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

   1 /*
   2  * WMA compatible codec
   3  * Copyright (c) 2002-2007 The Libav Project
   4  *
   5  * This file is part of Libav.
   6  *
   7  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 #include "avcodec.h"
  23 #include "sinewin.h"
  24 #include "wma.h"
  25 #include "wma_common.h"
  26 #include "wmadata.h"
  27
  28 #undef NDEBUG
  29 #include <assert.h>
  30
  31 /* XXX: use same run/length optimization as mpeg decoders */
  32 //FIXME maybe split decode / encode or pass flag
  33 static void init_coef_vlc(VLC *vlc, uint16_t **prun_table,
  34                           float **plevel_table, uint16_t **pint_table,
  35                           const CoefVLCTable *vlc_table)
  36 {
  37     int n = vlc_table->n;
  38     const uint8_t  *table_bits   = vlc_table->huffbits;
  39     const uint32_t *table_codes  = vlc_table->huffcodes;
  40     const uint16_t *levels_table = vlc_table->levels;
  41     uint16_t *run_table, *level_table, *int_table;
  42     float *flevel_table;
  43     int i, l, j, k, level;
  44
  45     init_vlc(vlc, VLCBITS, n, table_bits, 1, 1, table_codes, 4, 4, 0);
  46
  47     run_table   = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
  48     level_table = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
  49     flevel_table= av_malloc(n * sizeof(*flevel_table));
  50     int_table   = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
  51     i = 2;
  52     level = 1;
  53     k = 0;
  54     while (i < n) {
  55         int_table[k] = i;
  56         l = levels_table[k++];
  57         for (j = 0; j < l; j++) {
  58             run_table[i]   = j;
  59             level_table[i] = level;
  60             flevel_table[i]= level;
  61             i++;
  62         }
  63         level++;
  64     }
  65     *prun_table   = run_table;
  66     *plevel_table = flevel_table;
  67     *pint_table   = int_table;
  68     av_free(level_table);
  69 }
  70
  71 int ff_wma_init(AVCodecContext *avctx, int flags2)
  72 {
  73     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
  74     int i;
  75     float bps1, high_freq;
  76     volatile float bps;
  77     int sample_rate1;
  78     int coef_vlc_table;
  79
  80     if (   avctx->sample_rate <= 0 || avctx->sample_rate > 50000
  81         || avctx->channels    <= 0 || avctx->channels    > 8
  82         || avctx->bit_rate    <= 0)
  83         return -1;
  84
  85     s->sample_rate = avctx->sample_rate;
  86     s->nb_channels = avctx->channels;
  87     s->bit_rate    = avctx->bit_rate;
  88     s->block_align = avctx->block_align;
  89
  90     ff_dsputil_init(&s->dsp, avctx);
  91     ff_fmt_convert_init(&s->fmt_conv, avctx);
  92
  93     if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV1) {
  94         s->version = 1;
  95     } else {
  96         s->version = 2;
  97     }
  98
  99     /* compute MDCT block size */
 100     s->frame_len_bits = ff_wma_get_frame_len_bits(s->sample_rate, s->version, 0);
 101     s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 102     s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 103     s->block_len_bits      = s->frame_len_bits;
 104
 105     s->frame_len = 1 << s->frame_len_bits;
 106     if (s->use_variable_block_len) {
 107         int nb_max, nb;
 108         nb = ((flags2 >> 3) & 3) + 1;
 109         if ((s->bit_rate / s->nb_channels) >= 32000)
 110             nb += 2;
 111         nb_max = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS;
 112         if (nb > nb_max)
 113             nb = nb_max;
 114         s->nb_block_sizes = nb + 1;
 115     } else {
 116         s->nb_block_sizes = 1;
 117     }
 118
 119     /* init rate dependent parameters */
 120     s->use_noise_coding = 1;
 121     high_freq = s->sample_rate * 0.5;
 122
 123     /* if version 2, then the rates are normalized */
 124     sample_rate1 = s->sample_rate;
 125     if (s->version == 2) {
 126         if (sample_rate1 >= 44100) {
 127             sample_rate1 = 44100;
 128         } else if (sample_rate1 >= 22050) {
 129             sample_rate1 = 22050;
 130         } else if (sample_rate1 >= 16000) {
 131             sample_rate1 = 16000;
 132         } else if (sample_rate1 >= 11025) {
 133             sample_rate1 = 11025;
 134         } else if (sample_rate1 >= 8000) {
 135             sample_rate1 = 8000;
 136         }
 137     }
 138
 139     bps = (float)s->bit_rate / (float)(s->nb_channels * s->sample_rate);
 140     s->byte_offset_bits = av_log2((int)(bps * s->frame_len / 8.0 + 0.5)) + 2;
 141
 142     /* compute high frequency value and choose if noise coding should
 143        be activated */
 144     bps1 = bps;
 145     if (s->nb_channels == 2)
 146         bps1 = bps * 1.6;
 147     if (sample_rate1 == 44100) {
