git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/ac3enc_template.c

   1 /*
   2  * AC-3 encoder float/fixed template
   3  * Copyright (c) 2000 Fabrice Bellard
   4  * Copyright (c) 2006-2011 Justin Ruggles <justin.ruggles@gmail.com>
   5  * Copyright (c) 2006-2010 Prakash Punnoor <prakash@punnoor.de>
   6  *
   7  * This file is part of Libav.
   8  *
   9  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  11  * License as published by the Free Software Foundation; either
  12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
  21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  22  */
  23
  24 /**
  25  * @file
  26  * AC-3 encoder float/fixed template
  27  */
  28
  29 #include <stdint.h>
  30
  31
  32 /* prototypes for static functions in ac3enc_fixed.c and ac3enc_float.c */
  33
  34 static void scale_coefficients(AC3EncodeContext *s);
  35
  36 static void apply_window(DSPContext *dsp, SampleType *output,
  37                          const SampleType *input, const SampleType *window,
  38                          unsigned int len);
  39
  40 static int normalize_samples(AC3EncodeContext *s);
  41
  42 static void clip_coefficients(DSPContext *dsp, CoefType *coef, unsigned int len);
  43
  44
  45 int AC3_NAME(allocate_sample_buffers)(AC3EncodeContext *s)
  46 {
  47     int ch;
  48
  49     FF_ALLOC_OR_GOTO(s->avctx, s->windowed_samples, AC3_WINDOW_SIZE *
  50                      sizeof(*s->windowed_samples), alloc_fail);
  51     FF_ALLOC_OR_GOTO(s->avctx, s->planar_samples, s->channels * sizeof(*s->planar_samples),
  52                      alloc_fail);
  53     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
  54         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(s->avctx, s->planar_samples[ch],
  55                           (AC3_FRAME_SIZE+AC3_BLOCK_SIZE) * sizeof(**s->planar_samples),
  56                           alloc_fail);
  57     }
  58
  59     return 0;
  60 alloc_fail:
  61     return AVERROR(ENOMEM);
  62 }
  63
  64
  65 /**
  66  * Deinterleave input samples.
  67  * Channels are reordered from Libav's default order to AC-3 order.
  68  */
  69 static void deinterleave_input_samples(AC3EncodeContext *s,
  70                                        const SampleType *samples)
  71 {
  72     int ch, i;
  73
  74     /* deinterleave and remap input samples */
  75     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
  76         const SampleType *sptr;
  77         int sinc;
  78
  79         /* copy last 256 samples of previous frame to the start of the current frame */
  80         memcpy(&s->planar_samples[ch][0], &s->planar_samples[ch][AC3_BLOCK_SIZE * s->num_blocks],
  81                AC3_BLOCK_SIZE * sizeof(s->planar_samples[0][0]));
  82
  83         /* deinterleave */
  84         sinc = s->channels;
  85         sptr = samples + s->channel_map[ch];
  86         for (i = AC3_BLOCK_SIZE; i < AC3_BLOCK_SIZE * (s->num_blocks + 1); i++) {
  87             s->planar_samples[ch][i] = *sptr;
  88             sptr += sinc;
  89         }
  90     }
  91 }
  92
  93
  94 /**
  95  * Apply the MDCT to input samples to generate frequency coefficients.
  96  * This applies the KBD window and normalizes the input to reduce precision
  97  * loss due to fixed-point calculations.
  98  */
  99 static void apply_mdct(AC3EncodeContext *s)
 100 {
 101     int blk, ch;
 102
 103     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
 104         for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 105             AC3Block *block = &s->blocks[blk];
 106             const SampleType *input_samples = &s->planar_samples[ch][blk * AC3_BLOCK_SIZE];
 107
 108             apply_window(&s->dsp, s->windowed_samples, input_samples,
 109                          s->mdct_window, AC3_WINDOW_SIZE);
 110
 111             if (s->fixed_point)
 112                 block->coeff_shift[ch+1] = normalize_samples(s);
 113
 114             s->mdct.mdct_calcw(&s->mdct, block->mdct_coef[ch+1],
 115                                s->windowed_samples);
 116         }
 117     }
 118 }
 119
 120
 121 /**
 122  * Calculate a single coupling coordinate.
 123  */
 124 static inline float calc_cpl_coord(float energy_ch, float energy_cpl)
 125 {
 126     float coord = 0.125;
 127     if (energy_cpl > 0)
 128         coord *= sqrtf(energy_ch / energy_cpl);
 129     return FFMIN(coord, COEF_MAX);
 130 }
 131
 132
 133 /**
 134  * Calculate coupling channel and coupling coordinates.
