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_q[e][k] + 1);
  97                 float temp2 = exp2f(12 - sbr->data[1].noise_facs_q[e][k]);
  98                 float fac;
  99                 av_assert0(temp1 <= 1E20);
 100                 fac = temp1 / (1.0f + temp2);
 101                 sbr->data[0].noise_facs[e][k] = fac;
 102                 sbr->data[1].noise_facs[e][k] = fac * temp2;
 103             }
 104         }
 105     } else { // SCE or one non-coupled CPE
 106         for (ch = 0; ch < (id_aac == TYPE_CPE) + 1; ch++) {
 107             float alpha = sbr->data[ch].bs_amp_res ? 1.0f : 0.5f;
 108             for (e = 1; e <= sbr->data[ch].bs_num_env; e++)
 109                 for (k = 0; k < sbr->n[sbr->data[ch].bs_freq_res[e]]; k++){
 110                     sbr->data[ch].env_facs[e][k] =
 111                         exp2f(alpha * sbr->data[ch].env_facs[e][k] + 6.0f);
 112                     if (sbr->data[ch].env_facs[e][k] > 1E20) {
 113                         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "envelope scalefactor overflow in dequant\n");
 114                         sbr->data[ch].env_facs[e][k] = 1;
 115                     }
 116                 }
 117
 118             for (e = 1; e <= sbr->data[ch].bs_num_noise; e++)
 119                 for (k = 0; k < sbr->n_q; k++)
 120                     sbr->data[ch].noise_facs[e][k] =
 121                         exp2f(NOISE_FLOOR_OFFSET - sbr->data[ch].noise_facs_q[e][k]);
 122         }
 123     }
 124 }
 125
 126 /** High Frequency Generation (14496-3 sp04 p214+) and Inverse Filtering
 127  * (14496-3 sp04 p214)
 128  * Warning: This routine does not seem numerically stable.
 129  */
 130 static void sbr_hf_inverse_filter(SBRDSPContext *dsp,
 131                                   float (*alpha0)[2], float (*alpha1)[2],
 132                                   const float X_low[32][40][2], int k0)
 133 {
 134     int k;
 135     for (k = 0; k < k0; k++) {
 136         LOCAL_ALIGNED_16(float, phi, [3], [2][2]);
 137         float dk;
 138
 139         dsp->autocorrelate(X_low[k], phi);
 140
 141         dk =  phi[2][1][0] * phi[1][0][0] -
 142              (phi[1][1][0] * phi[1][1][0] + phi[1][1][1] * phi[1][1][1]) / 1.000001f;
 143
 144         if (!dk) {
 145             alpha1[k][0] = 0;
 146             alpha1[k][1] = 0;
 147         } else {
 148             float temp_real, temp_im;
 149             temp_real = phi[0][0][0] * phi[1][1][0] -
 150                         phi[0][0][1] * phi[1][1][1] -
 151                         phi[0][1][0] * phi[1][0][0];
 152             temp_im   = phi[0][0][0] * phi[1][1][1] +
 153                         phi[0][0][1] * phi[1][1][0] -
 154                         phi[0][1][1] * phi[1][0][0];
 155
 156             alpha1[k][0] = temp_real / dk;
 157             alpha1[k][1] = temp_im   / dk;
 158         }
 159
 160         if (!phi[1][0][0]) {
 161             alpha0[k][0] = 0;
 162             alpha0[k][1] = 0;
 163         } else {
 164             float temp_real, temp_im;
 165             temp_real = phi[0][0][0] + alpha1[k][0] * phi[1][1][0] +
 166                                        alpha1[k][1] * phi[1][1][1];
 167             temp_im   = phi[0][0][1] + alpha1[k][1] * phi[1][1][0] -
 168                                        alpha1[k][0] * phi[1][1][1];
 169
 170             alpha0[k][0] = -temp_real / phi[1][0][0];
 171             alpha0[k][1] = -temp_im   / phi[1][0][0];
 172         }
 173
 174         if (alpha1[k][0] * alpha1[k][0] + alpha1[k][1] * alpha1[k][1] >= 16.0f ||
 175            alpha0[k][0] * alpha0[k][0] + alpha0[k][1] * alpha0[k][1] >= 16.0f) {
 176             alpha1[k][0] = 0;
 177             alpha1[k][1] = 0;
 178             alpha0[k][0] = 0;
 179             alpha0[k][1] = 0;
 180         }
 181     }
 182 }
 183
 184 /// Chirp Factors (14496-3 sp04 p214)
 185 static void sbr_chirp(SpectralBandReplication *sbr, SBRData *ch_data)
 186 {
 187     int i;
 188     float new_bw;
 189     static const float bw_tab[] = { 0.0f, 0.75f, 0.9f, 0.98f };
 190
