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 /*
  35  * Shifts the values as well if compression is possible.
  36  */
  37 static inline int compress_coeffs(int *coef, int order, int c_bits)
  38 {
  39     int i, res = 0;
  40     const int low_idx   = c_bits ?  4 : 2;
  41     const int shift_val = c_bits ?  8 : 4;
  42     const int high_idx  = c_bits ? 11 : 5;
  43     for (i = 0; i < order; i++)
  44         if (coef[i] < low_idx || coef[i] > high_idx)
  45             res++;
  46     if (res == order)
  47         for (i = 0; i < order; i++)
  48             coef[i] -= (coef[i] > high_idx) ? shift_val : 0;
  49     return res == order;
  50 }
  51
  52 /**
  53  * Encode TNS data.
  54  * Coefficient compression saves a single bit per coefficient.
  55  */
  56 void ff_aac_encode_tns_info(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
  57 {
  58     int i, w, filt, coef_len, coef_compress = 0;
  59     const int is8 = sce->ics.window_sequence[0] == EIGHT_SHORT_SEQUENCE;
  60     TemporalNoiseShaping *tns = &sce->tns;
  61     const int c_bits = is8 ? TNS_Q_BITS_SHORT == 4 : TNS_Q_BITS == 4;
  62
  63     if (!sce->tns.present)
  64         return;
  65
  66     for (i = 0; i < sce->ics.num_windows; i++) {
  67         put_bits(&s->pb, 2 - is8, sce->tns.n_filt[i]);
  68         if (tns->n_filt[i]) {
  69             put_bits(&s->pb, 1, c_bits);
  70             for (filt = 0; filt < tns->n_filt[i]; filt++) {
  71                 put_bits(&s->pb, 6 - 2 * is8, tns->length[i][filt]);
  72                 put_bits(&s->pb, 5 - 2 * is8, tns->order[i][filt]);
  73                 if (tns->order[i][filt]) {
  74                     coef_compress = compress_coeffs(tns->coef_idx[i][filt],
  75                                                     tns->order[i][filt], c_bits);
  76                     put_bits(&s->pb, 1, !!tns->direction[i][filt]);
  77                     put_bits(&s->pb, 1, !!coef_compress);
  78                     coef_len = c_bits + 3 - coef_compress;
  79                     for (w = 0; w < tns->order[i][filt]; w++)
  80                         put_bits(&s->pb, coef_len, tns->coef_idx[i][filt][w]);
  81                 }
  82             }
  83         }
  84     }
  85 }
  86
  87 /* Apply TNS filter */
  88 void ff_aac_apply_tns(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
  89 {
  90     TemporalNoiseShaping *tns = &sce->tns;
  91     IndividualChannelStream *ics = &sce->ics;
  92     int w, filt, m, i, top, order, bottom, start, end, size, inc;
  93     const int mmm = FFMIN(ics->tns_max_bands, ics->max_sfb);
  94     float lpc[TNS_MAX_ORDER];
  95
  96     for (w = 0; w < ics->num_windows; w++) {
  97         bottom = ics->num_swb;
  98         for (filt = 0; filt < tns->n_filt[w]; filt++) {
  99             top    = bottom;
 100             bottom = FFMAX(0, top - tns->length[w][filt]);
 101             order  = tns->order[w][filt];
 102             if (order == 0)
 103                 continue;
 104
 105             // tns_decode_coef
 106             compute_lpc_coefs(tns->coef[w][filt], order, lpc, 0, 0, 0);
 107
 108             start = ics->swb_offset[FFMIN(bottom, mmm)];
 109             end   = ics->swb_offset[FFMIN(   top, mmm)];
 110             if ((size = end - start) <= 0)
 111                 continue;
 112             if (tns->direction[w][filt]) {
 113                 inc = -1;
 114                 start = end - 1;
 115             } else {
 116                 inc = 1;
 117             }
 118             start += w * 128;
 119
 120             // ar filter
 121             for (m = 0; m < size; m++, start += inc)
 122                 for (i = 1; i <= FFMIN(m, order); i++)
 123                     sce->coeffs[start] += lpc[i-1]*sce->pcoeffs[start - i*inc];
 124         }
 125     }
 126 }
 127
 128 /*
 129  * c_bits - 1 if 4 bit coefficients, 0 if 3 bit coefficients
 130  */
 131 static inline void quantize_coefs(double *coef, int *idx, float *lpc, int order,
 132                                   int c_bits)
 133 {