 148         if (bps1 >= 0.61) {
 149             s->use_noise_coding = 0;
 150         } else {
 151             high_freq = high_freq * 0.4;
 152         }
 153     } else if (sample_rate1 == 22050) {
 154         if (bps1 >= 1.16) {
 155             s->use_noise_coding = 0;
 156         } else if (bps1 >= 0.72) {
 157             high_freq = high_freq * 0.7;
 158         } else {
 159             high_freq = high_freq * 0.6;
 160         }
 161     } else if (sample_rate1 == 16000) {
 162         if (bps > 0.5) {
 163             high_freq = high_freq * 0.5;
 164         } else {
 165             high_freq = high_freq * 0.3;
 166         }
 167     } else if (sample_rate1 == 11025) {
 168         high_freq = high_freq * 0.7;
 169     } else if (sample_rate1 == 8000) {
 170         if (bps <= 0.625) {
 171             high_freq = high_freq * 0.5;
 172         } else if (bps > 0.75) {
 173             s->use_noise_coding = 0;
 174         } else {
 175             high_freq = high_freq * 0.65;
 176         }
 177     } else {
 178         if (bps >= 0.8) {
 179             high_freq = high_freq * 0.75;
 180         } else if (bps >= 0.6) {
 181             high_freq = high_freq * 0.6;
 182         } else {
 183             high_freq = high_freq * 0.5;
 184         }
 185     }
 186     av_dlog(s->avctx, "flags2=0x%x\n", flags2);
 187     av_dlog(s->avctx, "version=%d channels=%d sample_rate=%d bitrate=%d block_align=%d\n",
 188             s->version, s->nb_channels, s->sample_rate, s->bit_rate,
 189             s->block_align);
 190     av_dlog(s->avctx, "bps=%f bps1=%f high_freq=%f bitoffset=%d\n",
 191             bps, bps1, high_freq, s->byte_offset_bits);
 192     av_dlog(s->avctx, "use_noise_coding=%d use_exp_vlc=%d nb_block_sizes=%d\n",
 193             s->use_noise_coding, s->use_exp_vlc, s->nb_block_sizes);
 194
 195     /* compute the scale factor band sizes for each MDCT block size */
 196     {
 197         int a, b, pos, lpos, k, block_len, i, j, n;
 198         const uint8_t *table;
 199
 200         if (s->version == 1) {
 201             s->coefs_start = 3;
 202         } else {
 203             s->coefs_start = 0;
 204         }
 205         for (k = 0; k < s->nb_block_sizes; k++) {
 206             block_len = s->frame_len >> k;
 207
 208             if (s->version == 1) {
 209                 lpos = 0;
 210                 for (i = 0; i < 25; i++) {
 211                     a = ff_wma_critical_freqs[i];
 212                     b = s->sample_rate;
 213                     pos = ((block_len * 2 * a) + (b >> 1)) / b;
 214                     if (pos > block_len)
 215                         pos = block_len;
 216                     s->exponent_bands[0][i] = pos - lpos;
 217                     if (pos >= block_len) {
 218                         i++;
 219                         break;
 220                     }
 221                     lpos = pos;
 222                 }
 223                 s->exponent_sizes[0] = i;
 224             } else {
 225                 /* hardcoded tables */
 226                 table = NULL;
 227                 a = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS - k;
 228                 if (a < 3) {
 229                     if (s->sample_rate >= 44100) {
 230                         table = exponent_band_44100[a];
 231                     } else if (s->sample_rate >= 32000) {
 232                         table = exponent_band_32000[a];
 233                     } else if (s->sample_rate >= 22050) {
 234                         table = exponent_band_22050[a];
 235                     }
 236                 }
 237                 if (table) {
 238                     n = *table++;
 239                     for (i = 0; i < n; i++)
 240                         s->exponent_bands[k][i] = table[i];
 241                     s->exponent_sizes[k] = n;
 242                 } else {
 243                     j = 0;
 244                     lpos = 0;
 245                     for (i = 0; i < 25; i++) {
 246                         a = ff_wma_critical_freqs[i];
 247                         b = s->sample_rate;
 248                         pos = ((block_len * 2 * a) + (b << 1)) / (4 * b);
 249                         pos <<= 2;
 250                         if (pos > block_len)
 251                             pos = block_len;
 252                         if (pos > lpos)
 253                             s->exponent_bands[k][j++] = pos - lpos;
 254                         if (pos >= block_len)
 255                             break;
 256                         lpos = pos;
 257                     }
 258                     s->exponent_sizes[k] = j;
 259                 }
 260             }
 261
 262             /* max number of coefs */
 263             s->coefs_end[k] = (s->frame_len - ((s->frame_len * 9) / 100)) >> k;
