git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/psymodel.h

   1 /*
   2  * audio encoder psychoacoustic model
   3  * Copyright (C) 2008 Konstantin Shishkov
   4  *
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   6  *
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  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 #ifndef AVCODEC_PSYMODEL_H
  23 #define AVCODEC_PSYMODEL_H
  24
  25 #include "avcodec.h"
  26
  27 /** maximum possible number of bands */
  28 #define PSY_MAX_BANDS 128
  29 /** maximum number of channels */
  30 #define PSY_MAX_CHANS 20
  31
  32 /* cutoff for VBR is purposely increased, since LP filtering actually
  33  * hinders VBR performance rather than the opposite
  34  */
  35 #define AAC_CUTOFF_FROM_BITRATE(bit_rate,channels,sample_rate) (bit_rate ? FFMIN3(FFMIN3( \
  36     FFMAX(bit_rate/channels/5, bit_rate/channels*15/32 - 5500), \
  37     3000 + bit_rate/channels/4, \
  38     12000 + bit_rate/channels/16), \
  39     22000, \
  40     sample_rate / 2): (sample_rate / 2))
  41 #define AAC_CUTOFF(s) ( \
  42     (s->flags & AV_CODEC_FLAG_QSCALE) \
  43     ? s->sample_rate / 2 \
  44     : AAC_CUTOFF_FROM_BITRATE(s->bit_rate, s->channels, s->sample_rate) \
  45 )
  46
  47 /**
  48  * single band psychoacoustic information
  49  */
  50 typedef struct FFPsyBand {
  51     int   bits;
  52     float energy;
  53     float threshold;
  54     float spread;    /* Energy spread over the band */
  55 } FFPsyBand;
  56
  57 /**
  58  * single channel psychoacoustic information
  59  */
  60 typedef struct FFPsyChannel {
  61     FFPsyBand psy_bands[PSY_MAX_BANDS]; ///< channel bands information
  62     float     entropy;                  ///< total PE for this channel
  63 } FFPsyChannel;
  64
  65 /**
  66  * psychoacoustic information for an arbitrary group of channels
  67  */
  68 typedef struct FFPsyChannelGroup {
  69     FFPsyChannel *ch[PSY_MAX_CHANS];  ///< pointers to the individual channels in the group
  70     uint8_t num_ch;                   ///< number of channels in this group
  71     uint8_t coupling[PSY_MAX_BANDS];  ///< allow coupling for this band in the group
  72 } FFPsyChannelGroup;
  73
  74 /**
  75  * windowing related information
  76  */
  77 typedef struct FFPsyWindowInfo {
  78     int window_type[3];               ///< window type (short/long/transitional, etc.) - current, previous and next
  79     int window_shape;                 ///< window shape (sine/KBD/whatever)
  80     int num_windows;                  ///< number of windows in a frame
  81     int grouping[8];                  ///< window grouping (for e.g. AAC)
  82     float clipping[8];                ///< maximum absolute normalized intensity in the given window for clip avoidance
  83     int *window_sizes;                ///< sequence of window sizes inside one frame (for eg. WMA)
  84 } FFPsyWindowInfo;
  85
  86 /**
  87  * context used by psychoacoustic model
  88  */
  89 typedef struct FFPsyContext {
  90     AVCodecContext *avctx;            ///< encoder context
  91     const struct FFPsyModel *model;   ///< encoder-specific model functions
  92
  93     FFPsyChannel      *ch;            ///< single channel information
  94     FFPsyChannelGroup *group;         ///< channel group information
  95     int num_groups;                   ///< number of channel groups
  96     int cutoff;                       ///< lowpass frequency cutoff for analysis
  97
  98     uint8_t **bands;                  ///< scalefactor band sizes for possible frame sizes
  99     int     *num_bands;               ///< number of scalefactor bands for possible frame sizes
 100     int num_lens;                     ///< number of scalefactor band sets
 101
 102     struct {
 103         int size;                     ///< size of the bitresevoir in bits
 104         int bits;                     ///< number of bits used in the bitresevoir
 105         int alloc;                    ///< number of bits allocated by the psy, or -1 if no allocation was done
 106     } bitres;
 107
 108     void* model_priv_data;            ///< psychoacoustic model implementation private data
 109 } FFPsyContext;
 110
 111 /**
 112  * codec-specific psychoacoustic model implementation
 113  */
 114 typedef struct FFPsyModel {
 115     const char *name;
 116     int  (*init)   (FFPsyContext *apc);
 117
 118     /**
 119      * Suggest window sequence for channel.
