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

   1 /*
   2  * AAC Spectral Band Replication decoding functions
   3  * Copyright (c) 2008-2009 Robert Swain ( rob opendot cl )
   4  * Copyright (c) 2009-2010 Alex Converse <alex.converse@gmail.com>
   5  *
   6  * This file is part of FFmpeg.
   7  *
   8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  10  * License as published by the Free Software Foundation; either
  11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * Lesser General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  21  */
  22
  23 /**
  24  * @file
  25  * AAC Spectral Band Replication decoding functions
  26  * @author Robert Swain ( rob opendot cl )
  27  */
  28 #define USE_FIXED 0
  29
  30 #include "aac.h"
  31 #include "sbr.h"
  32 #include "aacsbr.h"
  33 #include "aacsbrdata.h"
  34 #include "aacsbr_tablegen.h"
  35 #include "fft.h"
  36 #include "aacps.h"
  37 #include "sbrdsp.h"
  38 #include "libavutil/internal.h"
  39 #include "libavutil/libm.h"
  40 #include "libavutil/avassert.h"
  41
  42 #include <stdint.h>
  43 #include <float.h>
  44 #include <math.h>
  45
  46 #if ARCH_MIPS
  47 #include "mips/aacsbr_mips.h"
  48 #endif /* ARCH_MIPS */
  49
  50 static VLC vlc_sbr[10];
  51 static void aacsbr_func_ptr_init(AACSBRContext *c);
  52
  53 static void make_bands(int16_t* bands, int start, int stop, int num_bands)
  54 {
  55     int k, previous, present;
  56     float base, prod;
  57
  58     base = powf((float)stop / start, 1.0f / num_bands);
  59     prod = start;
  60     previous = start;
  61
  62     for (k = 0; k < num_bands-1; k++) {
  63         prod *= base;
  64         present  = lrintf(prod);
  65         bands[k] = present - previous;
  66         previous = present;
  67     }
  68     bands[num_bands-1] = stop - previous;
  69 }
  70
  71 /// Dequantization and stereo decoding (14496-3 sp04 p203)
  72 static void sbr_dequant(SpectralBandReplication *sbr, int id_aac)
  73 {
  74     int k, e;
  75     int ch;
  76
  77     if (id_aac == TYPE_CPE && sbr->bs_coupling) {
  78         float alpha      = sbr->data[0].bs_amp_res ?  1.0f :  0.5f;
  79         float pan_offset = sbr->data[0].bs_amp_res ? 12.0f : 24.0f;
  80         for (e = 1; e <= sbr->data[0].bs_num_env; e++) {
  81             for (k = 0; k < sbr->n[sbr->data[0].bs_freq_res[e]]; k++) {
  82                 float temp1 = exp2f(sbr->data[0].env_facs[e][k] * alpha + 7.0f);
  83                 float temp2 = exp2f((pan_offset - sbr->data[1].env_facs[e][k]) * alpha);
  84                 float fac;
  85                 if (temp1 > 1E20) {
  86                     av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "envelope scalefactor overflow in dequant\n");
  87                     temp1 = 1;
  88                 }
  89                 fac   = temp1 / (1.0f + temp2);
  90                 sbr->data[0].env_facs[e][k] = fac;
  91                 sbr->data[1].env_facs[e][k] = fac * temp2;
  92             }
  93         }
  94         for (e = 1; e <= sbr->data[0].bs_num_noise; e++) {
  95             for (k = 0; k < sbr->n_q; k++) {
  96                 float temp1 = exp2f(NOISE_FLOOR_OFFSET - sbr->data[0].noise_facs[e][k] + 1);
  97                 float temp2 = exp2f(12 - sbr->data[1].noise_facs[e][k]);
  98                 float fac;
  99                 if (temp1 > 1E20) {
 100                     av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "envelope scalefactor overflow in dequant\n");
 101                     temp1 = 1;
 102                 }
 103                 fac = temp1 / (1.0f + temp2);
 104                 sbr->data[0].noise_facs[e][k] = fac;
 105                 sbr->data[1].noise_facs[e][k] = fac * temp2;
 106             }
 107         }
 108     } else { // SCE or one non-coupled CPE
 109         for (ch = 0; ch < (id_aac == TYPE_CPE) + 1; ch++) {
 110             float alpha = sbr->data[ch].bs_amp_res ? 1.0f : 0.5f;
 111             for (e = 1; e <= sbr->data[ch].bs_num_env; e++)
 112                 for (k = 0; k < sbr->n[sbr->data[ch].bs_freq_res[e]]; k++){
 113                     sbr->data[ch].env_facs[e][k] =
 114                         exp2f(alpha * sbr->data[ch].env_facs[e][k] + 6.0f);
 115                     if (sbr->data[ch].env_facs[e][k] > 1E20) {
 116                         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "envelope scalefactor overflow in dequant\n");
 117                         sbr->data[ch].env_facs[e][k] = 1;
 118                     }
 119                 }
 120
 121             for (e = 1; e <= sbr->data[ch].bs_num_noise; e++)
 122                 for (k = 0; k < sbr->n_q; k++)
 123                     sbr->data[ch].noise_facs[e][k] =
 124                         exp2f(NOISE_FLOOR_OFFSET - sbr->data[ch].noise_facs[e][k]);
 125         }
 126     }
 127 }
 128
 129 /** High Frequency Generation (14496-3 sp04 p214+) and Inverse Filtering
 130  * (14496-3 sp04 p214)
 131  * Warning: This routine does not seem numerically stable.