 264             /* high freq computation */
 265             s->high_band_start[k] = (int)((block_len * 2 * high_freq) /
 266                                           s->sample_rate + 0.5);
 267             n = s->exponent_sizes[k];
 268             j = 0;
 269             pos = 0;
 270             for (i = 0; i < n; i++) {
 271                 int start, end;
 272                 start = pos;
 273                 pos += s->exponent_bands[k][i];
 274                 end = pos;
 275                 if (start < s->high_band_start[k])
 276                     start = s->high_band_start[k];
 277                 if (end > s->coefs_end[k])
 278                     end = s->coefs_end[k];
 279                 if (end > start)
 280                     s->exponent_high_bands[k][j++] = end - start;
 281             }
 282             s->exponent_high_sizes[k] = j;
 283 #if 0
 284             tprintf(s->avctx, "%5d: coefs_end=%d high_band_start=%d nb_high_bands=%d: ",
 285                     s->frame_len >> k,
 286                     s->coefs_end[k],
 287                     s->high_band_start[k],
 288                     s->exponent_high_sizes[k]);
 289             for (j = 0; j < s->exponent_high_sizes[k]; j++)
 290                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_high_bands[k][j]);
 291             tprintf(s->avctx, "\n");
 292 #endif
 293         }
 294     }
 295
 296 #ifdef TRACE
 297     {
 298         int i, j;
 299         for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 300             tprintf(s->avctx, "%5d: n=%2d:",
 301                     s->frame_len >> i,
 302                     s->exponent_sizes[i]);
 303             for (j = 0; j < s->exponent_sizes[i]; j++)
 304                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_bands[i][j]);
 305             tprintf(s->avctx, "\n");
 306         }
 307     }
 308 #endif
 309
 310     /* init MDCT windows : simple sinus window */
 311     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 312         ff_init_ff_sine_windows(s->frame_len_bits - i);
 313         s->windows[i] = ff_sine_windows[s->frame_len_bits - i];
 314     }
 315
 316     s->reset_block_lengths = 1;
 317
 318     if (s->use_noise_coding) {
 319
 320         /* init the noise generator */
 321         if (s->use_exp_vlc) {
 322             s->noise_mult = 0.02;
 323         } else {
 324             s->noise_mult = 0.04;
 325         }
 326
 327 #ifdef TRACE
 328         for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++)
 329             s->noise_table[i] = 1.0 * s->noise_mult;
 330 #else
 331         {
 332             unsigned int seed;
 333             float norm;
 334             seed = 1;
 335             norm = (1.0 / (float)(1LL << 31)) * sqrt(3) * s->noise_mult;
 336             for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++) {
 337                 seed = seed * 314159 + 1;
 338                 s->noise_table[i] = (float)((int)seed) * norm;
 339             }
 340         }
 341 #endif
 342     }
 343
 344     /* choose the VLC tables for the coefficients */
 345     coef_vlc_table = 2;
 346     if (s->sample_rate >= 32000) {
 347         if (bps1 < 0.72) {
 348             coef_vlc_table = 0;
 349         } else if (bps1 < 1.16) {
 350             coef_vlc_table = 1;
 351         }
 352     }
 353     s->coef_vlcs[0]= &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2    ];
 354     s->coef_vlcs[1]= &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2 + 1];
 355     init_coef_vlc(&s->coef_vlc[0], &s->run_table[0], &s->level_table[0], &s->int_table[0],
 356                   s->coef_vlcs[0]);
 357     init_coef_vlc(&s->coef_vlc[1], &s->run_table[1], &s->level_table[1], &s->int_table[1],
 358                   s->coef_vlcs[1]);
 359
 360     return 0;
 361 }
 362
 363 int ff_wma_total_gain_to_bits(int total_gain)
 364 {
 365          if (total_gain < 15) return 13;
 366     else if (total_gain < 32) return 12;
 367     else if (total_gain < 40) return 11;
 368     else if (total_gain < 45) return 10;
 369     else                      return  9;
 370 }
 371
 372 int ff_wma_end(AVCodecContext *avctx)
 373 {
 374     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 375     int i;
 376
 377     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
 378         ff_mdct_end(&s->mdct_ctx[i]);
 379
 380     if (s->use_exp_vlc) {
 381         ff_free_vlc(&s->exp_vlc);
 382     }
 383     if (s->use_noise_coding) {
 384         ff_free_vlc(&s->hgain_vlc);
 385     }
 386     for (i = 0; i < 2; i++) {
 387         ff_free_vlc(&s->coef_vlc[i]);
 388         av_free(s->run_table[i]);
 389         av_free(s->level_table[i]);
 390         av_free(s->int_table[i]);
 391     }
 392
 393     return 0;
 394 }
 395
 396 /**
 397  * Decode an uncompressed coefficient.
