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    > 2
  82         || avctx->bit_rate    <= 0)
  83         return -1;
  84
  85     ff_fmt_convert_init(&s->fmt_conv, avctx);
  86     avpriv_float_dsp_init(&s->fdsp, avctx->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT);
  87
  88     if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_WMAV1) {
  89         s->version = 1;
  90     } else {
  91         s->version = 2;
  92     }
  93
  94     /* compute MDCT block size */
  95     s->frame_len_bits = ff_wma_get_frame_len_bits(avctx->sample_rate,
  96                                                   s->version, 0);
  97     s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
  98     s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
  99     s->block_len_bits      = s->frame_len_bits;
 100
 101     s->frame_len = 1 << s->frame_len_bits;
 102     if (s->use_variable_block_len) {
 103         int nb_max, nb;
 104         nb = ((flags2 >> 3) & 3) + 1;
 105         if ((avctx->bit_rate / avctx->channels) >= 32000)
 106             nb += 2;
 107         nb_max = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS;
 108         if (nb > nb_max)
 109             nb = nb_max;
 110         s->nb_block_sizes = nb + 1;
 111     } else {
 112         s->nb_block_sizes = 1;
 113     }
 114
 115     /* init rate dependent parameters */
 116     s->use_noise_coding = 1;
 117     high_freq = avctx->sample_rate * 0.5;
 118
 119     /* if version 2, then the rates are normalized */
 120     sample_rate1 = avctx->sample_rate;
 121     if (s->version == 2) {
 122         if (sample_rate1 >= 44100) {
 123             sample_rate1 = 44100;
 124         } else if (sample_rate1 >= 22050) {
 125             sample_rate1 = 22050;
 126         } else if (sample_rate1 >= 16000) {
 127             sample_rate1 = 16000;
 128         } else if (sample_rate1 >= 11025) {
 129             sample_rate1 = 11025;
 130         } else if (sample_rate1 >= 8000) {
 131             sample_rate1 = 8000;
 132         }
 133     }
 134
 135     bps = (float)avctx->bit_rate / (float)(avctx->channels * avctx->sample_rate);
 136     s->byte_offset_bits = av_log2((int)(bps * s->frame_len / 8.0 + 0.5)) + 2;
 137
 138     /* compute high frequency value and choose if noise coding should
 139        be activated */
 140     bps1 = bps;
 141     if (avctx->channels == 2)
 142         bps1 = bps * 1.6;
 143     if (sample_rate1 == 44100) {
 144         if (bps1 >= 0.61) {
 145             s->use_noise_coding = 0;
 146         } else {
 147             high_freq = high_freq * 0.4;
 148         }
 149     } else if (sample_rate1 == 22050) {
 150         if (bps1 >= 1.16) {
 151             s->use_noise_coding = 0;
 152         } else if (bps1 >= 0.72) {
 153             high_freq = high_freq * 0.7;
 154         } else {
 155             high_freq = high_freq * 0.6;
 156         }
 157     } else if (sample_rate1 == 16000) {
 158         if (bps > 0.5) {
 159             high_freq = high_freq * 0.5;
 160         } else {
 161             high_freq = high_freq * 0.3;
 162         }
 163     } else if (sample_rate1 == 11025) {
 164         high_freq = high_freq * 0.7;
 165     } else if (sample_rate1 == 8000) {
 166         if (bps <= 0.625) {
 167             high_freq = high_freq * 0.5;
 168         } else if (bps > 0.75) {
 169             s->use_noise_coding = 0;
 170         } else {
 171             high_freq = high_freq * 0.65;
 172         }
 173     } else {
 174         if (bps >= 0.8) {
 175             high_freq = high_freq * 0.75;
 176         } else if (bps >= 0.6) {
 177             high_freq = high_freq * 0.6;
 178         } else {
 179             high_freq = high_freq * 0.5;
 180         }
 181     }
 182     av_dlog(s->avctx, "flags2=0x%x\n", flags2);
 183     av_dlog(s->avctx, "version=%d channels=%d sample_rate=%d bitrate=%d block_align=%d\n",
 184             s->version, avctx->channels, avctx->sample_rate, avctx->bit_rate,
 185             avctx->block_align);
