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

   1 /*
   2  * DCA encoder
   3  * Copyright (C) 2008-2012 Alexander E. Patrakov
   4  *               2010 Benjamin Larsson
   5  *               2011 Xiang Wang
   6  *
   7  * This file is part of FFmpeg.
   8  *
   9  * FFmpeg 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  * FFmpeg 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 FFmpeg; if not, write to the Free Software
  21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  22  */
  23
  24 #include "libavutil/avassert.h"
  25 #include "libavutil/channel_layout.h"
  26 #include "libavutil/common.h"
  27 #include "avcodec.h"
  28 #include "dca.h"
  29 #include "dcadata.h"
  30 #include "dcaenc.h"
  31 #include "internal.h"
  32 #include "mathops.h"
  33 #include "put_bits.h"
  34
  35 #define MAX_CHANNELS 6
  36 #define DCA_MAX_FRAME_SIZE 16384
  37 #define DCA_HEADER_SIZE 13
  38 #define DCA_LFE_SAMPLES 8
  39
  40 #define DCAENC_SUBBANDS 32
  41 #define SUBFRAMES 1
  42 #define SUBSUBFRAMES 2
  43 #define SUBBAND_SAMPLES (SUBFRAMES * SUBSUBFRAMES * 8)
  44 #define AUBANDS 25
  45
  46 typedef struct DCAEncContext {
  47     PutBitContext pb;
  48     int frame_size;
  49     int frame_bits;
  50     int fullband_channels;
  51     int channels;
  52     int lfe_channel;
  53     int samplerate_index;
  54     int bitrate_index;
  55     int channel_config;
  56     const int32_t *band_interpolation;
  57     const int32_t *band_spectrum;
  58     int lfe_scale_factor;
  59     softfloat lfe_quant;
  60     int32_t lfe_peak_cb;
  61
  62     int32_t history[512][MAX_CHANNELS]; /* This is a circular buffer */
  63     int32_t subband[SUBBAND_SAMPLES][DCAENC_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
  64     int32_t quantized[SUBBAND_SAMPLES][DCAENC_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
  65     int32_t peak_cb[DCAENC_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
  66     int32_t downsampled_lfe[DCA_LFE_SAMPLES];
  67     int32_t masking_curve_cb[SUBSUBFRAMES][256];
  68     int abits[DCAENC_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
  69     int scale_factor[DCAENC_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
  70     softfloat quant[DCAENC_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
  71     int32_t eff_masking_curve_cb[256];
  72     int32_t band_masking_cb[32];
  73     int32_t worst_quantization_noise;
  74     int32_t worst_noise_ever;
  75     int consumed_bits;
  76 } DCAEncContext;
  77
  78 static int32_t cos_table[2048];
  79 static int32_t band_interpolation[2][512];
  80 static int32_t band_spectrum[2][8];
  81 static int32_t auf[9][AUBANDS][256];
  82 static int32_t cb_to_add[256];
  83 static int32_t cb_to_level[2048];
  84 static int32_t lfe_fir_64i[512];
  85
  86 /* Transfer function of outer and middle ear, Hz -> dB */
  87 static double hom(double f)
  88 {
  89     double f1 = f / 1000;
  90
  91     return -3.64 * pow(f1, -0.8)
  92            + 6.8 * exp(-0.6 * (f1 - 3.4) * (f1 - 3.4))
  93            - 6.0 * exp(-0.15 * (f1 - 8.7) * (f1 - 8.7))
  94            - 0.0006 * (f1 * f1) * (f1 * f1);
  95 }
  96
  97 static double gammafilter(int i, double f)
  98 {
  99     double h = (f - fc[i]) / erb[i];
 100
 101     h = 1 + h * h;
 102     h = 1 / (h * h);
 103     return 20 * log10(h);
 104 }
 105
 106 static int encode_init(AVCodecContext *avctx)
 107 {
 108     DCAEncContext *c = avctx->priv_data;
 109     uint64_t layout = avctx->channel_layout;
 110     int i, min_frame_bits;
 111
 112     c->fullband_channels = c->channels = avctx->channels;
 113     c->lfe_channel = (avctx->channels == 3 || avctx->channels == 6);
 114     c->band_interpolation = band_interpolation[1];
 115     c->band_spectrum = band_spectrum[1];
 116     c->worst_quantization_noise = -2047;
 117     c->worst_noise_ever = -2047;
 118
 119     if (!layout) {
 120         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "No channel layout specified. The "
 121                                       "encoder will guess the layout, but it "
 122                                       "might be incorrect.\n");
 123         layout = av_get_default_channel_layout(avctx->channels);
 124     }
 125     switch (layout) {
 126     case AV_CH_LAYOUT_MONO:         c->channel_config = 0; break;
 127     case AV_CH_LAYOUT_STEREO:       c->channel_config = 2; break;
 128     case AV_CH_LAYOUT_2_2:          c->channel_config = 8; break;
