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(void *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 static CoefType calc_cpl_coord(CoefSumType energy_ch, CoefSumType energy_cpl);
  45
  46 static void sum_square_butterfly(AC3EncodeContext *s, CoefSumType sum[4],
  47                                  const CoefType *coef0, const CoefType *coef1,
  48                                  int len);
  49
  50 int AC3_NAME(allocate_sample_buffers)(AC3EncodeContext *s)
  51 {
  52     int ch;
  53
  54     FF_ALLOC_OR_GOTO(s->avctx, s->windowed_samples, AC3_WINDOW_SIZE *
  55                      sizeof(*s->windowed_samples), alloc_fail);
  56     FF_ALLOC_OR_GOTO(s->avctx, s->planar_samples, s->channels * sizeof(*s->planar_samples),
  57                      alloc_fail);
  58     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
  59         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(s->avctx, s->planar_samples[ch],
  60                           (AC3_FRAME_SIZE+AC3_BLOCK_SIZE) * sizeof(**s->planar_samples),
  61                           alloc_fail);
  62     }
  63
  64     return 0;
  65 alloc_fail:
  66     return AVERROR(ENOMEM);
  67 }
  68
  69
  70 /*
  71  * Deinterleave input samples.
  72  * Channels are reordered from FFmpeg's default order to AC-3 order.
  73  */
  74 static void deinterleave_input_samples(AC3EncodeContext *s,
  75                                        const SampleType *samples)
  76 {
  77     int ch, i;
  78
  79     /* deinterleave and remap input samples */
  80     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
  81         const SampleType *sptr;
  82         int sinc;
  83
  84         /* copy last 256 samples of previous frame to the start of the current frame */
  85         memcpy(&s->planar_samples[ch][0], &s->planar_samples[ch][AC3_BLOCK_SIZE * s->num_blocks],
  86                AC3_BLOCK_SIZE * sizeof(s->planar_samples[0][0]));
  87
  88         /* deinterleave */
  89         sinc = s->channels;
  90         sptr = samples + s->channel_map[ch];
  91         for (i = AC3_BLOCK_SIZE; i < AC3_BLOCK_SIZE * (s->num_blocks + 1); i++) {
  92             s->planar_samples[ch][i] = *sptr;
  93             sptr += sinc;
  94         }
  95     }
  96 }
  97
  98
  99 /*
 100  * Apply the MDCT to input samples to generate frequency coefficients.
 101  * This applies the KBD window and normalizes the input to reduce precision
 102  * loss due to fixed-point calculations.
 103  */
 104 static void apply_mdct(AC3EncodeContext *s)
 105 {
 106     int blk, ch;
 107
 108     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
 109         for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 110             AC3Block *block = &s->blocks[blk];
 111             const SampleType *input_samples = &s->planar_samples[ch][blk * AC3_BLOCK_SIZE];
 112
 113 #if CONFIG_AC3ENC_FLOAT
 114             apply_window(&s->fdsp, s->windowed_samples, input_samples,
 115                          s->mdct_window, AC3_WINDOW_SIZE);
 116 #else
 117             apply_window(&s->dsp, s->windowed_samples, input_samples,
 118                          s->mdct_window, AC3_WINDOW_SIZE);
 119 #endif
 120
 121             if (s->fixed_point)
 122                 block->coeff_shift[ch+1] = normalize_samples(s);
 123
 124             s->mdct.mdct_calcw(&s->mdct, block->mdct_coef[ch+1],
 125                                s->windowed_samples);
 126         }
 127     }
 128 }
 129
 130
 131 /*
 132  * Calculate coupling channel and coupling coordinates.
