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

   1 /*
   2  * Bluetooth low-complexity, subband codec (SBC)
   3  *
   4  * Copyright (C) 2017  Aurelien Jacobs <aurel@gnuage.org>
   5  * Copyright (C) 2012-2013  Intel Corporation
   6  * Copyright (C) 2008-2010  Nokia Corporation
   7  * Copyright (C) 2004-2010  Marcel Holtmann <marcel@holtmann.org>
   8  * Copyright (C) 2004-2005  Henryk Ploetz <henryk@ploetzli.ch>
   9  * Copyright (C) 2005-2008  Brad Midgley <bmidgley@xmission.com>
  10  *
  11  * This file is part of FFmpeg.
  12  *
  13  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
  14  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  15  * License as published by the Free Software Foundation; either
  16  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  17  *
  18  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  19  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  20  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  21  * Lesser General Public License for more details.
  22  *
  23  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  24  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  25  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  26  */
  27
  28 /**
  29  * @file
  30  * SBC encoder implementation
  31  */
  32
  33 #include "libavutil/opt.h"
  34 #include "avcodec.h"
  35 #include "internal.h"
  36 #include "profiles.h"
  37 #include "put_bits.h"
  38 #include "sbc.h"
  39 #include "sbcdsp.h"
  40
  41 typedef struct SBCEncContext {
  42     AVClass *class;
  43     int64_t max_delay;
  44     int msbc;
  45     DECLARE_ALIGNED(SBC_ALIGN, struct sbc_frame, frame);
  46     DECLARE_ALIGNED(SBC_ALIGN, SBCDSPContext, dsp);
  47 } SBCEncContext;
  48
  49 static int sbc_analyze_audio(SBCDSPContext *s, struct sbc_frame *frame)
  50 {
  51     int ch, blk;
  52     int16_t *x;
  53
  54     switch (frame->subbands) {
  55     case 4:
  56         for (ch = 0; ch < frame->channels; ch++) {
  57             x = &s->X[ch][s->position - 4 *
  58                     s->increment + frame->blocks * 4];
  59             for (blk = 0; blk < frame->blocks;
  60                         blk += s->increment) {
  61                 s->sbc_analyze_4s(
  62                     s, x,
  63                     frame->sb_sample_f[blk][ch],
  64                     frame->sb_sample_f[blk + 1][ch] -
  65                     frame->sb_sample_f[blk][ch]);
  66                 x -= 4 * s->increment;
  67             }
  68         }
  69         return frame->blocks * 4;
  70
  71     case 8:
  72         for (ch = 0; ch < frame->channels; ch++) {
  73             x = &s->X[ch][s->position - 8 *
  74                     s->increment + frame->blocks * 8];
  75             for (blk = 0; blk < frame->blocks;
  76                         blk += s->increment) {
  77                 s->sbc_analyze_8s(
  78                     s, x,
  79                     frame->sb_sample_f[blk][ch],
  80                     frame->sb_sample_f[blk + 1][ch] -
  81                     frame->sb_sample_f[blk][ch]);
  82                 x -= 8 * s->increment;
  83             }
  84         }
  85         return frame->blocks * 8;
  86
  87     default:
  88         return AVERROR(EIO);
  89     }
  90 }
  91
  92 /*
  93  * Packs the SBC frame from frame into the memory in avpkt.
  94  * Returns the length of the packed frame.