 129     case AV_CH_LAYOUT_5POINT0:      c->channel_config = 9; break;
 130     case AV_CH_LAYOUT_5POINT1:      c->channel_config = 9; break;
 131     default:
 132         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported channel layout!\n");
 133         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 134     }
 135
 136     if (c->lfe_channel)
 137         c->fullband_channels--;
 138
 139     for (i = 0; i < 9; i++) {
 140         if (sample_rates[i] == avctx->sample_rate)
 141             break;
 142     }
 143     if (i == 9)
 144         return AVERROR(EINVAL);
 145     c->samplerate_index = i;
 146
 147     if (avctx->bit_rate < 32000 || avctx->bit_rate > 3840000) {
 148         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Bit rate %i not supported.", avctx->bit_rate);
 149         return AVERROR(EINVAL);
 150     }
 151     for (i = 0; ff_dca_bit_rates[i] < avctx->bit_rate; i++)
 152         ;
 153     c->bitrate_index = i;
 154     avctx->bit_rate = ff_dca_bit_rates[i];
 155     c->frame_bits = FFALIGN((avctx->bit_rate * 512 + avctx->sample_rate - 1) / avctx->sample_rate, 32);
 156     min_frame_bits = 132 + (493 + 28 * 32) * c->fullband_channels + c->lfe_channel * 72;
 157     if (c->frame_bits < min_frame_bits || c->frame_bits > (DCA_MAX_FRAME_SIZE << 3))
 158         return AVERROR(EINVAL);
 159
 160     c->frame_size = (c->frame_bits + 7) / 8;
 161
 162     avctx->frame_size = 32 * SUBBAND_SAMPLES;
 163
 164     if (!cos_table[0]) {
 165         int j, k;
 166
 167         for (i = 0; i < 2048; i++) {
 168             cos_table[i]   = (int32_t)(0x7fffffff * cos(M_PI * i / 1024));
 169             cb_to_level[i] = (int32_t)(0x7fffffff * pow(10, -0.005 * i));
 170         }
 171
 172         /* FIXME: probably incorrect */
 173         for (i = 0; i < 256; i++) {
 174             lfe_fir_64i[i] = (int32_t)(0x01ffffff * ff_dca_lfe_fir_64[i]);
 175             lfe_fir_64i[511 - i] = (int32_t)(0x01ffffff * ff_dca_lfe_fir_64[i]);
 176         }
 177
 178         for (i = 0; i < 512; i++) {
 179             band_interpolation[0][i] = (int32_t)(0x1000000000ULL * ff_dca_fir_32bands_perfect[i]);
 180             band_interpolation[1][i] = (int32_t)(0x1000000000ULL * ff_dca_fir_32bands_nonperfect[i]);
 181         }
 182
 183         for (i = 0; i < 9; i++) {
 184             for (j = 0; j < AUBANDS; j++) {
 185                 for (k = 0; k < 256; k++) {
 186                     double freq = sample_rates[i] * (k + 0.5) / 512;
 187
 188                     auf[i][j][k] = (int32_t)(10 * (hom(freq) + gammafilter(j, freq)));
 189                 }
 190             }
 191         }
 192
 193         for (i = 0; i < 256; i++) {
 194             double add = 1 + pow(10, -0.01 * i);
 195             cb_to_add[i] = (int32_t)(100 * log10(add));
 196         }
 197         for (j = 0; j < 8; j++) {
 198             double accum = 0;
 199             for (i = 0; i < 512; i++) {
 200                 double reconst = ff_dca_fir_32bands_perfect[i] * ((i & 64) ? (-1) : 1);
 201                 accum += reconst * cos(2 * M_PI * (i + 0.5 - 256) * (j + 0.5) / 512);
 202             }
 203             band_spectrum[0][j] = (int32_t)(200 * log10(accum));
 204         }
 205         for (j = 0; j < 8; j++) {
 206             double accum = 0;
 207             for (i = 0; i < 512; i++) {
 208                 double reconst = ff_dca_fir_32bands_nonperfect[i] * ((i & 64) ? (-1) : 1);
 209                 accum += reconst * cos(2 * M_PI * (i + 0.5 - 256) * (j + 0.5) / 512);
 210             }
 211             band_spectrum[1][j] = (int32_t)(200 * log10(accum));
 212         }
 213     }
 214     return 0;
 215 }
 216
 217 static inline int32_t cos_t(int x)
 218 {
 219     return cos_table[x & 2047];
 220 }
 221
 222 static inline int32_t sin_t(int x)
 223 {
 224     return cos_t(x - 512);
 225 }
 226
 227 static inline int32_t half32(int32_t a)
 228 {
 229     return (a + 1) >> 1;
 230 }
 231
 232 static inline int32_t mul32(int32_t a, int32_t b)
 233 {
 234     int64_t r = (int64_t)a * b + 0x80000000ULL;
 235     return r >> 32;
 236 }
 237
 238 static void subband_transform(DCAEncContext *c, const int32_t *input)
 239 {
 240     int ch, subs, i, k, j;
 241
 242     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
 243         /* History is copied because it is also needed for PSY */
 244         int32_t hist[512];
 245         int hist_start = 0;
 246
 247         for (i = 0; i < 512; i++)