 135  */
 136 static void apply_channel_coupling(AC3EncodeContext *s)
 137 {
 138 #if CONFIG_AC3ENC_FLOAT
 139     LOCAL_ALIGNED_16(float,   cpl_coords,       [AC3_MAX_BLOCKS], [AC3_MAX_CHANNELS][16]);
 140     LOCAL_ALIGNED_16(int32_t, fixed_cpl_coords, [AC3_MAX_BLOCKS], [AC3_MAX_CHANNELS][16]);
 141     int blk, ch, bnd, i, j;
 142     CoefSumType energy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][16] = {{{0}}};
 143     int cpl_start, num_cpl_coefs;
 144
 145     memset(cpl_coords,       0, AC3_MAX_BLOCKS * sizeof(*cpl_coords));
 146     memset(fixed_cpl_coords, 0, AC3_MAX_BLOCKS * sizeof(*fixed_cpl_coords));
 147
 148     /* align start to 16-byte boundary. align length to multiple of 32.
 149         note: coupling start bin % 4 will always be 1 */
 150     cpl_start     = s->start_freq[CPL_CH] - 1;
 151     num_cpl_coefs = FFALIGN(s->num_cpl_subbands * 12 + 1, 32);
 152     cpl_start     = FFMIN(256, cpl_start + num_cpl_coefs) - num_cpl_coefs;
 153
 154     /* calculate coupling channel from fbw channels */
 155     for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 156         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
 157         CoefType *cpl_coef = &block->mdct_coef[CPL_CH][cpl_start];
 158         if (!block->cpl_in_use)
 159             continue;
 160         memset(cpl_coef, 0, num_cpl_coefs * sizeof(*cpl_coef));
 161         for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 162             CoefType *ch_coef = &block->mdct_coef[ch][cpl_start];
 163             if (!block->channel_in_cpl[ch])
 164                 continue;
 165             for (i = 0; i < num_cpl_coefs; i++)
 166                 cpl_coef[i] += ch_coef[i];
 167         }
 168
 169         /* coefficients must be clipped in order to be encoded */
 170         clip_coefficients(&s->dsp, cpl_coef, num_cpl_coefs);
 171
 172         /* scale coupling coefficients from float to 24-bit fixed-point */
 173         s->ac3dsp.float_to_fixed24(&block->fixed_coef[CPL_CH][cpl_start],
 174                                    cpl_coef, num_cpl_coefs);
 175     }
 176
 177     /* calculate energy in each band in coupling channel and each fbw channel */
 178     /* TODO: possibly use SIMD to speed up energy calculation */
 179     bnd = 0;
 180     i = s->start_freq[CPL_CH];
 181     while (i < s->cpl_end_freq) {
 182         int band_size = s->cpl_band_sizes[bnd];
 183         for (ch = CPL_CH; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 184             for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 185                 AC3Block *block = &s->blocks[blk];
 186                 if (!block->cpl_in_use || (ch > CPL_CH && !block->channel_in_cpl[ch]))
 187                     continue;
 188                 for (j = 0; j < band_size; j++) {
 189                     CoefType v = block->mdct_coef[ch][i+j];
 190                     MAC_COEF(energy[blk][ch][bnd], v, v);
 191                 }
 192             }
 193         }
 194         i += band_size;
 195         bnd++;
 196     }
 197
 198     /* calculate coupling coordinates for all blocks for all channels */
 199     for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 200         AC3Block *block  = &s->blocks[blk];
 201         if (!block->cpl_in_use)
 202             continue;
 203         for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 204             if (!block->channel_in_cpl[ch])
 205                 continue;
 206             for (bnd = 0; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 207                 cpl_coords[blk][ch][bnd] = calc_cpl_coord(energy[blk][ch][bnd],
 208                                                           energy[blk][CPL_CH][bnd]);
 209             }
 210         }
 211     }
 212
 213     /* determine which blocks to send new coupling coordinates for */
 214     for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 215         AC3Block *block  = &s->blocks[blk];
 216         AC3Block *block0 = blk ? &s->blocks[blk-1] : NULL;
 217
 218         memset(block->new_cpl_coords, 0, sizeof(block->new_cpl_coords));
 219
 220         if (block->cpl_in_use) {
 221             /* send new coordinates if this is the first block, if previous
 222              * block did not use coupling but this block does, the channels
 223              * using coupling has changed from the previous block, or the
 224              * coordinate difference from the last block for any channel is
 225              * greater than a threshold value. */
 226             if (blk == 0 || !block0->cpl_in_use) {
 227                 for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++)
 228                     block->new_cpl_coords[ch] = 1;
 229             } else {
 230                 for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 231                     if (!block->channel_in_cpl[ch])
