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 "aacenc.h"
  29 #include "aacenc_tns.h"
  30 #include "aactab.h"
  31 #include "aacenc_utils.h"
  32 #include "aacenc_quantization.h"
  33
  34 /* Could be set to 3 to save an additional bit at the cost of little quality */
  35 #define TNS_Q_BITS 4
  36
  37 /* Coefficient resolution in short windows */
  38 #define TNS_Q_BITS_IS8 4
  39
  40 /* We really need the bits we save here elsewhere */
  41 #define TNS_ENABLE_COEF_COMPRESSION
  42
  43 /* TNS will only be used if the LPC gain is within these margins */
  44 #define TNS_GAIN_THRESHOLD_LOW      1.4f
  45 #define TNS_GAIN_THRESHOLD_HIGH     1.16f*TNS_GAIN_THRESHOLD_LOW
  46
  47 static inline int compress_coeffs(int *coef, int order, int c_bits)
  48 {
  49     int i;
  50     const int low_idx   = c_bits ?  4 : 2;
  51     const int shift_val = c_bits ?  8 : 4;
  52     const int high_idx  = c_bits ? 11 : 5;
  53 #ifndef TNS_ENABLE_COEF_COMPRESSION
  54     return 0;
  55 #endif /* TNS_ENABLE_COEF_COMPRESSION */
  56     for (i = 0; i < order; i++)
  57         if (coef[i] >= low_idx && coef[i] <= high_idx)
  58             return 0;
  59     for (i = 0; i < order; i++)
  60         coef[i] -= (coef[i] > high_idx) ? shift_val : 0;
  61     return 1;
  62 }
  63
  64 /**
  65  * Encode TNS data.
  66  * Coefficient compression is simply not lossless as it should be
  67  * on any decoder tested and as such is not active.
  68  */
  69 void ff_aac_encode_tns_info(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
  70 {
  71     TemporalNoiseShaping *tns = &sce->tns;
  72     int i, w, filt, coef_compress = 0, coef_len;
  73     const int is8 = sce->ics.window_sequence[0] == EIGHT_SHORT_SEQUENCE;
  74     const int c_bits = is8 ? TNS_Q_BITS_IS8 == 4 : TNS_Q_BITS == 4;
  75
  76     if (!sce->tns.present)
  77         return;
  78
  79     for (i = 0; i < sce->ics.num_windows; i++) {
  80         put_bits(&s->pb, 2 - is8, sce->tns.n_filt[i]);
  81         if (!tns->n_filt[i])
  82             continue;
  83         put_bits(&s->pb, 1, c_bits);
  84         for (filt = 0; filt < tns->n_filt[i]; filt++) {
  85             put_bits(&s->pb, 6 - 2 * is8, tns->length[i][filt]);
  86             put_bits(&s->pb, 5 - 2 * is8, tns->order[i][filt]);
  87             if (!tns->order[i][filt])
  88                 continue;
  89             put_bits(&s->pb, 1, tns->direction[i][filt]);
  90             coef_compress = compress_coeffs(tns->coef_idx[i][filt],
  91                                             tns->order[i][filt], c_bits);
  92             put_bits(&s->pb, 1, coef_compress);
  93             coef_len = c_bits + 3 - coef_compress;
  94             for (w = 0; w < tns->order[i][filt]; w++)
  95                 put_bits(&s->pb, coef_len, tns->coef_idx[i][filt][w]);
  96         }
  97     }
  98 }
  99
 100 /* Apply TNS filter */
 101 void ff_aac_apply_tns(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
 102 {
 103     TemporalNoiseShaping *tns = &sce->tns;
 104     IndividualChannelStream *ics = &sce->ics;
 105     int w, filt, m, i, top, order, bottom, start, end, size, inc;
 106     const int mmm = FFMIN(ics->tns_max_bands, ics->max_sfb);
 107     float lpc[TNS_MAX_ORDER];
 108
 109     for (w = 0; w < ics->num_windows; w++) {
 110         bottom = ics->num_swb;
 111         for (filt = 0; filt < tns->n_filt[w]; filt++) {
 112             top    = bottom;
 113             bottom = FFMAX(0, top - tns->length[w][filt]);
 114             order  = tns->order[w][filt];
 115             if (order == 0)
 116                 continue;
 117
 118             // tns_decode_coef
 119             compute_lpc_coefs(tns->coef[w][filt], order, lpc, 0, 0, 0);
 120
 121             start = ics->swb_offset[FFMIN(bottom, mmm)];
 122             end   = ics->swb_offset[FFMIN(   top, mmm)];
 123             if ((size = end - start) <= 0)
 124                 continue;