 248             hist[i] = c->history[i][ch];
 249
 250         for (subs = 0; subs < SUBBAND_SAMPLES; subs++) {
 251             int32_t accum[64];
 252             int32_t resp;
 253             int band;
 254
 255             /* Calculate the convolutions at once */
 256             for (i = 0; i < 64; i++)
 257                 accum[i] = 0;
 258
 259             for (k = 0, i = hist_start, j = 0;
 260                     i < 512; k = (k + 1) & 63, i++, j++)
 261                 accum[k] += mul32(hist[i], c->band_interpolation[j]);
 262             for (i = 0; i < hist_start; k = (k + 1) & 63, i++, j++)
 263                 accum[k] += mul32(hist[i], c->band_interpolation[j]);
 264
 265             for (k = 16; k < 32; k++)
 266                 accum[k] = accum[k] - accum[31 - k];
 267             for (k = 32; k < 48; k++)
 268                 accum[k] = accum[k] + accum[95 - k];
 269
 270             for (band = 0; band < 32; band++) {
 271                 resp = 0;
 272                 for (i = 16; i < 48; i++) {
 273                     int s = (2 * band + 1) * (2 * (i + 16) + 1);
 274                     resp += mul32(accum[i], cos_t(s << 3)) >> 3;
 275                 }
 276
 277                 c->subband[subs][band][ch] = ((band + 1) & 2) ? -resp : resp;
 278             }
 279
 280             /* Copy in 32 new samples from input */
 281             for (i = 0; i < 32; i++)
 282                 hist[i + hist_start] = input[(subs * 32 + i) * c->channels + ch];
 283             hist_start = (hist_start + 32) & 511;
 284         }
 285     }
 286 }
 287
 288 static void lfe_downsample(DCAEncContext *c, const int32_t *input)
 289 {
 290     /* FIXME: make 128x LFE downsampling possible */
 291     int i, j, lfes;
 292     int32_t hist[512];
 293     int32_t accum;
 294     int hist_start = 0;
 295
 296     for (i = 0; i < 512; i++)
 297         hist[i] = c->history[i][c->channels - 1];
 298
 299     for (lfes = 0; lfes < DCA_LFE_SAMPLES; lfes++) {
 300         /* Calculate the convolution */
 301         accum = 0;
 302
 303         for (i = hist_start, j = 0; i < 512; i++, j++)
 304             accum += mul32(hist[i], lfe_fir_64i[j]);
 305         for (i = 0; i < hist_start; i++, j++)
 306             accum += mul32(hist[i], lfe_fir_64i[j]);
 307
 308         c->downsampled_lfe[lfes] = accum;
 309
 310         /* Copy in 64 new samples from input */
 311         for (i = 0; i < 64; i++)
 312             hist[i + hist_start] = input[(lfes * 64 + i) * c->channels + c->channels - 1];
 313
 314         hist_start = (hist_start + 64) & 511;
 315     }
 316 }
 317
 318 typedef struct {
 319     int32_t re;
 320     int32_t im;
 321 } cplx32;
 322
 323 static void fft(const int32_t in[2 * 256], cplx32 out[256])
 324 {
 325     cplx32 buf[256], rin[256], rout[256];
 326     int i, j, k, l;
 327
 328     /* do two transforms in parallel */
 329     for (i = 0; i < 256; i++) {
 330         /* Apply the Hann window */
 331         rin[i].re = mul32(in[2 * i], 0x3fffffff - (cos_t(8 * i + 2) >> 1));
 332         rin[i].im = mul32(in[2 * i + 1], 0x3fffffff - (cos_t(8 * i + 6) >> 1));
 333     }
 334     /* pre-rotation */
 335     for (i = 0; i < 256; i++) {
 336         buf[i].re = mul32(cos_t(4 * i + 2), rin[i].re)
 337                   - mul32(sin_t(4 * i + 2), rin[i].im);
 338         buf[i].im = mul32(cos_t(4 * i + 2), rin[i].im)
 339                   + mul32(sin_t(4 * i + 2), rin[i].re);
 340     }
 341
 342     for (j = 256, l = 1; j != 1; j >>= 1, l <<= 1) {
 343         for (k = 0; k < 256; k += j) {
 344             for (i = k; i < k + j / 2; i++) {
 345                 cplx32 sum, diff;
 346                 int t = 8 * l * i;
 347
 348                 sum.re = buf[i].re + buf[i + j / 2].re;
 349                 sum.im = buf[i].im + buf[i + j / 2].im;
 350
 351                 diff.re = buf[i].re - buf[i + j / 2].re;
 352                 diff.im = buf[i].im - buf[i + j / 2].im;
 353
 354                 buf[i].re = half32(sum.re);
 355                 buf[i].im = half32(sum.im);
 356
 357                 buf[i + j / 2].re = mul32(diff.re, cos_t(t))
 358                                   - mul32(diff.im, sin_t(t));
 359                 buf[i + j / 2].im = mul32(diff.im, cos_t(t))
 360                                   + mul32(diff.re, sin_t(t));
 361             }
 362         }
 363     }
 364     /* post-rotation */
 365     for (i = 0; i < 256; i++) {
 366         int b = ff_reverse[i];
 367         rout[i].re = mul32(buf[b].re, cos_t(4 * i))
