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 #include "libavutil/attributes.h"
  32 #include "libavutil/internal.h"
  33
  34 #include "audiodsp.h"
  35 #include "internal.h"
  36 #include "ac3enc.h"
  37 #include "eac3enc.h"
  38
  39 /* prototypes for static functions in ac3enc_fixed.c and ac3enc_float.c */
  40
  41 static void scale_coefficients(AC3EncodeContext *s);
  42
  43 static int normalize_samples(AC3EncodeContext *s);
  44
  45 static void clip_coefficients(AudioDSPContext *adsp, CoefType *coef,
  46                               unsigned int len);
  47
  48 static CoefType calc_cpl_coord(CoefSumType energy_ch, CoefSumType energy_cpl);
  49
  50
  51 int AC3_NAME(allocate_sample_buffers)(AC3EncodeContext *s)
  52 {
  53     int ch;
  54
  55     FF_ALLOC_OR_GOTO(s->avctx, s->windowed_samples, AC3_WINDOW_SIZE *
  56                      sizeof(*s->windowed_samples), alloc_fail);
  57     FF_ALLOC_OR_GOTO(s->avctx, s->planar_samples, s->channels * sizeof(*s->planar_samples),
  58                      alloc_fail);
  59     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
  60         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(s->avctx, s->planar_samples[ch],
  61                           (AC3_FRAME_SIZE+AC3_BLOCK_SIZE) * sizeof(**s->planar_samples),
  62                           alloc_fail);
  63     }
  64
  65     return 0;
  66 alloc_fail:
  67     return AVERROR(ENOMEM);
  68 }
  69
  70
  71 /*
  72  * Copy input samples.
  73  * Channels are reordered from Libav's default order to AC-3 order.
  74  */
  75 static void copy_input_samples(AC3EncodeContext *s, SampleType **samples)
  76 {
  77     int ch;
  78
  79     /* copy and remap input samples */
  80     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
  81         /* copy last 256 samples of previous frame to the start of the current frame */
  82         memcpy(&s->planar_samples[ch][0], &s->planar_samples[ch][AC3_BLOCK_SIZE * s->num_blocks],
  83                AC3_BLOCK_SIZE * sizeof(s->planar_samples[0][0]));
  84
  85         /* copy new samples for current frame */
  86         memcpy(&s->planar_samples[ch][AC3_BLOCK_SIZE],
  87                samples[s->channel_map[ch]],
  88                AC3_BLOCK_SIZE * s->num_blocks * sizeof(s->planar_samples[0][0]));
  89     }
  90 }
  91
  92
  93 /*
  94  * Apply the MDCT to input samples to generate frequency coefficients.
  95  * This applies the KBD window and normalizes the input to reduce precision
  96  * loss due to fixed-point calculations.
  97  */
  98 static void apply_mdct(AC3EncodeContext *s)
  99 {
 100     int blk, ch;
 101
 102     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
 103         for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 104             AC3Block *block = &s->blocks[blk];
 105             const SampleType *input_samples = &s->planar_samples[ch][blk * AC3_BLOCK_SIZE];
 106
 107 #if CONFIG_AC3ENC_FLOAT
 108             s->fdsp.vector_fmul(s->windowed_samples, input_samples,
 109                                 s->mdct_window, AC3_WINDOW_SIZE);
 110 #else
 111             s->ac3dsp.apply_window_int16(s->windowed_samples, input_samples,
 112                                          s->mdct_window, AC3_WINDOW_SIZE);
 113 #endif
 114
 115             if (s->fixed_point)
 116                 block->coeff_shift[ch+1] = normalize_samples(s);
 117
 118             s->mdct.mdct_calcw(&s->mdct, block->mdct_coef[ch+1],
 119                                s->windowed_samples);
 120         }
 121     }
 122 }
 123
 124
 125 /*
 126  * Calculate coupling channel and coupling coordinates.
