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 /* Define this to save a bit, be warned decoders can't deal with it
  35  * so it is not lossless despite what the specifications say */
  36 // #define TNS_ENABLE_COEF_COMPRESSION
  37
  38 static inline int compress_coeffs(int *coef, int order, int c_bits)
  39 {
  40     int i;
  41     const int low_idx   = c_bits ?  4 : 2;
  42     const int shift_val = c_bits ?  8 : 4;
  43     const int high_idx  = c_bits ? 11 : 5;
  44 #ifndef TNS_ENABLE_COEF_COMPRESSION
  45     return 0;
  46 #endif /* TNS_ENABLE_COEF_COMPRESSION */
  47     for (i = 0; i < order; i++)
  48         if (coef[i] >= low_idx && coef[i] <= high_idx)
  49             return 0;
  50     for (i = 0; i < order; i++)
  51         coef[i] -= (coef[i] > high_idx) ? shift_val : 0;
  52     return 1;
  53 }
  54
  55 /**
  56  * Encode TNS data.
  57  * Coefficient compression is simply not lossless as it should be
  58  * on any decoder tested and as such is not active.
  59  */
  60 void ff_aac_encode_tns_info(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
  61 {
  62     int i, w, filt, coef_compress = 0, coef_len;
  63     TemporalNoiseShaping *tns = &sce->tns;
  64     const int is8 = sce->ics.window_sequence[0] == EIGHT_SHORT_SEQUENCE;
  65     const int c_bits = is8 ? TNS_Q_BITS_IS8 == 4 : TNS_Q_BITS == 4;
  66
  67     if (!sce->tns.present)
  68         return;
  69
  70     for (i = 0; i < sce->ics.num_windows; i++) {
  71         put_bits(&s->pb, 2 - is8, sce->tns.n_filt[i]);
  72         if (!tns->n_filt[i])
  73             continue;
  74         put_bits(&s->pb, 1, c_bits);
  75         for (filt = 0; filt < tns->n_filt[i]; filt++) {
  76             put_bits(&s->pb, 6 - 2 * is8, tns->length[i][filt]);
  77             put_bits(&s->pb, 5 - 2 * is8, tns->order[i][filt]);
  78             if (!tns->order[i][filt])
  79                 continue;
  80             put_bits(&s->pb, 1, tns->direction[i][filt]);
  81             coef_compress = compress_coeffs(tns->coef_idx[i][filt],
  82                                             tns->order[i][filt], c_bits);
  83             put_bits(&s->pb, 1, coef_compress);
  84             coef_len = c_bits + 3 - coef_compress;
  85             for (w = 0; w < tns->order[i][filt]; w++)
  86                 put_bits(&s->pb, coef_len, tns->coef_idx[i][filt][w]);
  87         }
  88     }
  89 }
  90
  91 /* Apply TNS filter */
  92 void ff_aac_apply_tns(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
  93 {
  94     TemporalNoiseShaping *tns = &sce->tns;
  95     IndividualChannelStream *ics = &sce->ics;
  96     int w, filt, m, i, top, order, bottom, start, end, size, inc;
  97     const int mmm = FFMIN(ics->tns_max_bands, ics->max_sfb);
  98     float lpc[TNS_MAX_ORDER], tmp[TNS_MAX_ORDER+1];
  99
 100     for (w = 0; w < ics->num_windows; w++) {
 101         bottom = ics->num_swb;
 102         for (filt = 0; filt < tns->n_filt[w]; filt++) {
 103             top    = bottom;
 104             bottom = FFMAX(0, top - tns->length[w][filt]);
 105             order  = tns->order[w][filt];
 106             if (order == 0)
 107                 continue;
 108
 109             // tns_decode_coef
 110             compute_lpc_coefs(tns->coef[w][filt], order, lpc, 0, 0, 0);
 111
 112             start = ics->swb_offset[FFMIN(bottom, mmm)];
 113             end   = ics->swb_offset[FFMIN(   top, mmm)];
 114             if ((size = end - start) <= 0)
 115                 continue;
 116             if (tns->direction[w][filt]) {
 117                 inc = -1;
 118                 start = end - 1;
 119             } else {
 120                 inc = 1;
 121             }
 122             start += w * 128;
 123
 124             if (!s->options.ltp) {     // ar filter
 125                 for (m = 0; m < size; m++, start += inc) {
 126                     for (i = 1; i <= FFMIN(m, order); i++) {