 368                    - mul32(buf[b].im, sin_t(4 * i));
 369         rout[i].im = mul32(buf[b].im, cos_t(4 * i))
 370                    + mul32(buf[b].re, sin_t(4 * i));
 371     }
 372     for (i = 0; i < 256; i++) {
 373         /* separate the results of the two transforms */
 374         cplx32 o1, o2;
 375
 376         o1.re =  rout[i].re - rout[255 - i].re;
 377         o1.im =  rout[i].im + rout[255 - i].im;
 378
 379         o2.re =  rout[i].im - rout[255 - i].im;
 380         o2.im = -rout[i].re - rout[255 - i].re;
 381
 382         /* combine them into one long transform */
 383         out[i].re = mul32( o1.re + o2.re, cos_t(2 * i + 1))
 384                   + mul32( o1.im - o2.im, sin_t(2 * i + 1));
 385         out[i].im = mul32( o1.im + o2.im, cos_t(2 * i + 1))
 386                   + mul32(-o1.re + o2.re, sin_t(2 * i + 1));
 387     }
 388 }
 389
 390 static int32_t get_cb(int32_t in)
 391 {
 392     int i, res;
 393
 394     res = 0;
 395     if (in < 0)
 396         in = -in;
 397     for (i = 1024; i > 0; i >>= 1) {
 398         if (cb_to_level[i + res] >= in)
 399             res += i;
 400     }
 401     return -res;
 402 }
 403
 404 static int32_t add_cb(int32_t a, int32_t b)
 405 {
 406     if (a < b)
 407         FFSWAP(int32_t, a, b);
 408
 409     if (a - b >= 256)
 410         return a;
 411     return a + cb_to_add[a - b];
 412 }
 413
 414 static void adjust_jnd(int samplerate_index,
 415                        const int32_t in[512], int32_t out_cb[256])
 416 {
 417     int32_t power[256];
 418     cplx32 out[256];
 419     int32_t out_cb_unnorm[256];
 420     int32_t denom;
 421     const int32_t ca_cb = -1114;
 422     const int32_t cs_cb = 928;
 423     int i, j;
 424
 425     fft(in, out);
 426
 427     for (j = 0; j < 256; j++) {
 428         power[j] = add_cb(get_cb(out[j].re), get_cb(out[j].im));
 429         out_cb_unnorm[j] = -2047; /* and can only grow */
 430     }
 431
 432     for (i = 0; i < AUBANDS; i++) {
 433         denom = ca_cb; /* and can only grow */
 434         for (j = 0; j < 256; j++)
 435             denom = add_cb(denom, power[j] + auf[samplerate_index][i][j]);
 436         for (j = 0; j < 256; j++)
 437             out_cb_unnorm[j] = add_cb(out_cb_unnorm[j],
 438                     -denom + auf[samplerate_index][i][j]);
 439     }
 440
 441     for (j = 0; j < 256; j++)
 442         out_cb[j] = add_cb(out_cb[j], -out_cb_unnorm[j] - ca_cb - cs_cb);
 443 }
 444
 445 typedef void (*walk_band_t)(DCAEncContext *c, int band1, int band2, int f,
 446                             int32_t spectrum1, int32_t spectrum2, int channel,
 447                             int32_t * arg);
 448
 449 static void walk_band_low(DCAEncContext *c, int band, int channel,
 450                           walk_band_t walk, int32_t *arg)
 451 {
 452     int f;
 453
 454     if (band == 0) {
 455         for (f = 0; f < 4; f++)
 456             walk(c, 0, 0, f, 0, -2047, channel, arg);
 457     } else {
 458         for (f = 0; f < 8; f++)
 459             walk(c, band, band - 1, 8 * band - 4 + f,
 460                     c->band_spectrum[7 - f], c->band_spectrum[f], channel, arg);
 461     }
 462 }
 463
 464 static void walk_band_high(DCAEncContext *c, int band, int channel,
 465                            walk_band_t walk, int32_t *arg)
 466 {
 467     int f;
 468
 469     if (band == 31) {
 470         for (f = 0; f < 4; f++)
 471             walk(c, 31, 31, 256 - 4 + f, 0, -2047, channel, arg);
 472     } else {
 473         for (f = 0; f < 8; f++)
 474             walk(c, band, band + 1, 8 * band + 4 + f,
 475                     c->band_spectrum[f], c->band_spectrum[7 - f], channel, arg);
 476     }
 477 }
 478
 479 static void update_band_masking(DCAEncContext *c, int band1, int band2,
 480                                 int f, int32_t spectrum1, int32_t spectrum2,
 481                                 int channel, int32_t * arg)
 482 {
 483     int32_t value = c->eff_masking_curve_cb[f] - spectrum1;
 484
 485     if (value < c->band_masking_cb[band1])
 486         c->band_masking_cb[band1] = value;
 487 }
 488
 489 static void calc_masking(DCAEncContext *c, const int32_t *input)
 490 {
 491     int i, k, band, ch, ssf;
 492     int32_t data[512];
 493
 494     for (i = 0; i < 256; i++)
 495         for (ssf = 0; ssf < SUBSUBFRAMES; ssf++)
 496             c->masking_curve_cb[ssf][i] = -2047;
 497
 498     for (ssf = 0; ssf < SUBSUBFRAMES; ssf++)