 191     for (i = 0; i < sbr->n_q; i++) {
 192         if (ch_data->bs_invf_mode[0][i] + ch_data->bs_invf_mode[1][i] == 1) {
 193             new_bw = 0.6f;
 194         } else
 195             new_bw = bw_tab[ch_data->bs_invf_mode[0][i]];
 196
 197         if (new_bw < ch_data->bw_array[i]) {
 198             new_bw = 0.75f    * new_bw + 0.25f    * ch_data->bw_array[i];
 199         } else
 200             new_bw = 0.90625f * new_bw + 0.09375f * ch_data->bw_array[i];
 201         ch_data->bw_array[i] = new_bw < 0.015625f ? 0.0f : new_bw;
 202     }
 203 }
 204
 205 /**
 206  * Calculation of levels of additional HF signal components (14496-3 sp04 p219)
 207  * and Calculation of gain (14496-3 sp04 p219)
 208  */
 209 static void sbr_gain_calc(AACContext *ac, SpectralBandReplication *sbr,
 210                           SBRData *ch_data, const int e_a[2])
 211 {
 212     int e, k, m;
 213     // max gain limits : -3dB, 0dB, 3dB, inf dB (limiter off)
 214     static const float limgain[4] = { 0.70795, 1.0, 1.41254, 10000000000 };
 215
 216     for (e = 0; e < ch_data->bs_num_env; e++) {
 217         int delta = !((e == e_a[1]) || (e == e_a[0]));
 218         for (k = 0; k < sbr->n_lim; k++) {
 219             float gain_boost, gain_max;
 220             float sum[2] = { 0.0f, 0.0f };
 221             for (m = sbr->f_tablelim[k] - sbr->kx[1]; m < sbr->f_tablelim[k + 1] - sbr->kx[1]; m++) {
 222                 const float temp = sbr->e_origmapped[e][m] / (1.0f + sbr->q_mapped[e][m]);
 223                 sbr->q_m[e][m] = sqrtf(temp * sbr->q_mapped[e][m]);
 224                 sbr->s_m[e][m] = sqrtf(temp * ch_data->s_indexmapped[e + 1][m]);
 225                 if (!sbr->s_mapped[e][m]) {
 226                     sbr->gain[e][m] = sqrtf(sbr->e_origmapped[e][m] /
 227                                             ((1.0f + sbr->e_curr[e][m]) *
 228                                              (1.0f + sbr->q_mapped[e][m] * delta)));
 229                 } else {
 230                     sbr->gain[e][m] = sqrtf(sbr->e_origmapped[e][m] * sbr->q_mapped[e][m] /
 231                                             ((1.0f + sbr->e_curr[e][m]) *
 232                                              (1.0f + sbr->q_mapped[e][m])));
 233                 }
 234             }
 235             for (m = sbr->f_tablelim[k] - sbr->kx[1]; m < sbr->f_tablelim[k + 1] - sbr->kx[1]; m++) {
 236                 sum[0] += sbr->e_origmapped[e][m];
 237                 sum[1] += sbr->e_curr[e][m];
 238             }
 239             gain_max = limgain[sbr->bs_limiter_gains] * sqrtf((FLT_EPSILON + sum[0]) / (FLT_EPSILON + sum[1]));
 240             gain_max = FFMIN(100000.f, gain_max);
 241             for (m = sbr->f_tablelim[k] - sbr->kx[1]; m < sbr->f_tablelim[k + 1] - sbr->kx[1]; m++) {
 242                 float q_m_max   = sbr->q_m[e][m] * gain_max / sbr->gain[e][m];
 243                 sbr->q_m[e][m]  = FFMIN(sbr->q_m[e][m], q_m_max);
 244                 sbr->gain[e][m] = FFMIN(sbr->gain[e][m], gain_max);
 245             }
 246             sum[0] = sum[1] = 0.0f;
 247             for (m = sbr->f_tablelim[k] - sbr->kx[1]; m < sbr->f_tablelim[k + 1] - sbr->kx[1]; m++) {
 248                 sum[0] += sbr->e_origmapped[e][m];
 249                 sum[1] += sbr->e_curr[e][m] * sbr->gain[e][m] * sbr->gain[e][m]
 250                           + sbr->s_m[e][m] * sbr->s_m[e][m]
 251                           + (delta && !sbr->s_m[e][m]) * sbr->q_m[e][m] * sbr->q_m[e][m];
 252             }
 253             gain_boost = sqrtf((FLT_EPSILON + sum[0]) / (FLT_EPSILON + sum[1]));
 254             gain_boost = FFMIN(1.584893192f, gain_boost);
 255             for (m = sbr->f_tablelim[k] - sbr->kx[1]; m < sbr->f_tablelim[k + 1] - sbr->kx[1]; m++) {
 256                 sbr->gain[e][m] *= gain_boost;
 257                 sbr->q_m[e][m]  *= gain_boost;
 258                 sbr->s_m[e][m]  *= gain_boost;
 259             }
 260         }
 261     }
 262 }
 263
 264 /// Assembling HF Signals (14496-3 sp04 p220)
 265 static void sbr_hf_assemble(float Y1[38][64][2],