 398  * @param gb GetBitContext
 399  * @return the decoded coefficient
 400  */
 401 unsigned int ff_wma_get_large_val(GetBitContext* gb)
 402 {
 403     /** consumes up to 34 bits */
 404     int n_bits = 8;
 405     /** decode length */
 406     if (get_bits1(gb)) {
 407         n_bits += 8;
 408         if (get_bits1(gb)) {
 409             n_bits += 8;
 410             if (get_bits1(gb)) {
 411                 n_bits += 7;
 412             }
 413         }
 414     }
 415     return get_bits_long(gb, n_bits);
 416 }
 417
 418 /**
 419  * Decode run level compressed coefficients.
 420  * @param avctx codec context
 421  * @param gb bitstream reader context
 422  * @param vlc vlc table for get_vlc2
 423  * @param level_table level codes
 424  * @param run_table run codes
 425  * @param version 0 for wma1,2 1 for wmapro
 426  * @param ptr output buffer
 427  * @param offset offset in the output buffer
 428  * @param num_coefs number of input coefficents
 429  * @param block_len input buffer length (2^n)
 430  * @param frame_len_bits number of bits for escaped run codes
 431  * @param coef_nb_bits number of bits for escaped level codes
 432  * @return 0 on success, -1 otherwise
 433  */
 434 int ff_wma_run_level_decode(AVCodecContext* avctx, GetBitContext* gb,
 435                             VLC *vlc,
 436                             const float *level_table, const uint16_t *run_table,
 437                             int version, WMACoef *ptr, int offset,
 438                             int num_coefs, int block_len, int frame_len_bits,
 439                             int coef_nb_bits)
 440 {
 441     int code, level, sign;
 442     const uint32_t *ilvl = (const uint32_t*)level_table;
 443     uint32_t *iptr = (uint32_t*)ptr;
 444     const unsigned int coef_mask = block_len - 1;
 445     for (; offset < num_coefs; offset++) {
 446         code = get_vlc2(gb, vlc->table, VLCBITS, VLCMAX);
 447         if (code > 1) {
 448             /** normal code */
 449             offset += run_table[code];
 450             sign = get_bits1(gb) - 1;
 451             iptr[offset & coef_mask] = ilvl[code] ^ sign<<31;
 452         } else if (code == 1) {
 453             /** EOB */
 454             break;
 455         } else {
 456             /** escape */
 457             if (!version) {
 458                 level = get_bits(gb, coef_nb_bits);
 459                 /** NOTE: this is rather suboptimal. reading
 460                     block_len_bits would be better */
 461                 offset += get_bits(gb, frame_len_bits);
 462             } else {
 463                 level = ff_wma_get_large_val(gb);
 464                 /** escape decode */
 465                 if (get_bits1(gb)) {
 466                     if (get_bits1(gb)) {
 467                         if (get_bits1(gb)) {
 468                             av_log(avctx,AV_LOG_ERROR,
 469                                 "broken escape sequence\n");
 470                             return -1;
 471                         } else
 472                             offset += get_bits(gb, frame_len_bits) + 4;
 473                     } else
 474                         offset += get_bits(gb, 2) + 1;
 475                 }
 476             }
 477             sign = get_bits1(gb) - 1;
 478             ptr[offset & coef_mask] = (level^sign) - sign;
 479         }
 480     }
 481     /** NOTE: EOB can be omitted */
 482     if (offset > num_coefs) {
 483         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "overflow in spectral RLE, ignoring\n");
 484         return -1;
 485     }
 486
 487     return 0;
 488 }