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