 266                             const float X_high[64][40][2],
 267                             SpectralBandReplication *sbr, SBRData *ch_data,
 268                             const int e_a[2])
 269 {
 270     int e, i, j, m;
 271     const int h_SL = 4 * !sbr->bs_smoothing_mode;
 272     const int kx = sbr->kx[1];
 273     const int m_max = sbr->m[1];
 274     static const float h_smooth[5] = {
 275         0.33333333333333,
 276         0.30150283239582,
 277         0.21816949906249,
 278         0.11516383427084,
 279         0.03183050093751,
 280     };
 281     float (*g_temp)[48] = ch_data->g_temp, (*q_temp)[48] = ch_data->q_temp;
 282     int indexnoise = ch_data->f_indexnoise;
 283     int indexsine  = ch_data->f_indexsine;
 284
 285     if (sbr->reset) {
 286         for (i = 0; i < h_SL; i++) {
 287             memcpy(g_temp[i + 2*ch_data->t_env[0]], sbr->gain[0], m_max * sizeof(sbr->gain[0][0]));
 288             memcpy(q_temp[i + 2*ch_data->t_env[0]], sbr->q_m[0],  m_max * sizeof(sbr->q_m[0][0]));
 289         }
 290     } else if (h_SL) {
 291         for (i = 0; i < 4; i++) {
 292             memcpy(g_temp[i + 2 * ch_data->t_env[0]],
 293                    g_temp[i + 2 * ch_data->t_env_num_env_old],
 294                    sizeof(g_temp[0]));
 295             memcpy(q_temp[i + 2 * ch_data->t_env[0]],
 296                    q_temp[i + 2 * ch_data->t_env_num_env_old],
 297                    sizeof(q_temp[0]));
 298         }
 299     }
 300
 301     for (e = 0; e < ch_data->bs_num_env; e++) {
 302         for (i = 2 * ch_data->t_env[e]; i < 2 * ch_data->t_env[e + 1]; i++) {
 303             memcpy(g_temp[h_SL + i], sbr->gain[e], m_max * sizeof(sbr->gain[0][0]));
 304             memcpy(q_temp[h_SL + i], sbr->q_m[e],  m_max * sizeof(sbr->q_m[0][0]));
 305         }
 306     }
 307
 308     for (e = 0; e < ch_data->bs_num_env; e++) {
 309         for (i = 2 * ch_data->t_env[e]; i < 2 * ch_data->t_env[e + 1]; i++) {
 310             LOCAL_ALIGNED_16(float, g_filt_tab, [48]);
 311             LOCAL_ALIGNED_16(float, q_filt_tab, [48]);
 312             float *g_filt, *q_filt;
 313
 314             if (h_SL && e != e_a[0] && e != e_a[1]) {
 315                 g_filt = g_filt_tab;
 316                 q_filt = q_filt_tab;
 317                 for (m = 0; m < m_max; m++) {
 318                     const int idx1 = i + h_SL;
 319                     g_filt[m] = 0.0f;
 320                     q_filt[m] = 0.0f;
 321                     for (j = 0; j <= h_SL; j++) {
 322                         g_filt[m] += g_temp[idx1 - j][m] * h_smooth[j];
 323                         q_filt[m] += q_temp[idx1 - j][m] * h_smooth[j];
 324                     }
 325                 }
 326             } else {
 327                 g_filt = g_temp[i + h_SL];
 328                 q_filt = q_temp[i];
 329             }
 330
 331             sbr->dsp.hf_g_filt(Y1[i] + kx, X_high + kx, g_filt, m_max,
 332                                i + ENVELOPE_ADJUSTMENT_OFFSET);
 333
 334             if (e != e_a[0] && e != e_a[1]) {
 335                 sbr->dsp.hf_apply_noise[indexsine](Y1[i] + kx, sbr->s_m[e],
 336                                                    q_filt, indexnoise,
 337                                                    kx, m_max);
 338             } else {
 339                 int idx = indexsine&1;
 340                 int A = (1-((indexsine+(kx & 1))&2));
 341                 int B = (A^(-idx)) + idx;
 342                 float *out = &Y1[i][kx][idx];
 343                 float *in  = sbr->s_m[e];
 344                 for (m = 0; m+1 < m_max; m+=2) {
 345                     out[2*m  ] += in[m  ] * A;
 346                     out[2*m+2] += in[m+1] * B;
 347                 }
 348                 if(m_max&1)
 349                     out[2*m  ] += in[m  ] * A;
 350             }
 351             indexnoise = (indexnoise + m_max) & 0x1ff;
 352             indexsine = (indexsine + 1) & 3;
 353         }
 354     }
 355     ch_data->f_indexnoise = indexnoise;
 356     ch_data->f_indexsine  = indexsine;
 357 }
 358
 359 #include "aacsbr_template.c"