 499         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
 500             for (i = 0, k = 128 + 256 * ssf; k < 512; i++, k++)
 501                 data[i] = c->history[k][ch];
 502             for (k -= 512; i < 512; i++, k++)
 503                 data[i] = input[k * c->channels + ch];
 504             adjust_jnd(c->samplerate_index, data, c->masking_curve_cb[ssf]);
 505         }
 506     for (i = 0; i < 256; i++) {
 507         int32_t m = 2048;
 508
 509         for (ssf = 0; ssf < SUBSUBFRAMES; ssf++)
 510             if (c->masking_curve_cb[ssf][i] < m)
 511                 m = c->masking_curve_cb[ssf][i];
 512         c->eff_masking_curve_cb[i] = m;
 513     }
 514
 515     for (band = 0; band < 32; band++) {
 516         c->band_masking_cb[band] = 2048;
 517         walk_band_low(c, band, 0, update_band_masking, NULL);
 518         walk_band_high(c, band, 0, update_band_masking, NULL);
 519     }
 520 }
 521
 522 static void find_peaks(DCAEncContext *c)
 523 {
 524     int band, ch;
 525
 526     for (band = 0; band < 32; band++)
 527         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
 528             int sample;
 529             int32_t m = 0;
 530
 531             for (sample = 0; sample < SUBBAND_SAMPLES; sample++) {
 532                 int32_t s = abs(c->subband[sample][band][ch]);
 533                 if (m < s)
 534                     m = s;
 535             }
 536             c->peak_cb[band][ch] = get_cb(m);
 537         }
 538
 539     if (c->lfe_channel) {
 540         int sample;
 541         int32_t m = 0;
 542
 543         for (sample = 0; sample < DCA_LFE_SAMPLES; sample++)
 544             if (m < abs(c->downsampled_lfe[sample]))
 545                 m = abs(c->downsampled_lfe[sample]);
 546         c->lfe_peak_cb = get_cb(m);
 547     }
 548 }
 549
 550 static const int snr_fudge = 128;
 551 #define USED_1ABITS 1
 552 #define USED_NABITS 2
 553 #define USED_26ABITS 4
 554
 555 static int init_quantization_noise(DCAEncContext *c, int noise)
 556 {
 557     int ch, band, ret = 0;
 558
 559     c->consumed_bits = 132 + 493 * c->fullband_channels;
 560     if (c->lfe_channel)
 561         c->consumed_bits += 72;
 562
 563     /* attempt to guess the bit distribution based on the prevoius frame */
 564     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
 565         for (band = 0; band < 32; band++) {
 566             int snr_cb = c->peak_cb[band][ch] - c->band_masking_cb[band] - noise;
 567
 568             if (snr_cb >= 1312) {
 569                 c->abits[band][ch] = 26;
 570                 ret |= USED_26ABITS;
 571             } else if (snr_cb >= 222) {
 572                 c->abits[band][ch] = 8 + mul32(snr_cb - 222, 69000000);
 573                 ret |= USED_NABITS;
 574             } else if (snr_cb >= 0) {
 575                 c->abits[band][ch] = 2 + mul32(snr_cb, 106000000);
 576                 ret |= USED_NABITS;
 577             } else {
 578                 c->abits[band][ch] = 1;
 579                 ret |= USED_1ABITS;
 580             }
 581         }
 582     }
 583
 584     for (band = 0; band < 32; band++)
 585         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
 586             c->consumed_bits += bit_consumption[c->abits[band][ch]];
 587         }
 588
 589     return ret;
 590 }
 591
 592 static void assign_bits(DCAEncContext *c)
 593 {
 594     /* Find the bounds where the binary search should work */
 595     int low, high, down;
 596     int used_abits = 0;
 597
 598     init_quantization_noise(c, c->worst_quantization_noise);
 599     low = high = c->worst_quantization_noise;
 600     if (c->consumed_bits > c->frame_bits) {
 601         while (c->consumed_bits > c->frame_bits) {
 602             av_assert0(used_abits != USED_1ABITS);
 603             low = high;
 604             high += snr_fudge;
 605             used_abits = init_quantization_noise(c, high);
 606         }
 607     } else {
 608         while (c->consumed_bits <= c->frame_bits) {
 609             high = low;
 610             if (used_abits == USED_26ABITS)
 611                 goto out; /* The requested bitrate is too high, pad with zeros */
 612             low -= snr_fudge;
 613             used_abits = init_quantization_noise(c, low);
 614         }
 615     }
 616
 617     /* Now do a binary search between low and high to see what fits */
 618     for (down = snr_fudge >> 1; down; down >>= 1) {
 619         init_quantization_noise(c, high - down);