 186     av_dlog(s->avctx, "bps=%f bps1=%f high_freq=%f bitoffset=%d\n",
 187             bps, bps1, high_freq, s->byte_offset_bits);
 188     av_dlog(s->avctx, "use_noise_coding=%d use_exp_vlc=%d nb_block_sizes=%d\n",
 189             s->use_noise_coding, s->use_exp_vlc, s->nb_block_sizes);
 190
 191     /* compute the scale factor band sizes for each MDCT block size */
 192     {
 193         int a, b, pos, lpos, k, block_len, i, j, n;
 194         const uint8_t *table;
 195
 196         if (s->version == 1) {
 197             s->coefs_start = 3;
 198         } else {
 199             s->coefs_start = 0;
 200         }
 201         for (k = 0; k < s->nb_block_sizes; k++) {
 202             block_len = s->frame_len >> k;
 203
 204             if (s->version == 1) {
 205                 lpos = 0;
 206                 for (i = 0; i < 25; i++) {
 207                     a = ff_wma_critical_freqs[i];
 208                     b = avctx->sample_rate;
 209                     pos = ((block_len * 2 * a) + (b >> 1)) / b;
 210                     if (pos > block_len)
 211                         pos = block_len;
 212                     s->exponent_bands[0][i] = pos - lpos;
 213                     if (pos >= block_len) {
 214                         i++;
 215                         break;
 216                     }
 217                     lpos = pos;
 218                 }
 219                 s->exponent_sizes[0] = i;
 220             } else {
 221                 /* hardcoded tables */
 222                 table = NULL;
 223                 a = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS - k;
 224                 if (a < 3) {
 225                     if (avctx->sample_rate >= 44100) {
 226                         table = exponent_band_44100[a];
 227                     } else if (avctx->sample_rate >= 32000) {
 228                         table = exponent_band_32000[a];
 229                     } else if (avctx->sample_rate >= 22050) {
 230                         table = exponent_band_22050[a];
 231                     }
 232                 }
 233                 if (table) {
 234                     n = *table++;
 235                     for (i = 0; i < n; i++)
 236                         s->exponent_bands[k][i] = table[i];
 237                     s->exponent_sizes[k] = n;
 238                 } else {
 239                     j = 0;
 240                     lpos = 0;
 241                     for (i = 0; i < 25; i++) {
 242                         a = ff_wma_critical_freqs[i];
 243                         b = avctx->sample_rate;
 244                         pos = ((block_len * 2 * a) + (b << 1)) / (4 * b);
 245                         pos <<= 2;
 246                         if (pos > block_len)
 247                             pos = block_len;
 248                         if (pos > lpos)
 249                             s->exponent_bands[k][j++] = pos - lpos;
 250                         if (pos >= block_len)
 251                             break;
 252                         lpos = pos;
 253                     }
 254                     s->exponent_sizes[k] = j;
 255                 }
 256             }
 257
 258             /* max number of coefs */
 259             s->coefs_end[k] = (s->frame_len - ((s->frame_len * 9) / 100)) >> k;
 260             /* high freq computation */
 261             s->high_band_start[k] = (int)((block_len * 2 * high_freq) /
 262                                           avctx->sample_rate + 0.5);
 263             n = s->exponent_sizes[k];
 264             j = 0;
 265             pos = 0;
 266             for (i = 0; i < n; i++) {
 267                 int start, end;
 268                 start = pos;
 269                 pos += s->exponent_bands[k][i];
 270                 end = pos;
 271                 if (start < s->high_band_start[k])
 272                     start = s->high_band_start[k];
 273                 if (end > s->coefs_end[k])
 274                     end = s->coefs_end[k];
 275                 if (end > start)
 276                     s->exponent_high_bands[k][j++] = end - start;