 120      *
 121      * @param ctx       model context
 122      * @param audio     samples for the current frame
 123      * @param la        lookahead samples (NULL when unavailable)
 124      * @param channel   number of channel element to analyze
 125      * @param prev_type previous window type
 126      *
 127      * @return suggested window information in a structure
 128      */
 129     FFPsyWindowInfo (*window)(FFPsyContext *ctx, const float *audio, const float *la, int channel, int prev_type);
 130
 131     /**
 132      * Perform psychoacoustic analysis and set band info (threshold, energy) for a group of channels.
 133      *
 134      * @param ctx      model context
 135      * @param channel  channel number of the first channel in the group to perform analysis on
 136      * @param coeffs   array of pointers to the transformed coefficients
 137      * @param wi       window information for the channels in the group
 138      */
 139     void (*analyze)(FFPsyContext *ctx, int channel, const float **coeffs, const FFPsyWindowInfo *wi);
 140
 141     void (*end)    (FFPsyContext *apc);
 142 } FFPsyModel;
 143
 144 /**
 145  * Initialize psychoacoustic model.
 146  *
 147  * @param ctx        model context
 148  * @param avctx      codec context
 149  * @param num_lens   number of possible frame lengths
 150  * @param bands      scalefactor band lengths for all frame lengths
 151  * @param num_bands  number of scalefactor bands for all frame lengths
 152  * @param num_groups number of channel groups
 153  * @param group_map  array with # of channels in group - 1, for each group
 154  *
 155  * @return zero if successful, a negative value if not
 156  */
 157 int ff_psy_init(FFPsyContext *ctx, AVCodecContext *avctx, int num_lens,
 158                 const uint8_t **bands, const int *num_bands,
 159                 int num_groups, const uint8_t *group_map);
 160
 161 /**
 162  * Determine what group a channel belongs to.
 163  *
 164  * @param ctx     psymodel context
 165  * @param channel channel to locate the group for
 166  *
 167  * @return pointer to the FFPsyChannelGroup this channel belongs to
 168  */
 169 FFPsyChannelGroup *ff_psy_find_group(FFPsyContext *ctx, int channel);
 170
 171 /**
 172  * Cleanup model context at the end.
 173  *
 174  * @param ctx model context
 175  */
 176 void ff_psy_end(FFPsyContext *ctx);
 177
 178
 179 /**************************************************************************
 180  *                       Audio preprocessing stuff.                       *
 181  *       This should be moved into some audio filter eventually.          *
 182  **************************************************************************/
 183 struct FFPsyPreprocessContext;
 184
 185 /**
 186  * psychoacoustic model audio preprocessing initialization
 187  */
 188 struct FFPsyPreprocessContext *ff_psy_preprocess_init(AVCodecContext *avctx);
 189
 190 /**
 191  * Preprocess several channel in audio frame in order to compress it better.
 192  *
 193  * @param ctx      preprocessing context
 194  * @param audio    samples to be filtered (in place)
 195  * @param channels number of channel to preprocess
 196  */
 197 void ff_psy_preprocess(struct FFPsyPreprocessContext *ctx, float **audio, int channels);
 198
 199 /**
 200  * Cleanup audio preprocessing module.
 201  */
 202 void ff_psy_preprocess_end(struct FFPsyPreprocessContext *ctx);
 203
 204 #endif /* AVCODEC_PSYMODEL_H */