 127  */
 128 static void apply_channel_coupling(AC3EncodeContext *s)
 129 {
 130     LOCAL_ALIGNED_16(CoefType, cpl_coords,      [AC3_MAX_BLOCKS], [AC3_MAX_CHANNELS][16]);
 131 #if CONFIG_AC3ENC_FLOAT
 132     LOCAL_ALIGNED_16(int32_t, fixed_cpl_coords, [AC3_MAX_BLOCKS], [AC3_MAX_CHANNELS][16]);
 133 #else
 134     int32_t (*fixed_cpl_coords)[AC3_MAX_CHANNELS][16] = cpl_coords;
 135 #endif
 136     int blk, ch, bnd, i, j;
 137     CoefSumType energy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][16] = {{{0}}};
 138     int cpl_start, num_cpl_coefs;
 139
 140     memset(cpl_coords,       0, AC3_MAX_BLOCKS * sizeof(*cpl_coords));
 141 #if CONFIG_AC3ENC_FLOAT
 142     memset(fixed_cpl_coords, 0, AC3_MAX_BLOCKS * sizeof(*cpl_coords));
 143 #endif
 144
 145     /* align start to 16-byte boundary. align length to multiple of 32.
 146         note: coupling start bin % 4 will always be 1 */
 147     cpl_start     = s->start_freq[CPL_CH] - 1;
 148     num_cpl_coefs = FFALIGN(s->num_cpl_subbands * 12 + 1, 32);
 149     cpl_start     = FFMIN(256, cpl_start + num_cpl_coefs) - num_cpl_coefs;
 150
 151     /* calculate coupling channel from fbw channels */
 152     for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 153         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
 154         CoefType *cpl_coef = &block->mdct_coef[CPL_CH][cpl_start];
 155         if (!block->cpl_in_use)
 156             continue;
 157         memset(cpl_coef, 0, num_cpl_coefs * sizeof(*cpl_coef));
 158         for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 159             CoefType *ch_coef = &block->mdct_coef[ch][cpl_start];
 160             if (!block->channel_in_cpl[ch])
 161                 continue;
 162             for (i = 0; i < num_cpl_coefs; i++)
 163                 cpl_coef[i] += ch_coef[i];
 164         }
 165
 166         /* coefficients must be clipped in order to be encoded */
 167         clip_coefficients(&s->adsp, cpl_coef, num_cpl_coefs);
 168     }
 169
 170     /* calculate energy in each band in coupling channel and each fbw channel */
 171     /* TODO: possibly use SIMD to speed up energy calculation */
 172     bnd = 0;
 173     i = s->start_freq[CPL_CH];
 174     while (i < s->cpl_end_freq) {
 175         int band_size = s->cpl_band_sizes[bnd];
 176         for (ch = CPL_CH; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 177             for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 178                 AC3Block *block = &s->blocks[blk];
 179                 if (!block->cpl_in_use || (ch > CPL_CH && !block->channel_in_cpl[ch]))
 180                     continue;
 181                 for (j = 0; j < band_size; j++) {
 182                     CoefType v = block->mdct_coef[ch][i+j];
 183                     MAC_COEF(energy[blk][ch][bnd], v, v);
 184                 }
 185             }
 186         }
 187         i += band_size;
 188         bnd++;
 189     }
 190
 191     /* calculate coupling coordinates for all blocks for all channels */
 192     for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 193         AC3Block *block  = &s->blocks[blk];
 194         if (!block->cpl_in_use)
 195             continue;
 196         for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 197             if (!block->channel_in_cpl[ch])
 198                 continue;
 199             for (bnd = 0; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 200                 cpl_coords[blk][ch][bnd] = calc_cpl_coord(energy[blk][ch][bnd],
 201                                                           energy[blk][CPL_CH][bnd]);
 202             }
 203         }
 204     }
 205
 206     /* determine which blocks to send new coupling coordinates for */
 207     for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 208         AC3Block *block  = &s->blocks[blk];
 209         AC3Block *block0 = blk ? &s->blocks[blk-1] : NULL;
 210
 211         memset(block->new_cpl_coords, 0, sizeof(block->new_cpl_coords));
 212
 213         if (block->cpl_in_use) {
 214             /* send new coordinates if this is the first block, if previous
 215              * block did not use coupling but this block does, the channels
 216              * using coupling has changed from the previous block, or the
 217              * coordinate difference from the last block for any channel is
 218              * greater than a threshold value. */
 219             if (blk == 0 || !block0->cpl_in_use) {
 220                 for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++)
 221                     block->new_cpl_coords[ch] = 1;
 222             } else {
 223                 for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 224                     if (!block->channel_in_cpl[ch])
