph_err2 = ff_aac_is_encoding_err(s, cpe, start, w, g,
 190                                              ener0, ener1, ener01, 1, +1);
 191             erf = ph_err1.error < ph_err2.error ? &ph_err1 : &ph_err2;
 192             if (erf->pass) {
 193                 sce0->ics.prediction_used[sfb] = 1;
 194                 sce1->ics.prediction_used[sfb] = 1;
 195                 count++;
 196             } else {
 197                 RESTORE_PRED(sce0, sfb);
 198                 RESTORE_PRED(sce1, sfb);
 199             }
 200             start += sce0->ics.swb_sizes[g];
 201         }
 202     }
 203
 204     sce1->ics.predictor_present = sce0->ics.predictor_present = !!count;
 205 }
 206
 207 static void update_pred_resets(SingleChannelElement *sce)
 208 {
 209     int i, max_group_id_c, max_frame = 0;
 210     float avg_frame = 0.0f;
 211     IndividualChannelStream *ics = &sce->ics;
 212
 213     /* Update the counters and immediately update any frame behind schedule */
 214     if ((ics->predictor_reset_group = update_counters(&sce->ics, 1)))
 215         return;
 216
 217     for (i = 1; i < 31; i++) {
 218         /* Count-based */
 219         if (ics->predictor_reset_count[i] > max_frame) {
 220             max_group_id_c = i;
 221             max_frame = ics->predictor_reset_count[i];
 222         }
 223         avg_frame = (ics->predictor_reset_count[i] + avg_frame)/2;
 224     }
 225
 226     if (max_frame > PRED_RESET_MIN) {
 227         ics->predictor_reset_group = max_group_id_c;
 228     } else {
 229         ics->predictor_reset_group = 0;
 230     }
 231 }
 232
 233 void ff_aac_search_for_pred(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
 234 {
 235     int sfb, i, count = 0, cost_coeffs = 0, cost_pred = 0;
 236     const int pmax = FFMIN(sce->ics.max_sfb, ff_aac_pred_sfb_max[s->samplerate_index]);
 237     float *O34  = &s->scoefs[128*0], *P34 = &s->scoefs[128*1];
 238     float *SENT = &s->scoefs[128*2], *S34 = &s->scoefs[128*3];
 239     float *QERR = &s->scoefs[128*4];
 240
 241     if (sce->ics.window_sequence[0] == EIGHT_SHORT_SEQUENCE) {
 242         sce->ics.predictor_present = 0;
 243         return;
 244     }
 245
 246     if (!sce->ics.predictor_initialized) {
 247         reset_all_predictors(sce->predictor_state);
 248         sce->ics.predictor_initialized = 1;
 249         memcpy(sce->prcoeffs, sce->coeffs, 1024*sizeof(float));
 250         for (i = 1; i < 31; i++)
 251             sce->ics.predictor_reset_count[i] = i;
 252     }
 253
 254     update_pred_resets(sce);
 255     memcpy(sce->band_alt, sce->band_type, sizeof(sce->band_type));
 256
 257     for (sfb = PRED_SFB_START; sfb < pmax; sfb++) {
 258         int cost1, cost2, cb_p;
 259         float dist1, dist2, dist_spec_err = 0.0f;
 260         const int cb_n = sce->zeroes[sfb] ? 0 : sce->band_type[sfb];
 261         const int cb_min = sce->zeroes[sfb] ? 0 : 1;
 262         const int cb_max = sce->zeroes[sfb] ? 0 : RESERVED_BT;
 263         const int start_coef = sce->ics.swb_offset[sfb];
 264         const int num_coeffs = sce->ics.swb_offset[sfb + 1] - start_coef;
 265         const FFPsyBand *band = &s->psy.ch[s->cur_channel].psy_bands[sfb];
 266
 267         if (start_coef + num_coeffs > MAX_PREDICTORS ||
 268             (s->cur_channel && sce->band_type[sfb] >= INTENSITY_BT2) ||
 269             sce->band_type[sfb] == NOISE_BT)
 270             continue;
 271
 272         /* Normal coefficients */
 273         s->abs_pow34(O34, &sce->coeffs[start_coef], num_coeffs);