  95  */
  96 static size_t sbc_pack_frame(AVPacket *avpkt, struct sbc_frame *frame,
  97                              int joint, int msbc)
  98 {
  99     PutBitContext pb;
 100
 101     /* Will copy the header parts for CRC-8 calculation here */
 102     uint8_t crc_header[11] = { 0 };
 103     int crc_pos;
 104
 105     uint32_t audio_sample;
 106
 107     int ch, sb, blk;        /* channel, subband, block and bit counters */
 108     int bits[2][8];         /* bits distribution */
 109     uint32_t levels[2][8];  /* levels are derived from that */
 110     uint32_t sb_sample_delta[2][8];
 111
 112     if (msbc) {
 113         avpkt->data[0] = MSBC_SYNCWORD;
 114         avpkt->data[1] = 0;
 115         avpkt->data[2] = 0;
 116     } else {
 117         avpkt->data[0] = SBC_SYNCWORD;
 118
 119         avpkt->data[1]  = (frame->frequency           & 0x03) << 6;
 120         avpkt->data[1] |= (((frame->blocks >> 2) - 1) & 0x03) << 4;
 121         avpkt->data[1] |= (frame->mode                & 0x03) << 2;
 122         avpkt->data[1] |= (frame->allocation          & 0x01) << 1;
 123         avpkt->data[1] |= ((frame->subbands == 8)     & 0x01) << 0;
 124
 125         avpkt->data[2] = frame->bitpool;
 126
 127         if (frame->bitpool > frame->subbands << (4 + (frame->mode == STEREO
 128                                                    || frame->mode == JOINT_STEREO)))
 129             return -5;
 130     }
 131
 132     /* Can't fill in crc yet */
 133     crc_header[0] = avpkt->data[1];
 134     crc_header[1] = avpkt->data[2];
 135     crc_pos = 16;
 136
 137     init_put_bits(&pb, avpkt->data + 4, avpkt->size);
 138
 139     if (frame->mode == JOINT_STEREO) {
 140         put_bits(&pb, frame->subbands, joint);
 141         crc_header[crc_pos >> 3] = joint;
 142         crc_pos += frame->subbands;
 143     }
 144
 145     for (ch = 0; ch < frame->channels; ch++) {
 146         for (sb = 0; sb < frame->subbands; sb++) {
 147             put_bits(&pb, 4, frame->scale_factor[ch][sb] & 0x0F);
 148             crc_header[crc_pos >> 3] <<= 4;
 149             crc_header[crc_pos >> 3] |= frame->scale_factor[ch][sb] & 0x0F;
 150             crc_pos += 4;
 151         }
 152     }
 153
 154     /* align the last crc byte */
 155     if (crc_pos % 8)
 156         crc_header[crc_pos >> 3] <<= 8 - (crc_pos % 8);
 157
 158     avpkt->data[3] = ff_sbc_crc8(frame->crc_ctx, crc_header, crc_pos);
 159
 160     ff_sbc_calculate_bits(frame, bits);
 161
 162     for (ch = 0; ch < frame->channels; ch++) {
 163         for (sb = 0; sb < frame->subbands; sb++) {
 164             levels[ch][sb] = ((1 << bits[ch][sb]) - 1) <<
 165                 (32 - (frame->scale_factor[ch][sb] +
 166                     SCALE_OUT_BITS + 2));
 167             sb_sample_delta[ch][sb] = (uint32_t) 1 <<
 168                 (frame->scale_factor[ch][sb] +
 169                     SCALE_OUT_BITS + 1);
 170         }
 171     }
 172
 173     for (blk = 0; blk < frame->blocks; blk++) {
 174         for (ch = 0; ch < frame->channels; ch++) {
 175             for (sb = 0; sb < frame->subbands; sb++) {
 176
 177                 if (bits[ch][sb] == 0)
 178                     continue;
 179
 180                 audio_sample = ((uint64_t) levels[ch][sb] *
 181                     (sb_sample_delta[ch][sb] +
 182                     frame->sb_sample_f[blk][ch][sb])) >> 32;
 183
 184                 put_bits(&pb, bits[ch][sb], audio_sample);
 185             }
 186         }
 187     }
 188
 189     flush_put_bits(&pb);
 190
 191     return put_bytes_output(&pb);
 192 }
 193
 194 static int sbc_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 195 {
 196     SBCEncContext *sbc = avctx->priv_data;
 197     struct sbc_frame *frame = &sbc->frame;