 232                         continue;
 233                     if (!block0->channel_in_cpl[ch]) {
 234                         block->new_cpl_coords[ch] = 1;
 235                     } else {
 236                         CoefSumType coord_diff = 0;
 237                         for (bnd = 0; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 238                             coord_diff += fabs(cpl_coords[blk-1][ch][bnd] -
 239                                                cpl_coords[blk  ][ch][bnd]);
 240                         }
 241                         coord_diff /= s->num_cpl_bands;
 242                         if (coord_diff > 0.03)
 243                             block->new_cpl_coords[ch] = 1;
 244                     }
 245                 }
 246             }
 247         }
 248     }
 249
 250     /* calculate final coupling coordinates, taking into account reusing of
 251        coordinates in successive blocks */
 252     for (bnd = 0; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 253         blk = 0;
 254         while (blk < s->num_blocks) {
 255             int av_uninit(blk1);
 256             AC3Block *block  = &s->blocks[blk];
 257
 258             if (!block->cpl_in_use) {
 259                 blk++;
 260                 continue;
 261             }
 262
 263             for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 264                 CoefSumType energy_ch, energy_cpl;
 265                 if (!block->channel_in_cpl[ch])
 266                     continue;
 267                 energy_cpl = energy[blk][CPL_CH][bnd];
 268                 energy_ch = energy[blk][ch][bnd];
 269                 blk1 = blk+1;
 270                 while (!s->blocks[blk1].new_cpl_coords[ch] && blk1 < s->num_blocks) {
 271                     if (s->blocks[blk1].cpl_in_use) {
 272                         energy_cpl += energy[blk1][CPL_CH][bnd];
 273                         energy_ch += energy[blk1][ch][bnd];
 274                     }
 275                     blk1++;
 276                 }
 277                 cpl_coords[blk][ch][bnd] = calc_cpl_coord(energy_ch, energy_cpl);
 278             }
 279             blk = blk1;
 280         }
 281     }
 282
 283     /* calculate exponents/mantissas for coupling coordinates */
 284     for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 285         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
 286         if (!block->cpl_in_use)
 287             continue;
 288
 289         s->ac3dsp.float_to_fixed24(fixed_cpl_coords[blk][1],
 290                                    cpl_coords[blk][1],
 291                                    s->fbw_channels * 16);
 292         s->ac3dsp.extract_exponents(block->cpl_coord_exp[1],
 293                                     fixed_cpl_coords[blk][1],
 294                                     s->fbw_channels * 16);
 295
 296         for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 297             int bnd, min_exp, max_exp, master_exp;
 298
 299             if (!block->new_cpl_coords[ch])
 300                 continue;
 301
 302             /* determine master exponent */
 303             min_exp = max_exp = block->cpl_coord_exp[ch][0];
 304             for (bnd = 1; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 305                 int exp = block->cpl_coord_exp[ch][bnd];
 306                 min_exp = FFMIN(exp, min_exp);
 307                 max_exp = FFMAX(exp, max_exp);
 308             }
 309             master_exp = ((max_exp - 15) + 2) / 3;
 310             master_exp = FFMAX(master_exp, 0);
 311             while (min_exp < master_exp * 3)
 312                 master_exp--;
 313             for (bnd = 0; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 314                 block->cpl_coord_exp[ch][bnd] = av_clip(block->cpl_coord_exp[ch][bnd] -
 315                                                         master_exp * 3, 0, 15);
 316             }
 317             block->cpl_master_exp[ch] = master_exp;
 318
 319             /* quantize mantissas */
 320             for (bnd = 0; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 321                 int cpl_exp  = block->cpl_coord_exp[ch][bnd];
 322                 int cpl_mant = (fixed_cpl_coords[blk][ch][bnd] << (5 + cpl_exp + master_exp * 3)) >> 24;
 323                 if (cpl_exp == 15)
 324                     cpl_mant >>= 1;
 325                 else
 326                     cpl_mant -= 16;
 327
 328                 block->cpl_coord_mant[ch][bnd] = cpl_mant;
 329             }
 330         }
 331     }
 332
 333     if (CONFIG_EAC3_ENCODER && s->eac3)
 334         ff_eac3_set_cpl_states(s);
 335 #endif /* CONFIG_AC3ENC_FLOAT */
 336 }
 337
 338
 339 /**
 340  * Determine rematrixing flags for each block and band.