 274         dist1 = quantize_and_encode_band_cost(s, NULL, &sce->coeffs[start_coef], NULL,
 275                                               O34, num_coeffs, sce->sf_idx[sfb],
 276                                               cb_n, s->lambda / band->threshold, INFINITY, &cost1, NULL, 0);
 277         cost_coeffs += cost1;
 278
 279         /* Encoded coefficients - needed for #bits, band type and quant. error */
 280         for (i = 0; i < num_coeffs; i++)
 281             SENT[i] = sce->coeffs[start_coef + i] - sce->prcoeffs[start_coef + i];
 282         s->abs_pow34(S34, SENT, num_coeffs);
 283         if (cb_n < RESERVED_BT)
 284             cb_p = av_clip(find_min_book(find_max_val(1, num_coeffs, S34), sce->sf_idx[sfb]), cb_min, cb_max);
 285         else
 286             cb_p = cb_n;
 287         quantize_and_encode_band_cost(s, NULL, SENT, QERR, S34, num_coeffs,
 288                                       sce->sf_idx[sfb], cb_p, s->lambda / band->threshold, INFINITY,
 289                                       &cost2, NULL, 0);
 290
 291         /* Reconstructed coefficients - needed for distortion measurements */
 292         for (i = 0; i < num_coeffs; i++)
 293             sce->prcoeffs[start_coef + i] += QERR[i] != 0.0f ? (sce->prcoeffs[start_coef + i] - QERR[i]) : 0.0f;
 294         s->abs_pow34(P34, &sce->prcoeffs[start_coef], num_coeffs);
 295         if (cb_n < RESERVED_BT)
 296             cb_p = av_clip(find_min_book(find_max_val(1, num_coeffs, P34), sce->sf_idx[sfb]), cb_min, cb_max);
 297         else
 298             cb_p = cb_n;
 299         dist2 = quantize_and_encode_band_cost(s, NULL, &sce->prcoeffs[start_coef], NULL,
 300                                               P34, num_coeffs, sce->sf_idx[sfb],
 301                                               cb_p, s->lambda / band->threshold, INFINITY, NULL, NULL, 0);
 302         for (i = 0; i < num_coeffs; i++)
 303             dist_spec_err += (O34[i] - P34[i])*(O34[i] - P34[i]);
 304         dist_spec_err *= s->lambda / band->threshold;
 305         dist2 += dist_spec_err;
 306
 307         if (dist2 <= dist1 && cb_p <= cb_n) {
 308             cost_pred += cost2;
 309             sce->ics.prediction_used[sfb] = 1;
 310             sce->band_alt[sfb]  = cb_n;
 311             sce->band_type[sfb] = cb_p;
 312             count++;
 313         } else {
 314             cost_pred += cost1;
 315             sce->band_alt[sfb] = cb_p;
 316         }
 317     }
 318
 319     if (count && cost_coeffs < cost_pred) {
 320         count = 0;
 321         for (sfb = PRED_SFB_START; sfb < pmax; sfb++)
 322             RESTORE_PRED(sce, sfb);
 323         memset(&sce->ics.prediction_used, 0, sizeof(sce->ics.prediction_used));
 324     }
 325
 326     sce->ics.predictor_present = !!count;
 327 }
 328
 329 /**
 330  * Encoder predictors data.
 331  */
 332 void ff_aac_encode_main_pred(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
 333 {
 334     int sfb;
 335     IndividualChannelStream *ics = &sce->ics;
 336     const int pmax = FFMIN(ics->max_sfb, ff_aac_pred_sfb_max[s->samplerate_index]);
 337
 338     if (s->profile != FF_PROFILE_AAC_MAIN ||
 339         !ics->predictor_present)
 340         return;
 341
 342     put_bits(&s->pb, 1, !!ics->predictor_reset_group);
 343     if (ics->predictor_reset_group)
 344         put_bits(&s->pb, 5, ics->predictor_reset_group);
 345     for (sfb = 0; sfb < pmax; sfb++)
 346         put_bits(&s->pb, 1, ics->prediction_used[sfb]);
 347 }