 132  */
 133 static void sbr_hf_inverse_filter(SBRDSPContext *dsp,
 134                                   float (*alpha0)[2], float (*alpha1)[2],
 135                                   const float X_low[32][40][2], int k0)
 136 {
 137     int k;
 138     for (k = 0; k < k0; k++) {
 139         LOCAL_ALIGNED_16(float, phi, [3], [2][2]);
 140         float dk;
 141
 142         dsp->autocorrelate(X_low[k], phi);
 143
 144         dk =  phi[2][1][0] * phi[1][0][0] -
 145              (phi[1][1][0] * phi[1][1][0] + phi[1][1][1] * phi[1][1][1]) / 1.000001f;
 146
 147         if (!dk) {
 148             alpha1[k][0] = 0;
 149             alpha1[k][1] = 0;
 150         } else {
 151             float temp_real, temp_im;
 152             temp_real = phi[0][0][0] * phi[1][1][0] -
 153                         phi[0][0][1] * phi[1][1][1] -
 154                         phi[0][1][0] * phi[1][0][0];
 155             temp_im   = phi[0][0][0] * phi[1][1][1] +
 156                         phi[0][0][1] * phi[1][1][0] -
 157                         phi[0][1][1] * phi[1][0][0];
 158
 159             alpha1[k][0] = temp_real / dk;
 160             alpha1[k][1] = temp_im   / dk;
 161         }
 162
 163         if (!phi[1][0][0]) {
 164             alpha0[k][0] = 0;
 165             alpha0[k][1] = 0;
 166         } else {
 167             float temp_real, temp_im;
 168             temp_real = phi[0][0][0] + alpha1[k][0] * phi[1][1][0] +
 169                                        alpha1[k][1] * phi[1][1][1];
 170             temp_im   = phi[0][0][1] + alpha1[k][1] * phi[1][1][0] -
 171                                        alpha1[k][0] * phi[1][1][1];
 172
 173             alpha0[k][0] = -temp_real / phi[1][0][0];
 174             alpha0[k][1] = -temp_im   / phi[1][0][0];
 175         }
 176
 177         if (alpha1[k][0] * alpha1[k][0] + alpha1[k][1] * alpha1[k][1] >= 16.0f ||
 178            alpha0[k][0] * alpha0[k][0] + alpha0[k][1] * alpha0[k][1] >= 16.0f) {
 179             alpha1[k][0] = 0;
 180             alpha1[k][1] = 0;
 181             alpha0[k][0] = 0;
 182             alpha0[k][1] = 0;
 183         }
 184     }
 185 }
 186
 187 /// Chirp Factors (14496-3 sp04 p214)
 188 static void sbr_chirp(SpectralBandReplication *sbr, SBRData *ch_data)
 189 {
 190     int i;
 191     float new_bw;
 192     static const float bw_tab[] = { 0.0f, 0.75f, 0.9f, 0.98f };
 193
 194     for (i = 0; i < sbr->n_q; i++) {
 195         if (ch_data->bs_invf_mode[0][i] + ch_data->bs_invf_mode[1][i] == 1) {
 196             new_bw = 0.6f;
 197         } else
 198             new_bw = bw_tab[ch_data->bs_invf_mode[0][i]];
 199
 200         if (new_bw < ch_data->bw_array[i]) {
 201             new_bw = 0.75f    * new_bw + 0.25f    * ch_data->bw_array[i];
 202         } else
 203             new_bw = 0.90625f * new_bw + 0.09375f * ch_data->bw_array[i];
 204         ch_data->bw_array[i] = new_bw < 0.015625f ? 0.0f : new_bw;
 205     }
 206 }
 207
 208 /**
 209  * Calculation of levels of additional HF signal components (14496-3 sp04 p219)
 210  * and Calculation of gain (14496-3 sp04 p219)
 211  */
 212 static void sbr_gain_calc(AACContext *ac, SpectralBandReplication *sbr,
 213                           SBRData *ch_data, const int e_a[2])
 214 {
 215     int e, k, m;
 216     // max gain limits : -3dB, 0dB, 3dB, inf dB (limiter off)
 217     static const float limgain[4] = { 0.70795, 1.0, 1.41254, 10000000000 };
 218
 219     for (e = 0; e < ch_data->bs_num_env; e++) {
 220         int delta = !((e == e_a[1]) || (e == e_a[0]));