 134     int i;
 135     const float *quant_arr = tns_tmp2_map[c_bits];
 136     for (i = 0; i < order; i++) {
 137         idx[i] = quant_array_idx((float)coef[i], quant_arr, c_bits ? 16 : 8);
 138         lpc[i] = quant_arr[idx[i]];
 139     }
 140 }
 141
 142 /*
 143  * 3 bits per coefficient with 8 short windows
 144  */
 145 void ff_aac_search_for_tns(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
 146 {
 147     TemporalNoiseShaping *tns = &sce->tns;
 148     int w, w2, g, count = 0;
 149     const int mmm = FFMIN(sce->ics.tns_max_bands, sce->ics.max_sfb);
 150     const int is8 = sce->ics.window_sequence[0] == EIGHT_SHORT_SEQUENCE;
 151     const int c_bits = is8 ? TNS_Q_BITS_SHORT == 4 : TNS_Q_BITS == 4;
 152
 153     int sfb_start = av_clip(tns_min_sfb[is8][s->samplerate_index], 0, mmm);
 154     int sfb_end   = av_clip(sce->ics.num_swb, 0, mmm);
 155
 156     for (w = 0; w < sce->ics.num_windows; w++) {
 157         int use_tns;
 158         int order = is8 ? 5 : s->profile == FF_PROFILE_AAC_LOW ? 12 : TNS_MAX_ORDER;
 159         int coef_start = w*sce->ics.num_swb + sce->ics.swb_offset[sfb_start];
 160         int coef_len = sce->ics.swb_offset[sfb_end] - sce->ics.swb_offset[sfb_start];
 161         float e_ratio = 0.0f, threshold = 0.0f, spread = 0.0f, en[2] = {0.0, 0.0f};
 162         double gain = 0.0f, coefs[MAX_LPC_ORDER] = {0};
 163
 164         for (g = 0;  g < sce->ics.num_swb; g++) {
 165             if (w*16+g < sfb_start || w*16+g > sfb_end)
 166                 continue;
 167             for (w2 = 0; w2 < sce->ics.group_len[w]; w2++) {
 168                 FFPsyBand *band = &s->psy.ch[s->cur_channel].psy_bands[(w+w2)*16+g];
 169                 if ((w+w2)*16+g > sfb_start + ((sfb_end - sfb_start)/2))
 170                     en[1] += band->energy;
 171                 else
 172                     en[0] += band->energy;
 173                 threshold += band->threshold;
 174                 spread    += band->spread;
 175             }
 176         }
 177
 178         if (coef_len <= 0 || (sfb_end - sfb_start) <= 0)
 179             continue;
 180
 181         /* LPC */
 182         gain = ff_lpc_calc_ref_coefs_f(&s->lpc, &sce->coeffs[coef_start],
 183                                        coef_len, order, coefs);
 184
 185         if (!order || gain < TNS_GAIN_THRESHOLD_LOW || gain > TNS_GAIN_THRESHOLD_HIGH)
 186             use_tns = 0;
 187         else if ((en[0]+en[1]) < TNS_GAIN_THRESHOLD_LOW*threshold || spread < TNS_SPREAD_THRESHOLD)
 188             use_tns = 0;
 189         else
 190             use_tns = 1;
 191
 192         if (use_tns) {
 193             e_ratio = en[0]/en[1];
 194             if (is8 || order < 2 || (e_ratio > TNS_E_RATIO_LOW && e_ratio < TNS_E_RATIO_HIGH)) {
 195                 tns->n_filt[w] = 1;
 196                 for (g = 0; g < tns->n_filt[w]; g++) {
 197                     tns->length[w][g] = sfb_end - sfb_start;
 198                     tns->direction[w][g] = en[0] < en[1];
 199                     tns->order[w][g] = order;
 200                     quantize_coefs(coefs, tns->coef_idx[w][g], tns->coef[w][g],
 201                                    order, c_bits);
 202                 }
 203             } else {  /* 2 filters due to energy disbalance */
 204                 tns->n_filt[w] = 2;
 205                 for (g = 0; g < tns->n_filt[w]; g++) {
 206                     tns->direction[w][g] = en[g] < en[!g];
 207                     tns->order[w][g] = !g ? order/2 : order - tns->order[w][g-1];
 208                     tns->length[w][g] = !g ? (sfb_end - sfb_start)/2 : \
 209                                     (sfb_end - sfb_start) - tns->length[w][g-1];
 210                     quantize_coefs(&coefs[!g ? 0 : order - tns->order[w][g-1]],
 211                                    tns->coef_idx[w][g], tns->coef[w][g],
 212                                    tns->order[w][g], c_bits);
 213                 }
 214             }
 215             count++;
 216         }
 217     }
 218     sce->tns.present = !!count;
 219 }