 198
 199     if (avctx->profile == FF_PROFILE_SBC_MSBC)
 200         sbc->msbc = 1;
 201
 202     if (sbc->msbc) {
 203         if (avctx->channels != 1) {
 204             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "mSBC require mono channel.\n");
 205             return AVERROR(EINVAL);
 206         }
 207
 208         if (avctx->sample_rate != 16000) {
 209             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "mSBC require 16 kHz samplerate.\n");
 210             return AVERROR(EINVAL);
 211         }
 212
 213         frame->mode = SBC_MODE_MONO;
 214         frame->subbands = 8;
 215         frame->blocks = MSBC_BLOCKS;
 216         frame->allocation = SBC_AM_LOUDNESS;
 217         frame->bitpool = 26;
 218
 219         avctx->frame_size = 8 * MSBC_BLOCKS;
 220     } else {
 221         int d;
 222
 223         if (avctx->global_quality > 255*FF_QP2LAMBDA) {
 224             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "bitpool > 255 is not allowed.\n");
 225             return AVERROR(EINVAL);
 226         }
 227
 228         if (avctx->channels == 1) {
 229             frame->mode = SBC_MODE_MONO;
 230             if (sbc->max_delay <= 3000 || avctx->bit_rate > 270000)
 231                 frame->subbands = 4;
 232             else
 233                 frame->subbands = 8;
 234         } else {
 235             if (avctx->bit_rate < 180000 || avctx->bit_rate > 420000)
 236                 frame->mode = SBC_MODE_JOINT_STEREO;
 237             else
 238                 frame->mode = SBC_MODE_STEREO;
 239             if (sbc->max_delay <= 4000 || avctx->bit_rate > 420000)
 240                 frame->subbands = 4;
 241             else
 242                 frame->subbands = 8;
 243         }
 244         /* sbc algorithmic delay is ((blocks + 10) * subbands - 2) / sample_rate */
 245         frame->blocks = av_clip(((sbc->max_delay * avctx->sample_rate + 2)
 246                                / (1000000 * frame->subbands)) - 10, 4, 16) & ~3;
 247
 248         frame->allocation = SBC_AM_LOUDNESS;
 249
 250         d = frame->blocks * ((frame->mode == SBC_MODE_DUAL_CHANNEL) + 1);
 251         frame->bitpool = (((avctx->bit_rate * frame->subbands * frame->blocks) / avctx->sample_rate)
 252                           - 4 * frame->subbands * avctx->channels
 253                           - (frame->mode == SBC_MODE_JOINT_STEREO)*frame->subbands - 32 + d/2) / d;
 254         if (avctx->global_quality > 0)
 255             frame->bitpool = avctx->global_quality / FF_QP2LAMBDA;
 256
 257         avctx->frame_size = 4*((frame->subbands >> 3) + 1) * 4*(frame->blocks >> 2);
 258     }
 259
 260     for (int i = 0; avctx->codec->supported_samplerates[i]; i++)
 261         if (avctx->sample_rate == avctx->codec->supported_samplerates[i])
 262             frame->frequency = i;
 263
 264     frame->channels = avctx->channels;
 265     frame->codesize = frame->subbands * frame->blocks * avctx->channels * 2;
 266     frame->crc_ctx = av_crc_get_table(AV_CRC_8_EBU);
 267
 268     memset(&sbc->dsp.X, 0, sizeof(sbc->dsp.X));
 269     sbc->dsp.position = (SBC_X_BUFFER_SIZE - frame->subbands * 9) & ~7;
 270     sbc->dsp.increment = sbc->msbc ? 1 : 4;
 271     ff_sbcdsp_init(&sbc->dsp);
 272
 273     return 0;
 274 }
 275
 276 static int sbc_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
 277                             const AVFrame *av_frame, int *got_packet_ptr)
 278 {
 279     SBCEncContext *sbc = avctx->priv_data;
 280     struct sbc_frame *frame = &sbc->frame;
 281     uint8_t joint = frame->mode == SBC_MODE_JOINT_STEREO;
 282     uint8_t dual  = frame->mode == SBC_MODE_DUAL_CHANNEL;
 283     int ret, j = 0;
 284
 285     int frame_length = 4 + (4 * frame->subbands * frame->channels) / 8