 221         for (k = 0; k < sbr->n_lim; k++) {
 222             float gain_boost, gain_max;
 223             float sum[2] = { 0.0f, 0.0f };
 224             for (m = sbr->f_tablelim[k] - sbr->kx[1]; m < sbr->f_tablelim[k + 1] - sbr->kx[1]; m++) {
 225                 const float temp = sbr->e_origmapped[e][m] / (1.0f + sbr->q_mapped[e][m]);
 226                 sbr->q_m[e][m] = sqrtf(temp * sbr->q_mapped[e][m]);
 227                 sbr->s_m[e][m] = sqrtf(temp * ch_data->s_indexmapped[e + 1][m]);
 228                 if (!sbr->s_mapped[e][m]) {
 229                     sbr->gain[e][m] = sqrtf(sbr->e_origmapped[e][m] /
 230                                             ((1.0f + sbr->e_curr[e][m]) *
 231                                              (1.0f + sbr->q_mapped[e][m] * delta)));
 232                 } else {
 233                     sbr->gain[e][m] = sqrtf(sbr->e_origmapped[e][m] * sbr->q_mapped[e][m] /
 234                                             ((1.0f + sbr->e_curr[e][m]) *
 235                                              (1.0f + sbr->q_mapped[e][m])));
 236                 }
 237             }
 238             for (m = sbr->f_tablelim[k] - sbr->kx[1]; m < sbr->f_tablelim[k + 1] - sbr->kx[1]; m++) {
 239                 sum[0] += sbr->e_origmapped[e][m];
 240                 sum[1] += sbr->e_curr[e][m];
 241             }
 242             gain_max = limgain[sbr->bs_limiter_gains] * sqrtf((FLT_EPSILON + sum[0]) / (FLT_EPSILON + sum[1]));
 243             gain_max = FFMIN(100000.f, gain_max);
 244             for (m = sbr->f_tablelim[k] - sbr->kx[1]; m < sbr->f_tablelim[k + 1] - sbr->kx[1]; m++) {
 245                 float q_m_max   = sbr->q_m[e][m] * gain_max / sbr->gain[e][m];
 246                 sbr->q_m[e][m]  = FFMIN(sbr->q_m[e][m], q_m_max);
 247                 sbr->gain[e][m] = FFMIN(sbr->gain[e][m], gain_max);
 248             }
 249             sum[0] = sum[1] = 0.0f;
 250             for (m = sbr->f_tablelim[k] - sbr->kx[1]; m < sbr->f_tablelim[k + 1] - sbr->kx[1]; m++) {
 251                 sum[0] += sbr->e_origmapped[e][m];
 252                 sum[1] += sbr->e_curr[e][m] * sbr->gain[e][m] * sbr->gain[e][m]
 253                           + sbr->s_m[e][m] * sbr->s_m[e][m]
 254                           + (delta && !sbr->s_m[e][m]) * sbr->q_m[e][m] * sbr->q_m[e][m];
 255             }
 256             gain_boost = sqrtf((FLT_EPSILON + sum[0]) / (FLT_EPSILON + sum[1]));
 257             gain_boost = FFMIN(1.584893192f, gain_boost);
 258             for (m = sbr->f_tablelim[k] - sbr->kx[1]; m < sbr->f_tablelim[k + 1] - sbr->kx[1]; m++) {
 259                 sbr->gain[e][m] *= gain_boost;
 260                 sbr->q_m[e][m]  *= gain_boost;
 261                 sbr->s_m[e][m]  *= gain_boost;
 262             }
 263         }
 264     }
 265 }
 266
 267 /// Assembling HF Signals (14496-3 sp04 p220)
 268 static void sbr_hf_assemble(float Y1[38][64][2],
 269                             const float X_high[64][40][2],
 270                             SpectralBandReplication *sbr, SBRData *ch_data,
 271                             const int e_a[2])
 272 {
 273     int e, i, j, m;
 274     const int h_SL = 4 * !sbr->bs_smoothing_mode;
 275     const int kx = sbr->kx[1];
 276     const int m_max = sbr->m[1];
 277     static const float h_smooth[5] = {
 278         0.33333333333333,
 279         0.30150283239582,
 280         0.21816949906249,
 281         0.11516383427084,
 282         0.03183050093751,
 283     };