 277             }
 278             s->exponent_high_sizes[k] = j;
 279 #if 0
 280             tprintf(s->avctx, "%5d: coefs_end=%d high_band_start=%d nb_high_bands=%d: ",
 281                     s->frame_len >> k,
 282                     s->coefs_end[k],
 283                     s->high_band_start[k],
 284                     s->exponent_high_sizes[k]);
 285             for (j = 0; j < s->exponent_high_sizes[k]; j++)
 286                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_high_bands[k][j]);
 287             tprintf(s->avctx, "\n");
 288 #endif
 289         }
 290     }
 291
 292 #ifdef TRACE
 293     {
 294         int i, j;
 295         for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 296             tprintf(s->avctx, "%5d: n=%2d:",
 297                     s->frame_len >> i,
 298                     s->exponent_sizes[i]);
 299             for (j = 0; j < s->exponent_sizes[i]; j++)
 300                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_bands[i][j]);
 301             tprintf(s->avctx, "\n");
 302         }
 303     }
 304 #endif
 305
 306     /* init MDCT windows : simple sinus window */
 307     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 308         ff_init_ff_sine_windows(s->frame_len_bits - i);
 309         s->windows[i] = ff_sine_windows[s->frame_len_bits - i];
 310     }
 311
 312     s->reset_block_lengths = 1;
 313
 314     if (s->use_noise_coding) {
 315
 316         /* init the noise generator */
 317         if (s->use_exp_vlc) {
 318             s->noise_mult = 0.02;
 319         } else {
 320             s->noise_mult = 0.04;
 321         }
 322
 323 #ifdef TRACE
 324         for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++)
 325             s->noise_table[i] = 1.0 * s->noise_mult;
 326 #else
 327         {
 328             unsigned int seed;
 329             float norm;
 330             seed = 1;
 331             norm = (1.0 / (float)(1LL << 31)) * sqrt(3) * s->noise_mult;
 332             for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++) {
 333                 seed = seed * 314159 + 1;
 334                 s->noise_table[i] = (float)((int)seed) * norm;
 335             }
 336         }
 337 #endif
 338     }
 339
 340     /* choose the VLC tables for the coefficients */
 341     coef_vlc_table = 2;
 342     if (avctx->sample_rate >= 32000) {
 343         if (bps1 < 0.72) {
 344             coef_vlc_table = 0;
 345         } else if (bps1 < 1.16) {
 346             coef_vlc_table = 1;
 347         }
 348     }
 349     s->coef_vlcs[0]= &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2    ];
 350     s->coef_vlcs[1]= &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2 + 1];
 351     init_coef_vlc(&s->coef_vlc[0], &s->run_table[0], &s->level_table[0], &s->int_table[0],
 352                   s->coef_vlcs[0]);
 353     init_coef_vlc(&s->coef_vlc[1], &s->run_table[1], &s->level_table[1], &s->int_table[1],
 354                   s->coef_vlcs[1]);
 355
 356     return 0;
 357 }
 358
 359 int ff_wma_total_gain_to_bits(int total_gain)
 360 {
 361          if (total_gain < 15) return 13;
 362     else if (total_gain < 32) return 12;
 363     else if (total_gain < 40) return 11;
 364     else if (total_gain < 45) return 10;
 365     else                      return  9;
 366 }
 367
 368 int ff_wma_end(AVCodecContext *avctx)
 369 {
 370     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 371     int i;
 372
 373     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
 374         ff_mdct_end(&s->mdct_ctx[i]);
 375
 376     if (s->use_exp_vlc) {
 377         ff_free_vlc(&s->exp_vlc);
 378     }
 379     if (s->use_noise_coding) {
 380         ff_free_vlc(&s->hgain_vlc);
 381     }
 382     for (i = 0; i < 2; i++) {
 383         ff_free_vlc(&s->coef_vlc[i]);
 384         av_free(s->run_table[i]);
 385         av_free(s->level_table[i]);
 386         av_free(s->int_table[i]);
 387     }
 388
 389     return 0;
 390 }
 391
 392 /**
 393  * Decode an uncompressed coefficient.