 133  */
 134 static void apply_channel_coupling(AC3EncodeContext *s)
 135 {
 136     LOCAL_ALIGNED_16(CoefType, cpl_coords,      [AC3_MAX_BLOCKS], [AC3_MAX_CHANNELS][16]);
 137 #if CONFIG_AC3ENC_FLOAT
 138     LOCAL_ALIGNED_16(int32_t, fixed_cpl_coords, [AC3_MAX_BLOCKS], [AC3_MAX_CHANNELS][16]);
 139 #else
 140     int32_t (*fixed_cpl_coords)[AC3_MAX_CHANNELS][16] = cpl_coords;
 141 #endif
 142     int blk, ch, bnd, i, j;
 143     CoefSumType energy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][16] = {{{0}}};
 144     int cpl_start, num_cpl_coefs;
 145
 146     memset(cpl_coords,       0, AC3_MAX_BLOCKS * sizeof(*cpl_coords));
 147 #if CONFIG_AC3ENC_FLOAT
 148     memset(fixed_cpl_coords, 0, AC3_MAX_BLOCKS * sizeof(*cpl_coords));
 149 #endif
 150
 151     /* align start to 16-byte boundary. align length to multiple of 32.
 152         note: coupling start bin % 4 will always be 1 */
 153     cpl_start     = s->start_freq[CPL_CH] - 1;
 154     num_cpl_coefs = FFALIGN(s->num_cpl_subbands * 12 + 1, 32);
 155     cpl_start     = FFMIN(256, cpl_start + num_cpl_coefs) - num_cpl_coefs;
 156
 157     /* calculate coupling channel from fbw channels */
 158     for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 159         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
 160         CoefType *cpl_coef = &block->mdct_coef[CPL_CH][cpl_start];
 161         if (!block->cpl_in_use)
 162             continue;
 163         memset(cpl_coef, 0, num_cpl_coefs * sizeof(*cpl_coef));
 164         for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 165             CoefType *ch_coef = &block->mdct_coef[ch][cpl_start];
 166             if (!block->channel_in_cpl[ch])
 167                 continue;
 168             for (i = 0; i < num_cpl_coefs; i++)
 169                 cpl_coef[i] += ch_coef[i];
 170         }
 171
 172         /* coefficients must be clipped in order to be encoded */
 173         clip_coefficients(&s->dsp, cpl_coef, num_cpl_coefs);
 174     }
 175
 176     /* calculate energy in each band in coupling channel and each fbw channel */
 177     /* TODO: possibly use SIMD to speed up energy calculation */
 178     bnd = 0;
 179     i = s->start_freq[CPL_CH];
 180     while (i < s->cpl_end_freq) {
 181         int band_size = s->cpl_band_sizes[bnd];
 182         for (ch = CPL_CH; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 183             for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 184                 AC3Block *block = &s->blocks[blk];
 185                 if (!block->cpl_in_use || (ch > CPL_CH && !block->channel_in_cpl[ch]))
 186                     continue;
 187                 for (j = 0; j < band_size; j++) {
 188                     CoefType v = block->mdct_coef[ch][i+j];
 189                     MAC_COEF(energy[blk][ch][bnd], v, v);
 190                 }
 191             }
 192         }
 193         i += band_size;
 194         bnd++;
 195     }
 196
 197     /* calculate coupling coordinates for all blocks for all channels */
 198     for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 199         AC3Block *block  = &s->blocks[blk];
 200         if (!block->cpl_in_use)
 201             continue;
 202         for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 203             if (!block->channel_in_cpl[ch])
 204                 continue;
 205             for (bnd = 0; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 206                 cpl_coords[blk][ch][bnd] = calc_cpl_coord(energy[blk][ch][bnd],
 207                                                           energy[blk][CPL_CH][bnd]);
 208             }
 209         }
 210     }
 211
 212     /* determine which blocks to send new coupling coordinates for */
 213     for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 214         AC3Block *block  = &s->blocks[blk];
 215         AC3Block *block0 = blk ? &s->blocks[blk-1] : NULL;
 216
 217         memset(block->new_cpl_coords, 0, sizeof(block->new_cpl_coords));
 218
 219         if (block->cpl_in_use) {
 220             /* send new coordinates if this is the first block, if previous