 286                      + ((frame->blocks * frame->bitpool * (1 + dual)
 287                      + joint * frame->subbands) + 7) / 8;
 288
 289     /* input must be large enough to encode a complete frame */
 290     if (av_frame->nb_samples * frame->channels * 2 < frame->codesize)
 291         return 0;
 292
 293     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, avpkt, frame_length, 0)) < 0)
 294         return ret;
 295
 296     /* Select the needed input data processing function and call it */
 297     if (frame->subbands == 8)
 298         sbc->dsp.position = sbc->dsp.sbc_enc_process_input_8s(
 299                 sbc->dsp.position, av_frame->data[0], sbc->dsp.X,
 300                 frame->subbands * frame->blocks, frame->channels);
 301     else
 302         sbc->dsp.position = sbc->dsp.sbc_enc_process_input_4s(
 303                 sbc->dsp.position, av_frame->data[0], sbc->dsp.X,
 304                 frame->subbands * frame->blocks, frame->channels);
 305
 306     sbc_analyze_audio(&sbc->dsp, &sbc->frame);
 307
 308     if (frame->mode == JOINT_STEREO)
 309         j = sbc->dsp.sbc_calc_scalefactors_j(frame->sb_sample_f,
 310                                              frame->scale_factor,
 311                                              frame->blocks,
 312                                              frame->subbands);
 313     else
 314         sbc->dsp.sbc_calc_scalefactors(frame->sb_sample_f,
 315                                        frame->scale_factor,
 316                                        frame->blocks,
 317                                        frame->channels,
 318                                        frame->subbands);
 319     emms_c();
 320     sbc_pack_frame(avpkt, frame, j, sbc->msbc);
 321
 322     *got_packet_ptr = 1;
 323     return 0;
 324 }
 325
 326 #define OFFSET(x) offsetof(SBCEncContext, x)
 327 #define AE AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
 328 static const AVOption options[] = {
 329     { "sbc_delay", "set maximum algorithmic latency",
 330       OFFSET(max_delay), AV_OPT_TYPE_DURATION, {.i64 = 13000}, 1000,13000, AE },
 331     { "msbc",      "use mSBC mode (wideband speech mono SBC)",
 332       OFFSET(msbc),      AV_OPT_TYPE_BOOL,     {.i64 = 0},        0,    1, AE },
 333     FF_AVCTX_PROFILE_OPTION("msbc", NULL, AUDIO, FF_PROFILE_SBC_MSBC)
 334     { NULL },
 335 };
 336
 337 static const AVClass sbc_class = {
 338     .class_name = "sbc encoder",
 339     .item_name  = av_default_item_name,
 340     .option     = options,
 341     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
 342 };
 343
 344 AVCodec ff_sbc_encoder = {
 345     .name                  = "sbc",
 346     .long_name             = NULL_IF_CONFIG_SMALL("SBC (low-complexity subband codec)"),
 347     .type                  = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 348     .id                    = AV_CODEC_ID_SBC,
 349     .priv_data_size        = sizeof(SBCEncContext),
 350     .init                  = sbc_encode_init,
 351     .encode2               = sbc_encode_frame,
 352     .capabilities          = AV_CODEC_CAP_SMALL_LAST_FRAME,
 353     .caps_internal         = FF_CODEC_CAP_INIT_THREADSAFE,
 354     .channel_layouts       = (const uint64_t[]) { AV_CH_LAYOUT_MONO,
 355                                                   AV_CH_LAYOUT_STEREO, 0},
 356     .sample_fmts           = (const enum AVSampleFormat[]) { AV_SAMPLE_FMT_S16,
 357                                                              AV_SAMPLE_FMT_NONE },
 358     .supported_samplerates = (const int[]) { 16000, 32000, 44100, 48000, 0 },
 359     .priv_class            = &sbc_class,
 360     .profiles              = NULL_IF_CONFIG_SMALL(ff_sbc_profiles),
 361 };