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 static inline void conv_to_int32(int32_t *loc, float *samples, int num, float norm)
  35 {
  36     int i;
  37     for (i = 0; i < num; i++)
  38         loc[i] = ceilf((samples[i]/norm)*INT32_MAX);
  39 }
  40
  41 static inline void conv_to_float(float *arr, int32_t *cof, int num)
  42 {
  43     int i;
  44     for (i = 0; i < num; i++)
  45         arr[i] = (float)cof[i]/INT32_MAX;
  46 }
  47
  48 /* Input: quantized 4 bit coef, output: 1 if first (MSB) 2 bits are the same */
  49 static inline int coef_test_compression(int coef)
  50 {
  51     int tmp = coef >> 2;
  52     int res = ff_ctz(tmp);
  53     if (res > 1)
  54         return 1;       /* ...00 ->  compressable    */
  55     else if (res == 1)
  56         return 0;       /* ...10 ->  uncompressable  */
  57     else if (ff_ctz(tmp >> 1) > 0)
  58         return 0;       /* ...0 1 -> uncompressable  */
  59     else
  60         return 1;       /* ...1 1 -> compressable    */
  61 }
  62
  63 static inline int compress_coef(int *coefs, int num)
  64 {
  65     int i, res = 0;
  66     for (i = 0; i < num; i++)
  67         res += coef_test_compression(coefs[i]);
  68     return res == num ? 1 : 0;
  69 }
  70
  71 /**
  72  * Encode TNS data.
  73  * Coefficient compression saves a single bit.
  74  */
  75 void ff_aac_encode_tns_info(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
  76 {
  77     int i, w, filt, coef_len, coef_compress;
  78     const int coef_res = MAX_LPC_PRECISION == 4 ? 1 : 0;
  79     const int is8 = sce->ics.window_sequence[0] == EIGHT_SHORT_SEQUENCE;
  80
  81     put_bits(&s->pb, 1, !!sce->tns.present);
  82
  83     if (!sce->tns.present)
  84         return;
  85
  86     for (i = 0; i < sce->ics.num_windows; i++) {
  87         put_bits(&s->pb, 2 - is8, sce->tns.n_filt[i]);
  88         if (sce->tns.n_filt[i]) {
  89             put_bits(&s->pb, 1, !!coef_res);
  90             for (filt = 0; filt < sce->tns.n_filt[i]; filt++) {
  91                 put_bits(&s->pb, 6 - 2 * is8, sce->tns.length[i][filt]);
  92                 put_bits(&s->pb, 5 - 2 * is8, sce->tns.order[i][filt]);
  93                 if (sce->tns.order[i][filt]) {
  94                     coef_compress = compress_coef(sce->tns.coef_idx[i][filt],
  95                                                   sce->tns.order[i][filt]);
  96                     put_bits(&s->pb, 1, !!sce->tns.direction[i][filt]);
  97                     put_bits(&s->pb, 1, !!coef_compress);
  98                     coef_len = coef_res + 3 - coef_compress;
  99                     for (w = 0; w < sce->tns.order[i][filt]; w++)
 100                         put_bits(&s->pb, coef_len, sce->tns.coef_idx[i][filt][w]);
 101                 }
 102             }
 103         }
 104     }
 105 }
 106
 107 static int process_tns_coeffs(TemporalNoiseShaping *tns, float *tns_coefs_raw,
 108                               int order, int w, int filt)
 109 {
 110     int i, j;
 111     int *idx = tns->coef_idx[w][filt];
 112     float *lpc = tns->coef[w][filt];
 113     const int iqfac_p = ((1 << (MAX_LPC_PRECISION-1)) - 0.5)/(M_PI/2.0);
 114     const int iqfac_m = ((1 << (MAX_LPC_PRECISION-1)) + 0.5)/(M_PI/2.0);
 115     float temp[TNS_MAX_ORDER] = {0.0f}, out[TNS_MAX_ORDER] = {0.0f};
 116
 117     /* Quantization */
 118     for (i = 0; i < order; i++) {
 119         idx[i] = ceilf(asin(tns_coefs_raw[i])*((tns_coefs_raw[i] >= 0) ? iqfac_p : iqfac_m));
 120         lpc[i] = 2*sin(idx[i]/((idx[i] >= 0) ? iqfac_p : iqfac_m));
 121     }
 122
 123     /* Trim any coeff less than 0.1f from the end */
 124     for (i = order; i > -1; i--) {
 125         lpc[i] = (fabs(lpc[i]) > 0.1f) ? lpc[i] : 0.0f;
 126         if (lpc[i] != 0.0 ) {
 127             order = i;
 128             break;
 129         }
 130     }
 131
 132     if (!order)
 133         return 0;
 134
 135     /* Step up procedure, convert to LPC coeffs */
 136     out[0] = 1.0f;
 137     for (i = 1; i <= order; i++) {
 138         for (j = 1; j < i; j++) {
 139             temp[j] = out[j] + lpc[i]*out[i-j];
 140         }
 141         for (j = 1; j <= i; j++) {
 142             out[j] = temp[j];
 143         }