 225                         continue;
 226                     if (!block0->channel_in_cpl[ch]) {
 227                         block->new_cpl_coords[ch] = 1;
 228                     } else {
 229                         CoefSumType coord_diff = 0;
 230                         for (bnd = 0; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 231                             coord_diff += FFABS(cpl_coords[blk-1][ch][bnd] -
 232                                                 cpl_coords[blk  ][ch][bnd]);
 233                         }
 234                         coord_diff /= s->num_cpl_bands;
 235                         if (coord_diff > NEW_CPL_COORD_THRESHOLD)
 236                             block->new_cpl_coords[ch] = 1;
 237                     }
 238                 }
 239             }
 240         }
 241     }
 242
 243     /* calculate final coupling coordinates, taking into account reusing of
 244        coordinates in successive blocks */
 245     for (bnd = 0; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 246         blk = 0;
 247         while (blk < s->num_blocks) {
 248             int av_uninit(blk1);
 249             AC3Block *block  = &s->blocks[blk];
 250
 251             if (!block->cpl_in_use) {
 252                 blk++;
 253                 continue;
 254             }
 255
 256             for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 257                 CoefSumType energy_ch, energy_cpl;
 258                 if (!block->channel_in_cpl[ch])
 259                     continue;
 260                 energy_cpl = energy[blk][CPL_CH][bnd];
 261                 energy_ch = energy[blk][ch][bnd];
 262                 blk1 = blk+1;
 263                 while (!s->blocks[blk1].new_cpl_coords[ch] && blk1 < s->num_blocks) {
 264                     if (s->blocks[blk1].cpl_in_use) {
 265                         energy_cpl += energy[blk1][CPL_CH][bnd];
 266                         energy_ch += energy[blk1][ch][bnd];
 267                     }
 268                     blk1++;
 269                 }
 270                 cpl_coords[blk][ch][bnd] = calc_cpl_coord(energy_ch, energy_cpl);
 271             }
 272             blk = blk1;
 273         }
 274     }
 275
 276     /* calculate exponents/mantissas for coupling coordinates */
 277     for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 278         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
 279         if (!block->cpl_in_use)
 280             continue;
 281
 282 #if CONFIG_AC3ENC_FLOAT
 283         s->ac3dsp.float_to_fixed24(fixed_cpl_coords[blk][1],
 284                                    cpl_coords[blk][1],
 285                                    s->fbw_channels * 16);
 286 #endif
 287         s->ac3dsp.extract_exponents(block->cpl_coord_exp[1],
 288                                     fixed_cpl_coords[blk][1],
 289                                     s->fbw_channels * 16);
 290
 291         for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 292             int bnd, min_exp, max_exp, master_exp;
 293
 294             if (!block->new_cpl_coords[ch])
 295                 continue;
 296
 297             /* determine master exponent */
 298             min_exp = max_exp = block->cpl_coord_exp[ch][0];
 299             for (bnd = 1; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 300                 int exp = block->cpl_coord_exp[ch][bnd];
 301                 min_exp = FFMIN(exp, min_exp);
 302                 max_exp = FFMAX(exp, max_exp);
 303             }
 304             master_exp = ((max_exp - 15) + 2) / 3;
 305             master_exp = FFMAX(master_exp, 0);
 306             while (min_exp < master_exp * 3)
 307                 master_exp--;
 308             for (bnd = 0; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 309                 block->cpl_coord_exp[ch][bnd] = av_clip(block->cpl_coord_exp[ch][bnd] -
 310                                                         master_exp * 3, 0, 15);
 311             }
 312             block->cpl_master_exp[ch] = master_exp;
 313
 314             /* quantize mantissas */
 315             for (bnd = 0; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 316                 int cpl_exp  = block->cpl_coord_exp[ch][bnd];
 317                 int cpl_mant = (fixed_cpl_coords[blk][ch][bnd] << (5 + cpl_exp + master_exp * 3)) >> 24;
 318                 if (cpl_exp == 15)
 319                     cpl_mant >>= 1;
 320                 else
 321                     cpl_mant -= 16;
 322
 323                 block->cpl_coord_mant[ch][bnd] = cpl_mant;
 324             }
 325         }
 326     }
 327
 328     if (CONFIG_EAC3_ENCODER && s->eac3)
 329         ff_eac3_set_cpl_states(s);
 330 }
 331
 332
 333 /*
 334  * Determine rematrixing flags for each block and band.