 341  */
 342 static void compute_rematrixing_strategy(AC3EncodeContext *s)
 343 {
 344     int nb_coefs;
 345     int blk, bnd, i;
 346     AC3Block *block, *av_uninit(block0);
 347
 348     if (s->channel_mode != AC3_CHMODE_STEREO)
 349         return;
 350
 351     for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 352         block = &s->blocks[blk];
 353         block->new_rematrixing_strategy = !blk;
 354
 355         block->num_rematrixing_bands = 4;
 356         if (block->cpl_in_use) {
 357             block->num_rematrixing_bands -= (s->start_freq[CPL_CH] <= 61);
 358             block->num_rematrixing_bands -= (s->start_freq[CPL_CH] == 37);
 359             if (blk && block->num_rematrixing_bands != block0->num_rematrixing_bands)
 360                 block->new_rematrixing_strategy = 1;
 361         }
 362         nb_coefs = FFMIN(block->end_freq[1], block->end_freq[2]);
 363
 364         if (!s->rematrixing_enabled) {
 365             block0 = block;
 366             continue;
 367         }
 368
 369         for (bnd = 0; bnd < block->num_rematrixing_bands; bnd++) {
 370             /* calculate calculate sum of squared coeffs for one band in one block */
 371             int start = ff_ac3_rematrix_band_tab[bnd];
 372             int end   = FFMIN(nb_coefs, ff_ac3_rematrix_band_tab[bnd+1]);
 373             CoefSumType sum[4] = {0,};
 374             for (i = start; i < end; i++) {
 375                 CoefType lt = block->mdct_coef[1][i];
 376                 CoefType rt = block->mdct_coef[2][i];
 377                 CoefType md = lt + rt;
 378                 CoefType sd = lt - rt;
 379                 MAC_COEF(sum[0], lt, lt);
 380                 MAC_COEF(sum[1], rt, rt);
 381                 MAC_COEF(sum[2], md, md);
 382                 MAC_COEF(sum[3], sd, sd);
 383             }
 384
 385             /* compare sums to determine if rematrixing will be used for this band */
 386             if (FFMIN(sum[2], sum[3]) < FFMIN(sum[0], sum[1]))
 387                 block->rematrixing_flags[bnd] = 1;
 388             else
 389                 block->rematrixing_flags[bnd] = 0;
 390
 391             /* determine if new rematrixing flags will be sent */
 392             if (blk &&
 393                 block->rematrixing_flags[bnd] != block0->rematrixing_flags[bnd]) {
 394                 block->new_rematrixing_strategy = 1;
 395             }
 396         }
 397         block0 = block;
 398     }
 399 }
 400
 401
 402 /**
 403  * Encode a single AC-3 frame.
 404  */
 405 int AC3_NAME(encode_frame)(AVCodecContext *avctx, unsigned char *frame,
 406                            int buf_size, void *data)
 407 {
 408     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
 409     const SampleType *samples = data;
 410     int ret;
 411
 412     if (s->options.allow_per_frame_metadata) {
 413         ret = ff_ac3_validate_metadata(s);
 414         if (ret)
 415             return ret;
 416     }
 417
 418     if (s->bit_alloc.sr_code == 1 || s->eac3)
 419         ff_ac3_adjust_frame_size(s);
 420
 421     deinterleave_input_samples(s, samples);
 422
 423     apply_mdct(s);
 424
 425     if (s->fixed_point)
 426         scale_coefficients(s);
 427
 428     clip_coefficients(&s->dsp, s->blocks[0].mdct_coef[1],
 429                       AC3_MAX_COEFS * s->num_blocks * s->channels);
 430
 431     s->cpl_on = s->cpl_enabled;
 432     ff_ac3_compute_coupling_strategy(s);
 433
 434     if (s->cpl_on)
 435         apply_channel_coupling(s);
 436
 437     compute_rematrixing_strategy(s);
 438
 439     if (!s->fixed_point)
 440         scale_coefficients(s);
 441
 442     ff_ac3_apply_rematrixing(s);
 443
 444     ff_ac3_process_exponents(s);
 445
 446     ret = ff_ac3_compute_bit_allocation(s);
 447     if (ret) {
 448         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Bit allocation failed. Try increasing the bitrate.\n");
 449         return ret;
 450     }
 451
 452     ff_ac3_group_exponents(s);
 453
 454     ff_ac3_quantize_mantissas(s);
 455
 456     ff_ac3_output_frame(s, frame);
 457
 458     return s->frame_size;
 459 }