 394  * @param gb GetBitContext
 395  * @return the decoded coefficient
 396  */
 397 unsigned int ff_wma_get_large_val(GetBitContext* gb)
 398 {
 399     /** consumes up to 34 bits */
 400     int n_bits = 8;
 401     /** decode length */
 402     if (get_bits1(gb)) {
 403         n_bits += 8;
 404         if (get_bits1(gb)) {
 405             n_bits += 8;
 406             if (get_bits1(gb)) {
 407                 n_bits += 7;
 408             }
 409         }
 410     }
 411     return get_bits_long(gb, n_bits);
 412 }
 413
 414 /**
 415  * Decode run level compressed coefficients.
 416  * @param avctx codec context
 417  * @param gb bitstream reader context
 418  * @param vlc vlc table for get_vlc2
 419  * @param level_table level codes
 420  * @param run_table run codes
 421  * @param version 0 for wma1,2 1 for wmapro
 422  * @param ptr output buffer
 423  * @param offset offset in the output buffer
 424  * @param num_coefs number of input coefficents
 425  * @param block_len input buffer length (2^n)
 426  * @param frame_len_bits number of bits for escaped run codes
 427  * @param coef_nb_bits number of bits for escaped level codes
 428  * @return 0 on success, -1 otherwise
 429  */
 430 int ff_wma_run_level_decode(AVCodecContext* avctx, GetBitContext* gb,
 431                             VLC *vlc,
 432                             const float *level_table, const uint16_t *run_table,
 433                             int version, WMACoef *ptr, int offset,
 434                             int num_coefs, int block_len, int frame_len_bits,
 435                             int coef_nb_bits)
 436 {
 437     int code, level, sign;
 438     const uint32_t *ilvl = (const uint32_t*)level_table;
 439     uint32_t *iptr = (uint32_t*)ptr;
 440     const unsigned int coef_mask = block_len - 1;
 441     for (; offset < num_coefs; offset++) {
 442         code = get_vlc2(gb, vlc->table, VLCBITS, VLCMAX);
 443         if (code > 1) {
 444             /** normal code */
 445             offset += run_table[code];
 446             sign = get_bits1(gb) - 1;
 447             iptr[offset & coef_mask] = ilvl[code] ^ sign<<31;
 448         } else if (code == 1) {
 449             /** EOB */
 450             break;
 451         } else {
 452             /** escape */
 453             if (!version) {
 454                 level = get_bits(gb, coef_nb_bits);
 455                 /** NOTE: this is rather suboptimal. reading
 456                     block_len_bits would be better */
 457                 offset += get_bits(gb, frame_len_bits);
 458             } else {
 459                 level = ff_wma_get_large_val(gb);
 460                 /** escape decode */
 461                 if (get_bits1(gb)) {
 462                     if (get_bits1(gb)) {
 463                         if (get_bits1(gb)) {
 464                             av_log(avctx,AV_LOG_ERROR,
 465                                 "broken escape sequence\n");
 466                             return -1;
 467                         } else
 468                             offset += get_bits(gb, frame_len_bits) + 4;
 469                     } else
 470                         offset += get_bits(gb, 2) + 1;
 471                 }
 472             }
 473             sign = get_bits1(gb) - 1;
 474             ptr[offset & coef_mask] = (level^sign) - sign;
 475         }
 476     }
 477     /** NOTE: EOB can be omitted */
 478     if (offset > num_coefs) {
 479         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "overflow in spectral RLE, ignoring\n");
 480         return -1;
 481     }
 482
 483     return 0;
 484 }