 620         if (c->consumed_bits <= c->frame_bits)
 621             high -= down;
 622     }
 623     init_quantization_noise(c, high);
 624 out:
 625     c->worst_quantization_noise = high;
 626     if (high > c->worst_noise_ever)
 627         c->worst_noise_ever = high;
 628 }
 629
 630 static void shift_history(DCAEncContext *c, const int32_t *input)
 631 {
 632     int k, ch;
 633
 634     for (k = 0; k < 512; k++)
 635         for (ch = 0; ch < c->channels; ch++)
 636             c->history[k][ch] = input[k * c->channels + ch];
 637 }
 638
 639 static int32_t quantize_value(int32_t value, softfloat quant)
 640 {
 641     int32_t offset = 1 << (quant.e - 1);
 642
 643     value = mul32(value, quant.m) + offset;
 644     value = value >> quant.e;
 645     return value;
 646 }
 647
 648 static int calc_one_scale(int32_t peak_cb, int abits, softfloat *quant)
 649 {
 650     int32_t peak;
 651     int our_nscale, try_remove;
 652     softfloat our_quant;
 653
 654     av_assert0(peak_cb <= 0);
 655     av_assert0(peak_cb >= -2047);
 656
 657     our_nscale = 127;
 658     peak = cb_to_level[-peak_cb];
 659
 660     for (try_remove = 64; try_remove > 0; try_remove >>= 1) {
 661         if (scalefactor_inv[our_nscale - try_remove].e + stepsize_inv[abits].e <= 17)
 662             continue;
 663         our_quant.m = mul32(scalefactor_inv[our_nscale - try_remove].m, stepsize_inv[abits].m);
 664         our_quant.e = scalefactor_inv[our_nscale - try_remove].e + stepsize_inv[abits].e - 17;
 665         if ((quant_levels[abits] - 1) / 2 < quantize_value(peak, our_quant))
 666             continue;
 667         our_nscale -= try_remove;
 668     }
 669
 670     if (our_nscale >= 125)
 671         our_nscale = 124;
 672
 673     quant->m = mul32(scalefactor_inv[our_nscale].m, stepsize_inv[abits].m);
 674     quant->e = scalefactor_inv[our_nscale].e + stepsize_inv[abits].e - 17;
 675     av_assert0((quant_levels[abits] - 1) / 2 >= quantize_value(peak, *quant));
 676
 677     return our_nscale;
 678 }
 679
 680 static void calc_scales(DCAEncContext *c)
 681 {
 682     int band, ch;
 683
 684     for (band = 0; band < 32; band++)
 685         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 686             c->scale_factor[band][ch] = calc_one_scale(c->peak_cb[band][ch],
 687                                                        c->abits[band][ch],
 688                                                        &c->quant[band][ch]);
 689
 690     if (c->lfe_channel)
 691         c->lfe_scale_factor = calc_one_scale(c->lfe_peak_cb, 11, &c->lfe_quant);
 692 }
 693
 694 static void quantize_all(DCAEncContext *c)
 695 {
 696     int sample, band, ch;
 697
 698     for (sample = 0; sample < SUBBAND_SAMPLES; sample++)
 699         for (band = 0; band < 32; band++)
 700             for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 701                 c->quantized[sample][band][ch] = quantize_value(c->subband[sample][band][ch], c->quant[band][ch]);
 702 }
 703
 704 static void put_frame_header(DCAEncContext *c)
 705 {
 706     /* SYNC */
 707     put_bits(&c->pb, 16, 0x7ffe);
 708     put_bits(&c->pb, 16, 0x8001);
 709
 710     /* Frame type: normal */
 711     put_bits(&c->pb, 1, 1);
 712
 713     /* Deficit sample count: none */
 714     put_bits(&c->pb, 5, 31);
 715
 716     /* CRC is not present */
 717     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 718
 719     /* Number of PCM sample blocks */
 720     put_bits(&c->pb, 7, SUBBAND_SAMPLES - 1);
 721
 722     /* Primary frame byte size */
 723     put_bits(&c->pb, 14, c->frame_size - 1);
 724
 725     /* Audio channel arrangement */
 726     put_bits(&c->pb, 6, c->channel_config);
 727
 728     /* Core audio sampling frequency */
 729     put_bits(&c->pb, 4, bitstream_sfreq[c->samplerate_index]);
 730
 731     /* Transmission bit rate */
 732     put_bits(&c->pb, 5, c->bitrate_index);
 733
 734     /* Embedded down mix: disabled */
 735     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 736
 737     /* Embedded dynamic range flag: not present */
 738     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 739
 740     /* Embedded time stamp flag: not present */
 741     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 742
 743     /* Auxiliary data flag: not present */
 744     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 745
 746     /* HDCD source: no */
 747     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 748
 749     /* Extension audio ID: N/A */