 127                         sce->coeffs[start] += lpc[i-1]*sce->pcoeffs[start - i*inc];
 128                     }
 129                 }
 130             } else {                   // ma filter
 131                 for (m = 0; m < size; m++, start += inc) {
 132                     tmp[0] = sce->pcoeffs[start];
 133                     for (i = 1; i <= FFMIN(m, order); i++)
 134                         sce->coeffs[start] += lpc[i-1]*tmp[i];
 135                     for (i = order; i > 0; i--)
 136                         tmp[i] = tmp[i - 1];
 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((float)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     const int mmm = FFMIN(sce->ics.tns_max_bands, sce->ics.max_sfb);
 165     const int is8 = sce->ics.window_sequence[0] == EIGHT_SHORT_SEQUENCE;
 166     const int c_bits = is8 ? TNS_Q_BITS_SHORT == 4 : TNS_Q_BITS == 4;
 167
 168     int sfb_start = av_clip(tns_min_sfb[is8][s->samplerate_index], 0, mmm);
 169     int sfb_end   = av_clip(sce->ics.num_swb, 0, mmm);
 170
 171     for (w = 0; w < sce->ics.num_windows; w++) {
 172         int use_tns;
 173         int order = is8 ? 5 : s->profile == FF_PROFILE_AAC_LOW ? 12 : TNS_MAX_ORDER;
 174         int coef_start = w*sce->ics.num_swb + sce->ics.swb_offset[sfb_start];
 175         int coef_len = sce->ics.swb_offset[sfb_end] - sce->ics.swb_offset[sfb_start];
 176         float e_ratio = 0.0f, threshold = 0.0f, spread = 0.0f, en[2] = {0.0, 0.0f};
 177         double gain = 0.0f, coefs[MAX_LPC_ORDER] = {0};
 178
 179         for (g = 0;  g < sce->ics.num_swb; g++) {
 180             if (w*16+g < sfb_start || w*16+g > sfb_end)
 181                 continue;
 182             for (w2 = 0; w2 < sce->ics.group_len[w]; w2++) {
 183                 FFPsyBand *band = &s->psy.ch[s->cur_channel].psy_bands[(w+w2)*16+g];
 184                 if ((w+w2)*16+g > sfb_start + ((sfb_end - sfb_start)/2))
 185                     en[1] += band->energy;
 186                 else
 187                     en[0] += band->energy;
 188                 threshold += band->threshold;
 189                 spread    += band->spread;
 190             }
 191         }
 192
 193         if (coef_len <= 0 || (sfb_end - sfb_start) <= 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             use_tns = 0;
 202         else if ((en[0]+en[1]) < TNS_GAIN_THRESHOLD_LOW*threshold || spread < TNS_SPREAD_THRESHOLD)
 203             use_tns = 0;
 204         else
 205             use_tns = 1;
 206
 207         if (use_tns) {
 208             e_ratio = en[0]/en[1];
 209             if (is8 || order < 2 || (e_ratio > TNS_E_RATIO_LOW && e_ratio < TNS_E_RATIO_HIGH)) {
 210                 tns->n_filt[w] = 1;
 211                 for (g = 0; g < tns->n_filt[w]; g++) {
 212                     tns->length[w][g] = sfb_end - sfb_start;
 213                     tns->direction[w][g] = en[0] < en[1];
 214                     tns->order[w][g] = order;
 215                     quantize_coefs(coefs, tns->coef_idx[w][g], tns->coef[w][g],
 216                                    order, c_bits);
 217                 }
 218             } else {  /* 2 filters due to energy disbalance */
 219                 tns->n_filt[w] = 2;
 220                 for (g = 0; g < tns->n_filt[w]; g++) {
 221                     tns->direction[w][g] = en[g] < en[!g];
 222                     tns->order[w][g] = !g ? order/2 : order - tns->order[w][g-1];
 223                     tns->length[w][g] = !g ? (sfb_end - sfb_start)/2 : \
 224                                     (sfb_end - sfb_start) - tns->length[w][g-1];
 225                     quantize_coefs(&coefs[!g ? 0 : order - tns->order[w][g-1]],
 226                                    tns->coef_idx[w][g], tns->coef[w][g],
 227                                    tns->order[w][g], c_bits);
 228                 }
 229             }
 230             count++;
 231         }
 232     }
 233     sce->tns.present = !!count;
 234 }