 284     float (*g_temp)[48] = ch_data->g_temp, (*q_temp)[48] = ch_data->q_temp;
 285     int indexnoise = ch_data->f_indexnoise;
 286     int indexsine  = ch_data->f_indexsine;
 287
 288     if (sbr->reset) {
 289         for (i = 0; i < h_SL; i++) {
 290             memcpy(g_temp[i + 2*ch_data->t_env[0]], sbr->gain[0], m_max * sizeof(sbr->gain[0][0]));
 291             memcpy(q_temp[i + 2*ch_data->t_env[0]], sbr->q_m[0],  m_max * sizeof(sbr->q_m[0][0]));
 292         }
 293     } else if (h_SL) {
 294         for (i = 0; i < 4; i++) {
 295             memcpy(g_temp[i + 2 * ch_data->t_env[0]],
 296                    g_temp[i + 2 * ch_data->t_env_num_env_old],
 297                    sizeof(g_temp[0]));
 298             memcpy(q_temp[i + 2 * ch_data->t_env[0]],
 299                    q_temp[i + 2 * ch_data->t_env_num_env_old],
 300                    sizeof(q_temp[0]));
 301         }
 302     }
 303
 304     for (e = 0; e < ch_data->bs_num_env; e++) {
 305         for (i = 2 * ch_data->t_env[e]; i < 2 * ch_data->t_env[e + 1]; i++) {
 306             memcpy(g_temp[h_SL + i], sbr->gain[e], m_max * sizeof(sbr->gain[0][0]));
 307             memcpy(q_temp[h_SL + i], sbr->q_m[e],  m_max * sizeof(sbr->q_m[0][0]));
 308         }
 309     }
 310
 311     for (e = 0; e < ch_data->bs_num_env; e++) {
 312         for (i = 2 * ch_data->t_env[e]; i < 2 * ch_data->t_env[e + 1]; i++) {
 313             LOCAL_ALIGNED_16(float, g_filt_tab, [48]);
 314             LOCAL_ALIGNED_16(float, q_filt_tab, [48]);
 315             float *g_filt, *q_filt;
 316
 317             if (h_SL && e != e_a[0] && e != e_a[1]) {
 318                 g_filt = g_filt_tab;
 319                 q_filt = q_filt_tab;
 320                 for (m = 0; m < m_max; m++) {
 321                     const int idx1 = i + h_SL;
 322                     g_filt[m] = 0.0f;
 323                     q_filt[m] = 0.0f;
 324                     for (j = 0; j <= h_SL; j++) {
 325                         g_filt[m] += g_temp[idx1 - j][m] * h_smooth[j];
 326                         q_filt[m] += q_temp[idx1 - j][m] * h_smooth[j];
 327                     }
 328                 }
 329             } else {
 330                 g_filt = g_temp[i + h_SL];
 331                 q_filt = q_temp[i];
 332             }
 333
 334             sbr->dsp.hf_g_filt(Y1[i] + kx, X_high + kx, g_filt, m_max,
 335                                i + ENVELOPE_ADJUSTMENT_OFFSET);
 336
 337             if (e != e_a[0] && e != e_a[1]) {
 338                 sbr->dsp.hf_apply_noise[indexsine](Y1[i] + kx, sbr->s_m[e],
 339                                                    q_filt, indexnoise,
 340                                                    kx, m_max);
 341             } else {
 342                 int idx = indexsine&1;
 343                 int A = (1-((indexsine+(kx & 1))&2));
 344                 int B = (A^(-idx)) + idx;
 345                 float *out = &Y1[i][kx][idx];
 346                 float *in  = sbr->s_m[e];
 347                 for (m = 0; m+1 < m_max; m+=2) {
 348                     out[2*m  ] += in[m  ] * A;
 349                     out[2*m+2] += in[m+1] * B;
 350                 }
 351                 if(m_max&1)
 352                     out[2*m  ] += in[m  ] * A;
 353             }
 354             indexnoise = (indexnoise + m_max) & 0x1ff;
 355             indexsine = (indexsine + 1) & 3;
 356         }
 357     }
 358     ch_data->f_indexnoise = indexnoise;
 359     ch_data->f_indexsine  = indexsine;
 360 }
 361
 362 #include "aacsbr_template.c"