 335  */
 336 static void compute_rematrixing_strategy(AC3EncodeContext *s)
 337 {
 338     int nb_coefs;
 339     int blk, bnd, i;
 340     AC3Block *block, *block0;
 341
 342     if (s->channel_mode != AC3_CHMODE_STEREO)
 343         return;
 344
 345     for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 346         block = &s->blocks[blk];
 347         block->new_rematrixing_strategy = !blk;
 348
 349         block->num_rematrixing_bands = 4;
 350         if (block->cpl_in_use) {
 351             block->num_rematrixing_bands -= (s->start_freq[CPL_CH] <= 61);
 352             block->num_rematrixing_bands -= (s->start_freq[CPL_CH] == 37);
 353             if (blk && block->num_rematrixing_bands != block0->num_rematrixing_bands)
 354                 block->new_rematrixing_strategy = 1;
 355         }
 356         nb_coefs = FFMIN(block->end_freq[1], block->end_freq[2]);
 357
 358         if (!s->rematrixing_enabled) {
 359             block0 = block;
 360             continue;
 361         }
 362
 363         for (bnd = 0; bnd < block->num_rematrixing_bands; bnd++) {
 364             /* calculate calculate sum of squared coeffs for one band in one block */
 365             int start = ff_ac3_rematrix_band_tab[bnd];
 366             int end   = FFMIN(nb_coefs, ff_ac3_rematrix_band_tab[bnd+1]);
 367             CoefSumType sum[4] = {0,};
 368             for (i = start; i < end; i++) {
 369                 CoefType lt = block->mdct_coef[1][i];
 370                 CoefType rt = block->mdct_coef[2][i];
 371                 CoefType md = lt + rt;
 372                 CoefType sd = lt - rt;
 373                 MAC_COEF(sum[0], lt, lt);
 374                 MAC_COEF(sum[1], rt, rt);
 375                 MAC_COEF(sum[2], md, md);
 376                 MAC_COEF(sum[3], sd, sd);
 377             }
 378
 379             /* compare sums to determine if rematrixing will be used for this band */
 380             if (FFMIN(sum[2], sum[3]) < FFMIN(sum[0], sum[1]))
 381                 block->rematrixing_flags[bnd] = 1;
 382             else
 383                 block->rematrixing_flags[bnd] = 0;
 384
 385             /* determine if new rematrixing flags will be sent */
 386             if (blk &&
 387                 block->rematrixing_flags[bnd] != block0->rematrixing_flags[bnd]) {
 388                 block->new_rematrixing_strategy = 1;
 389             }
 390         }
 391         block0 = block;
 392     }
 393 }
 394
 395
 396 int AC3_NAME(encode_frame)(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
 397                            const AVFrame *frame, int *got_packet_ptr)
 398 {
 399     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
 400     int ret;
 401
 402     if (s->options.allow_per_frame_metadata) {
 403         ret = ff_ac3_validate_metadata(s);
 404         if (ret)
 405             return ret;
 406     }
 407
 408     if (s->bit_alloc.sr_code == 1 || s->eac3)
 409         ff_ac3_adjust_frame_size(s);
 410
 411     copy_input_samples(s, (SampleType **)frame->extended_data);
 412
 413     apply_mdct(s);
 414
 415     if (s->fixed_point)
 416         scale_coefficients(s);
 417
 418     clip_coefficients(&s->adsp, s->blocks[0].mdct_coef[1],
 419                       AC3_MAX_COEFS * s->num_blocks * s->channels);
 420
 421     s->cpl_on = s->cpl_enabled;
 422     ff_ac3_compute_coupling_strategy(s);
 423
 424     if (s->cpl_on)
 425         apply_channel_coupling(s);
 426
 427     compute_rematrixing_strategy(s);
 428
 429     if (!s->fixed_point)
 430         scale_coefficients(s);
 431
 432     ff_ac3_apply_rematrixing(s);
 433
 434     ff_ac3_process_exponents(s);
 435
 436     ret = ff_ac3_compute_bit_allocation(s);
 437     if (ret) {
 438         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Bit allocation failed. Try increasing the bitrate.\n");
 439         return ret;
 440     }
 441
 442     ff_ac3_group_exponents(s);
 443
 444     ff_ac3_quantize_mantissas(s);
 445
 446     if ((ret = ff_alloc_packet(avpkt, s->frame_size))) {
 447         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error getting output packet\n");
 448         return ret;
 449     }
 450     ff_ac3_output_frame(s, avpkt->data);
 451
 452     if (frame->pts != AV_NOPTS_VALUE)
 453         avpkt->pts = frame->pts - ff_samples_to_time_base(avctx, avctx->initial_padding);
 454
 455     *got_packet_ptr = 1;
 456     return 0;
 457 }