 221              * block did not use coupling but this block does, the channels
 222              * using coupling has changed from the previous block, or the
 223              * coordinate difference from the last block for any channel is
 224              * greater than a threshold value. */
 225             if (blk == 0 || !block0->cpl_in_use) {
 226                 for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++)
 227                     block->new_cpl_coords[ch] = 1;
 228             } else {
 229                 for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 230                     if (!block->channel_in_cpl[ch])
 231                         continue;
 232                     if (!block0->channel_in_cpl[ch]) {
 233                         block->new_cpl_coords[ch] = 1;
 234                     } else {
 235                         CoefSumType coord_diff = 0;
 236                         for (bnd = 0; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 237                             coord_diff += FFABS(cpl_coords[blk-1][ch][bnd] -
 238                                                 cpl_coords[blk  ][ch][bnd]);
 239                         }
 240                         coord_diff /= s->num_cpl_bands;
 241                         if (coord_diff > NEW_CPL_COORD_THRESHOLD)
 242                             block->new_cpl_coords[ch] = 1;
 243                     }
 244                 }
 245             }
 246         }
 247     }
 248
 249     /* calculate final coupling coordinates, taking into account reusing of
 250        coordinates in successive blocks */
 251     for (bnd = 0; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 252         blk = 0;
 253         while (blk < s->num_blocks) {
 254             int av_uninit(blk1);
 255             AC3Block *block  = &s->blocks[blk];
 256
 257             if (!block->cpl_in_use) {
 258                 blk++;
 259                 continue;
 260             }
 261
 262             for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 263                 CoefSumType energy_ch, energy_cpl;
 264                 if (!block->channel_in_cpl[ch])
 265                     continue;
 266                 energy_cpl = energy[blk][CPL_CH][bnd];
 267                 energy_ch = energy[blk][ch][bnd];
 268                 blk1 = blk+1;
 269                 while (!s->blocks[blk1].new_cpl_coords[ch] && blk1 < s->num_blocks) {
 270                     if (s->blocks[blk1].cpl_in_use) {
 271                         energy_cpl += energy[blk1][CPL_CH][bnd];
 272                         energy_ch += energy[blk1][ch][bnd];
 273                     }
 274                     blk1++;
 275                 }
 276                 cpl_coords[blk][ch][bnd] = calc_cpl_coord(energy_ch, energy_cpl);
 277             }
 278             blk = blk1;
 279         }
 280     }
 281
 282     /* calculate exponents/mantissas for coupling coordinates */
 283     for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 284         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
 285         if (!block->cpl_in_use)
 286             continue;
 287
 288 #if CONFIG_AC3ENC_FLOAT
 289         s->ac3dsp.float_to_fixed24(fixed_cpl_coords[blk][1],
 290                                    cpl_coords[blk][1],
 291                                    s->fbw_channels * 16);
 292 #endif
 293         s->ac3dsp.extract_exponents(block->cpl_coord_exp[1],
 294                                     fixed_cpl_coords[blk][1],
 295                                     s->fbw_channels * 16);
 296
 297         for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 298             int bnd, min_exp, max_exp, master_exp;
 299
 300             if (!block->new_cpl_coords[ch])
 301                 continue;
 302
 303             /* determine master exponent */
 304             min_exp = max_exp = block->cpl_coord_exp[ch][0];
 305             for (bnd = 1; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 306                 int exp = block->cpl_coord_exp[ch][bnd];
 307                 min_exp = FFMIN(exp, min_exp);