 750     put_bits(&c->pb, 3, 0);
 751
 752     /* Extended audio data: not present */
 753     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 754
 755     /* Audio sync word insertion flag: after each sub-frame */
 756     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 757
 758     /* Low frequency effects flag: not present or 64x subsampling */
 759     put_bits(&c->pb, 2, c->lfe_channel ? 2 : 0);
 760
 761     /* Predictor history switch flag: on */
 762     put_bits(&c->pb, 1, 1);
 763
 764     /* No CRC */
 765     /* Multirate interpolator switch: non-perfect reconstruction */
 766     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 767
 768     /* Encoder software revision: 7 */
 769     put_bits(&c->pb, 4, 7);
 770
 771     /* Copy history: 0 */
 772     put_bits(&c->pb, 2, 0);
 773
 774     /* Source PCM resolution: 16 bits, not DTS ES */
 775     put_bits(&c->pb, 3, 0);
 776
 777     /* Front sum/difference coding: no */
 778     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 779
 780     /* Surrounds sum/difference coding: no */
 781     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 782
 783     /* Dialog normalization: 0 dB */
 784     put_bits(&c->pb, 4, 0);
 785 }
 786
 787 static void put_primary_audio_header(DCAEncContext *c)
 788 {
 789     static const int bitlen[11] = { 0, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3 };
 790     static const int thr[11]    = { 0, 1, 3, 3, 3, 3, 7, 7, 7, 7, 7 };
 791
 792     int ch, i;
 793     /* Number of subframes */
 794     put_bits(&c->pb, 4, SUBFRAMES - 1);
 795
 796     /* Number of primary audio channels */
 797     put_bits(&c->pb, 3, c->fullband_channels - 1);
 798
 799     /* Subband activity count */
 800     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 801         put_bits(&c->pb, 5, DCAENC_SUBBANDS - 2);
 802
 803     /* High frequency VQ start subband */
 804     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 805         put_bits(&c->pb, 5, DCAENC_SUBBANDS - 1);
 806
 807     /* Joint intensity coding index: 0, 0 */
 808     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 809         put_bits(&c->pb, 3, 0);
 810
 811     /* Transient mode codebook: A4, A4 (arbitrary) */
 812     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 813         put_bits(&c->pb, 2, 0);
 814
 815     /* Scale factor code book: 7 bit linear, 7-bit sqrt table (for each channel) */
 816     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 817         put_bits(&c->pb, 3, 6);
 818
 819     /* Bit allocation quantizer select: linear 5-bit */
 820     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 821         put_bits(&c->pb, 3, 6);
 822
 823     /* Quantization index codebook select: dummy data
 824        to avoid transmission of scale factor adjustment */
 825     for (i = 1; i < 11; i++)
 826         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 827             put_bits(&c->pb, bitlen[i], thr[i]);
 828
 829     /* Scale factor adjustment index: not transmitted */
 830     /* Audio header CRC check word: not transmitted */
 831 }
 832
 833 static void put_subframe_samples(DCAEncContext *c, int ss, int band, int ch)
 834 {
 835     if (c->abits[band][ch] <= 7) {
 836         int sum, i, j;
 837         for (i = 0; i < 8; i += 4) {
 838             sum = 0;
 839             for (j = 3; j >= 0; j--) {
 840                 sum *= quant_levels[c->abits[band][ch]];
 841                 sum += c->quantized[ss * 8 + i + j][band][ch];
 842                 sum += (quant_levels[c->abits[band][ch]] - 1) / 2;
 843             }
 844             put_bits(&c->pb, bit_consumption[c->abits[band][ch]] / 4, sum);
 845         }
 846     } else {
 847         int i;
 848         for (i = 0; i < 8; i++) {
 849             int bits = bit_consumption[c->abits[band][ch]] / 16;
 850             int32_t mask = (1 << bits) - 1;
 851             put_bits(&c->pb, bits, c->quantized[ss * 8 + i][band][ch] & mask);
 852         }
 853     }
 854 }
 855
 856 static void put_subframe(DCAEncContext *c, int subframe)
 857 {
 858     int i, band, ss, ch;
 859
 860     /* Subsubframes count */
 861     put_bits(&c->pb, 2, SUBSUBFRAMES -1);
 862
 863     /* Partial subsubframe sample count: dummy */
 864     put_bits(&c->pb, 3, 0);
 865
 866     /* Prediction mode: no ADPCM, in each channel and subband */
 867     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 868         for (band = 0; band < DCAENC_SUBBANDS; band++)