 144         out[i] = lpc[i-1];
 145     }
 146     memcpy(lpc, out, TNS_MAX_ORDER*sizeof(float));
 147
 148     return order;
 149 }
 150
 151 static void apply_tns_filter(float *out, float *in, int order, int direction,
 152                              float *tns_coefs, int ltp_used, int w, int filt,
 153                              int start_i, int len)
 154 {
 155     int i, j, inc, start = start_i;
 156     float tmp[TNS_MAX_ORDER+1];
 157     if (direction) {
 158         inc = -1;
 159         start = (start + len) - 1;
 160     } else {
 161         inc = 1;
 162     }
 163     if (!ltp_used) {    /* AR filter */
 164         for (i = 0; i < len; i++, start += inc)
 165             out[i] = in[start];
 166             for (j = 1; j <= FFMIN(i, order); j++)
 167                 out[i] += tns_coefs[j]*in[start - j*inc];
 168     } else {            /* MA filter */
 169         for (i = 0; i < len; i++, start += inc) {
 170             tmp[0] = out[i] = in[start];
 171             for (j = 1; j <= FFMIN(i, order); j++)
 172                 out[i] += tmp[j]*tns_coefs[j];
 173             for (j = order; j > 0; j--)
 174                 tmp[j] = tmp[j - 1];
 175         }
 176     }
 177 }
 178
 179 void ff_aac_search_for_tns(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
 180 {
 181     TemporalNoiseShaping *tns = &sce->tns;
 182     int w, g, order, sfb_start, sfb_len, coef_start, shift[MAX_LPC_ORDER], count = 0;
 183     const int is8 = sce->ics.window_sequence[0] == EIGHT_SHORT_SEQUENCE;
 184     const int tns_max_order = is8 ? 7 : s->profile == FF_PROFILE_AAC_LOW ? 12 : TNS_MAX_ORDER;
 185     const float freq_mult = mpeg4audio_sample_rates[s->samplerate_index]/(1024.0f/sce->ics.num_windows)/2.0f;
 186     float max_coef = 0.0f;
 187
 188     sce->tns.present = 0;
 189     return;
 190
 191     for (coef_start = 0; coef_start < 1024; coef_start++)
 192         max_coef = FFMAX(max_coef, sce->pcoeffs[coef_start]);
 193
 194     for (w = 0; w < sce->ics.num_windows; w++) {
 195         int filters = 1, start = 0, coef_len = 0;
 196         int32_t conv_coeff[1024] = {0};
 197         int32_t coefs_t[MAX_LPC_ORDER][MAX_LPC_ORDER] = {{0}};
 198
 199         /* Determine start sfb + coef - excludes anything below threshold */
 200         for (g = 0;  g < sce->ics.num_swb; g++) {
 201             if (start*freq_mult > TNS_LOW_LIMIT) {
 202                 sfb_start = w*16+g;
 203                 sfb_len   = (w+1)*16 + g - sfb_start;
 204                 coef_start = sce->ics.swb_offset[sfb_start];
 205                 coef_len  = sce->ics.swb_offset[sfb_start + sfb_len] - coef_start;
 206                 break;
 207             }
 208             start += sce->ics.swb_sizes[g];
 209         }
 210
 211         if (coef_len <= 0)
 212             continue;
 213
 214         conv_to_int32(conv_coeff, &sce->pcoeffs[coef_start], coef_len, max_coef);
 215
 216         /* LPC */
 217         order = ff_lpc_calc_coefs(&s->lpc, conv_coeff, coef_len,
 218                                   TNS_MIN_PRED_ORDER, tns_max_order,
 219                                   32, coefs_t, shift,
 220                                   FF_LPC_TYPE_LEVINSON, 10,
 221                                   ORDER_METHOD_EST, MAX_LPC_SHIFT, 0) - 1;
 222
 223         /* Works surprisingly well, remember to tweak MAX_LPC_SHIFT if you want to play around with this */
 224         if (shift[order] > 3) {
 225             int direction = 0;
 226             float tns_coefs_raw[TNS_MAX_ORDER];
 227             tns->n_filt[w] = filters++;
 228             conv_to_float(tns_coefs_raw, coefs_t[order], order);
 229             for (g = 0; g < tns->n_filt[w]; g++) {
 230                 process_tns_coeffs(tns, tns_coefs_raw, order, w, g);
 231                 apply_tns_filter(&sce->coeffs[coef_start], sce->pcoeffs, order, direction, tns->coef[w][g],
 232                                  sce->ics.ltp.present, w, g, coef_start, coef_len);
 233                 tns->order[w][g]     = order;
 234                 tns->length[w][g]    = sfb_len;
 235                 tns->direction[w][g] = direction;
 236             }
 237             count++;
 238         }
 239     }
 240
 241     sce->tns.present = !!count;
 242 }