 308                 max_exp = FFMAX(exp, max_exp);
 309             }
 310             master_exp = ((max_exp - 15) + 2) / 3;
 311             master_exp = FFMAX(master_exp, 0);
 312             while (min_exp < master_exp * 3)
 313                 master_exp--;
 314             for (bnd = 0; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 315                 block->cpl_coord_exp[ch][bnd] = av_clip(block->cpl_coord_exp[ch][bnd] -
 316                                                         master_exp * 3, 0, 15);
 317             }
 318             block->cpl_master_exp[ch] = master_exp;
 319
 320             /* quantize mantissas */
 321             for (bnd = 0; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 322                 int cpl_exp  = block->cpl_coord_exp[ch][bnd];
 323                 int cpl_mant = (fixed_cpl_coords[blk][ch][bnd] << (5 + cpl_exp + master_exp * 3)) >> 24;
 324                 if (cpl_exp == 15)
 325                     cpl_mant >>= 1;
 326                 else
 327                     cpl_mant -= 16;
 328
 329                 block->cpl_coord_mant[ch][bnd] = cpl_mant;
 330             }
 331         }
 332     }
 333
 334     if (CONFIG_EAC3_ENCODER && s->eac3)
 335         ff_eac3_set_cpl_states(s);
 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;
 346     AC3Block *block, *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];
 374             sum_square_butterfly(s, sum, block->mdct_coef[1] + start,
 375                                  block->mdct_coef[2] + start, end - start);
 376
 377             /* compare sums to determine if rematrixing will be used for this band */
 378             if (FFMIN(sum[2], sum[3]) < FFMIN(sum[0], sum[1]))
 379                 block->rematrixing_flags[bnd] = 1;
 380             else
 381                 block->rematrixing_flags[bnd] = 0;
 382
 383             /* determine if new rematrixing flags will be sent */
 384             if (blk &&
 385                 block->rematrixing_flags[bnd] != block0->rematrixing_flags[bnd]) {
 386                 block->new_rematrixing_strategy = 1;
 387             }
 388         }
 389         block0 = block;
 390     }
 391 }
 392
 393
 394 int AC3_NAME(encode_frame)(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
 395                            const AVFrame *frame, int *got_packet_ptr)
 396 {
 397     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
 398     const SampleType *samples = (const SampleType *)frame->data[0];
 399     int ret;
 400
 401     if (s->options.allow_per_frame_metadata) {
 402         ret = ff_ac3_validate_metadata(s);
 403         if (ret)
 404             return ret;
 405     }
 406
 407     if (s->bit_alloc.sr_code == 1 || s->eac3)
 408         ff_ac3_adjust_frame_size(s);
 409
 410     deinterleave_input_samples(s, samples);
 411
 412     apply_mdct(s);
 413
 414     if (s->fixed_point)
 415         scale_coefficients(s);
 416
 417     clip_coefficients(&s->dsp, s->blocks[0].mdct_coef[1],
 418                       AC3_MAX_COEFS * s->num_blocks * s->channels);
 419
 420     s->cpl_on = s->cpl_enabled;
 421     ff_ac3_compute_coupling_strategy(s);
 422
 423     if (s->cpl_on)
 424         apply_channel_coupling(s);
 425
 426     compute_rematrixing_strategy(s);
 427
 428     if (!s->fixed_point)
 429         scale_coefficients(s);
 430
 431     ff_ac3_apply_rematrixing(s);
 432
 433     ff_ac3_process_exponents(s);
 434
 435     ret = ff_ac3_compute_bit_allocation(s);
 436     if (ret) {
 437         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Bit allocation failed. Try increasing the bitrate.\n");
 438         return ret;
 439     }
 440
 441     ff_ac3_group_exponents(s);
 442
 443     ff_ac3_quantize_mantissas(s);
 444
 445     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, avpkt, s->frame_size)))
 446         return ret;
 447     ff_ac3_output_frame(s, avpkt->data);
 448
 449     if (frame->pts != AV_NOPTS_VALUE)
 450         avpkt->pts = frame->pts - ff_samples_to_time_base(avctx, avctx->delay);
 451
 452     *got_packet_ptr = 1;
 453     return 0;
 454 }