 125             if (tns->direction[w][filt]) {
 126                 inc = -1;
 127                 start = end - 1;
 128             } else {
 129                 inc = 1;
 130             }
 131             start += w * 128;
 132
 133             /* AR filter */
 134             for (m = 0; m < size; m++, start += inc) {
 135                 for (i = 1; i <= FFMIN(m, order); i++) {
 136                     sce->coeffs[start] += lpc[i-1]*sce->pcoeffs[start - i*inc];
 137                 }
 138             }
 139         }
 140     }
 141 }
 142
 143 /*
 144  * c_bits - 1 if 4 bit coefficients, 0 if 3 bit coefficients
 145  */
 146 static inline void quantize_coefs(double *coef, int *idx, float *lpc, int order,
 147                                   int c_bits)
 148 {
 149     int i;
 150     const float *quant_arr = tns_tmp2_map[c_bits];
 151     for (i = 0; i < order; i++) {
 152         idx[i] = quant_array_idx(coef[i], quant_arr, c_bits ? 16 : 8);
 153         lpc[i] = quant_arr[idx[i]];
 154     }
 155 }
 156
 157 /*
 158  * 3 bits per coefficient with 8 short windows
 159  */
 160 void ff_aac_search_for_tns(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
 161 {
 162     TemporalNoiseShaping *tns = &sce->tns;
 163     int w, w2, g, count = 0;
 164     double gain, coefs[MAX_LPC_ORDER];
 165     const int mmm = FFMIN(sce->ics.tns_max_bands, sce->ics.max_sfb);
 166     const int is8 = sce->ics.window_sequence[0] == EIGHT_SHORT_SEQUENCE;
 167     const int c_bits = is8 ? TNS_Q_BITS_IS8 == 4 : TNS_Q_BITS == 4;
 168     const int sfb_start = av_clip(tns_min_sfb[is8][s->samplerate_index], 0, mmm);
 169     const int sfb_end   = av_clip(sce->ics.num_swb, 0, mmm);
 170     const int order = is8 ? 7 : s->profile == FF_PROFILE_AAC_LOW ? 12 : TNS_MAX_ORDER;
 171     const int slant = sce->ics.window_sequence[0] == LONG_STOP_SEQUENCE  ? 1 :
 172                       sce->ics.window_sequence[0] == LONG_START_SEQUENCE ? 0 : 2;
 173
 174     for (w = 0; w < sce->ics.num_windows; w++) {
 175         float en[2] = {0.0f, 0.0f};
 176         int oc_start = 0, os_start = 0;
 177         int coef_start = w*sce->ics.num_swb + sce->ics.swb_offset[sfb_start];
 178         int coef_len = sce->ics.swb_offset[sfb_end] - sce->ics.swb_offset[sfb_start];
 179         const int sfb_len = sfb_end - sfb_start;
 180
 181         for (g = 0;  g < sce->ics.num_swb; g++) {
 182             if (w*16+g < sfb_start || w*16+g > sfb_end)
 183                 continue;
 184             for (w2 = 0; w2 < sce->ics.group_len[w]; w2++) {
 185                 FFPsyBand *band = &s->psy.ch[s->cur_channel].psy_bands[(w+w2)*16+g];
 186                 if ((w+w2)*16+g > sfb_start + (sfb_len/2))
 187                     en[1] += band->energy;
 188                 else
 189                     en[0] += band->energy;
 190             }
 191         }
 192
 193         if (coef_len <= 0 || sfb_len <= 0)
 194             continue;
 195
 196         /* LPC */
 197         gain = ff_lpc_calc_ref_coefs_f(&s->lpc, &sce->coeffs[coef_start],
 198                                        coef_len, order, coefs);
 199
 200         if (!order || gain < TNS_GAIN_THRESHOLD_LOW || gain > TNS_GAIN_THRESHOLD_HIGH)
 201             continue;
 202
 203         tns->n_filt[w] = is8 ? 1 : order != TNS_MAX_ORDER ? 2 : 3;
 204         for (g = 0; g < tns->n_filt[w]; g++) {
 205             tns->direction[w][g] = slant != 2 ? slant : en[g] < en[!g];
 206             tns->order[w][g] = g < tns->n_filt[w] ? order/tns->n_filt[w] : order - oc_start;
 207             tns->length[w][g] = g < tns->n_filt[w] ? sfb_len/tns->n_filt[w] : sfb_len - os_start;
 208             quantize_coefs(&coefs[oc_start], tns->coef_idx[w][g], tns->coef[w][g],
 209                             tns->order[w][g], c_bits);
 210             oc_start += tns->order[w][g];
 211             os_start += tns->length[w][g];
 212         }
 213         count++;
 214     }
 215     sce->tns.present = !!count;
 216 }