 869             put_bits(&c->pb, 1, 0);
 870
 871     /* Prediction VQ address: not transmitted */
 872     /* Bit allocation index */
 873     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 874         for (band = 0; band < DCAENC_SUBBANDS; band++)
 875             put_bits(&c->pb, 5, c->abits[band][ch]);
 876
 877     if (SUBSUBFRAMES > 1) {
 878         /* Transition mode: none for each channel and subband */
 879         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 880             for (band = 0; band < DCAENC_SUBBANDS; band++)
 881                 put_bits(&c->pb, 1, 0); /* codebook A4 */
 882     }
 883
 884     /* Scale factors */
 885     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 886         for (band = 0; band < DCAENC_SUBBANDS; band++)
 887             put_bits(&c->pb, 7, c->scale_factor[band][ch]);
 888
 889     /* Joint subband scale factor codebook select: not transmitted */
 890     /* Scale factors for joint subband coding: not transmitted */
 891     /* Stereo down-mix coefficients: not transmitted */
 892     /* Dynamic range coefficient: not transmitted */
 893     /* Stde information CRC check word: not transmitted */
 894     /* VQ encoded high frequency subbands: not transmitted */
 895
 896     /* LFE data: 8 samples and scalefactor */
 897     if (c->lfe_channel) {
 898         for (i = 0; i < DCA_LFE_SAMPLES; i++)
 899             put_bits(&c->pb, 8, quantize_value(c->downsampled_lfe[i], c->lfe_quant) & 0xff);
 900         put_bits(&c->pb, 8, c->lfe_scale_factor);
 901     }
 902
 903     /* Audio data (subsubframes) */
 904     for (ss = 0; ss < SUBSUBFRAMES ; ss++)
 905         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 906             for (band = 0; band < DCAENC_SUBBANDS; band++)
 907                     put_subframe_samples(c, ss, band, ch);
 908
 909     /* DSYNC */
 910     put_bits(&c->pb, 16, 0xffff);
 911 }
 912
 913 static int encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
 914                         const AVFrame *frame, int *got_packet_ptr)
 915 {
 916     DCAEncContext *c = avctx->priv_data;
 917     const int32_t *samples;
 918     int ret, i;
 919
 920     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, avpkt, c->frame_size )) < 0)
 921         return ret;
 922
 923     samples = (const int32_t *)frame->data[0];
 924
 925     subband_transform(c, samples);
 926     if (c->lfe_channel)
 927         lfe_downsample(c, samples);
 928
 929     calc_masking(c, samples);
 930     find_peaks(c);
 931     assign_bits(c);
 932     calc_scales(c);
 933     quantize_all(c);
 934     shift_history(c, samples);
 935
 936     init_put_bits(&c->pb, avpkt->data, avpkt->size);
 937     put_frame_header(c);
 938     put_primary_audio_header(c);
 939     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++)
 940         put_subframe(c, i);
 941
 942     flush_put_bits(&c->pb);
 943
 944     avpkt->pts      = frame->pts;
 945     avpkt->duration = ff_samples_to_time_base(avctx, frame->nb_samples);
 946     avpkt->size     = c->frame_size + 1;
 947     *got_packet_ptr = 1;
 948     return 0;
 949 }
 950
 951 static const AVCodecDefault defaults[] = {
 952     { "b",          "1411200" },
 953     { NULL },
 954 };
 955
 956 AVCodec ff_dca_encoder = {
 957     .name                  = "dca",
 958     .long_name             = NULL_IF_CONFIG_SMALL("DCA (DTS Coherent Acoustics)"),
 959     .type                  = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 960     .id                    = AV_CODEC_ID_DTS,
 961     .priv_data_size        = sizeof(DCAEncContext),
 962     .init                  = encode_init,
 963     .encode2               = encode_frame,
 964     .capabilities          = CODEC_CAP_EXPERIMENTAL,
 965     .sample_fmts           = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_S32,
 966                                                             AV_SAMPLE_FMT_NONE },
 967     .supported_samplerates = sample_rates,
 968     .channel_layouts       = (const uint64_t[]) { AV_CH_LAYOUT_MONO,
 969                                                   AV_CH_LAYOUT_STEREO,
 970                                                   AV_CH_LAYOUT_2_2,
 971                                                   AV_CH_LAYOUT_5POINT0,
 972                                                   AV_CH_LAYOUT_5POINT1,
 973                                                   0 },
 974     .defaults              = defaults,
 975 };