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 "wmadata.h"
  26
  27 #undef NDEBUG
  28 #include <assert.h>
  29
  30 /* XXX: use same run/length optimization as mpeg decoders */
  31 //FIXME maybe split decode / encode or pass flag
  32 static void init_coef_vlc(VLC *vlc, uint16_t **prun_table,
  33                           float **plevel_table, uint16_t **pint_table,
  34                           const CoefVLCTable *vlc_table)
  35 {
  36     int n = vlc_table->n;
  37     const uint8_t  *table_bits   = vlc_table->huffbits;
  38     const uint32_t *table_codes  = vlc_table->huffcodes;
  39     const uint16_t *levels_table = vlc_table->levels;
  40     uint16_t *run_table, *level_table, *int_table;
  41     float *flevel_table;
  42     int i, l, j, k, level;
  43
  44     init_vlc(vlc, VLCBITS, n, table_bits, 1, 1, table_codes, 4, 4, 0);
  45
  46     run_table   = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
  47     level_table = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
  48     flevel_table= av_malloc(n * sizeof(*flevel_table));
  49     int_table   = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
  50     i = 2;
  51     level = 1;
  52     k = 0;
  53     while (i < n) {
  54         int_table[k] = i;
  55         l = levels_table[k++];
  56         for (j = 0; j < l; j++) {
  57             run_table[i]   = j;
  58             level_table[i] = level;
  59             flevel_table[i]= level;
  60             i++;
  61         }
  62         level++;
  63     }
  64     *prun_table   = run_table;
  65     *plevel_table = flevel_table;
  66     *pint_table   = int_table;
  67     av_free(level_table);
  68 }
  69
  70 /**
  71  *@brief Get the samples per frame for this stream.
  72  *@param sample_rate output sample_rate
  73  *@param version wma version
  74  *@param decode_flags codec compression features
  75  *@return log2 of the number of output samples per frame
  76  */
  77 int av_cold ff_wma_get_frame_len_bits(int sample_rate, int version,
  78                                       unsigned int decode_flags)
  79 {
  80
  81     int frame_len_bits;
  82
  83     if (sample_rate <= 16000) {
  84         frame_len_bits = 9;
  85     } else if (sample_rate <= 22050 ||
  86              (sample_rate <= 32000 && version == 1)) {
  87         frame_len_bits = 10;
  88     } else if (sample_rate <= 48000 || version < 3) {
  89         frame_len_bits = 11;
  90     } else if (sample_rate <= 96000) {
  91         frame_len_bits = 12;
  92     } else {
  93         frame_len_bits = 13;
  94     }
  95
  96     if (version == 3) {
  97         int tmp = decode_flags & 0x6;
  98         if (tmp == 0x2) {
  99             ++frame_len_bits;
 100         } else if (tmp == 0x4) {
 101             --frame_len_bits;
 102         } else if (tmp == 0x6) {
 103             frame_len_bits -= 2;
 104         }
 105     }
 106
 107     return frame_len_bits;
 108 }
 109
 110 int ff_wma_init(AVCodecContext *avctx, int flags2)
 111 {
 112     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 113     int i;
 114     float bps1, high_freq;
 115     volatile float bps;
 116     int sample_rate1;
 117     int coef_vlc_table;
 118
 119     if (   avctx->sample_rate <= 0 || avctx->sample_rate > 50000
 120         || avctx->channels    <= 0 || avctx->channels    > 8
 121         || avctx->bit_rate    <= 0)
 122         return -1;
 123
 124     s->sample_rate = avctx->sample_rate;
 125     s->nb_channels = avctx->channels;
 126     s->bit_rate    = avctx->bit_rate;
 127     s->block_align = avctx->block_align;
 128
 129     ff_dsputil_init(&s->dsp, avctx);
 130     ff_fmt_convert_init(&s->fmt_conv, avctx);
 131
 132     if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV1) {
 133         s->version = 1;
 134     } else {
 135         s->version = 2;
 136     }
 137
 138     /* compute MDCT block size */
 139     s->frame_len_bits = ff_wma_get_frame_len_bits(s->sample_rate, s->version, 0);
 140     s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 141     s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 142     s->block_len_bits      = s->frame_len_bits;
 143
 144     s->frame_len = 1 << s->frame_len_bits;
 145     if (s->use_variable_block_len) {
 146         int nb_max, nb;
 147         nb = ((flags2 >> 3) & 3) + 1;
 148         if ((s->bit_rate / s->nb_channels) >= 32000)
 149             nb += 2;
 150         nb_max = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS;
 151         if (nb > nb_max)
 152             nb = nb_max;
 153         s->nb_block_sizes = nb + 1;
 154     } else {
 155         s->nb_block_sizes = 1;
 156     }
 157
 158     /* init rate dependent parameters */
 159     s->use_noise_coding = 1;
 160     high_freq = s->sample_rate * 0.5;
 161
 162     /* if version 2, then the rates are normalized */
 163     sample_rate1 = s->sample_rate;
 164     if (s->version == 2) {
 165         if (sample_rate1 >= 44100) {
 166             sample_rate1 = 44100;
 167         } else if (sample_rate1 >= 22050) {
 168             sample_rate1 = 22050;
 169         } else if (sample_rate1 >= 16000) {
 170             sample_rate1 = 16000;
 171         } else if (sample_rate1 >= 11025) {
 172             sample_rate1 = 11025;
 173         } else if (sample_rate1 >= 8000) {
 174             sample_rate1 = 8000;
 175         }
 176     }
 177
 178     bps = (float)s->bit_rate / (float)(s->nb_channels * s->sample_rate);
 179     s->byte_offset_bits = av_log2((int)(bps * s->frame_len / 8.0 + 0.5)) + 2;
 180
 181     /* compute high frequency value and choose if noise coding should
 182        be activated */
 183     bps1 = bps;
 184     if (s->nb_channels == 2)
 185         bps1 = bps * 1.6;
 186     if (sample_rate1 == 44100) {
 187         if (bps1 >= 0.61) {
 188             s->use_noise_coding = 0;
 189         } else {
 190             high_freq = high_freq * 0.4;
 191         }
 192     } else if (sample_rate1 == 22050) {
 193         if (bps1 >= 1.16) {
 194             s->use_noise_coding = 0;
 195         } else if (bps1 >= 0.72) {
 196             high_freq = high_freq * 0.7;
 197         } else {
 198             high_freq = high_freq * 0.6;
 199         }
 200     } else if (sample_rate1 == 16000) {
 201         if (bps > 0.5) {
 202             high_freq = high_freq * 0.5;
 203         } else {
 204             high_freq = high_freq * 0.3;
 205         }
 206     } else if (sample_rate1 == 11025) {
 207         high_freq = high_freq * 0.7;
 208     } else if (sample_rate1 == 8000) {
 209         if (bps <= 0.625) {
 210             high_freq = high_freq * 0.5;
 211         } else if (bps > 0.75) {
 212             s->use_noise_coding = 0;
 213         } else {
 214             high_freq = high_freq * 0.65;
 215         }
 216     } else {
 217         if (bps >= 0.8) {
 218             high_freq = high_freq * 0.75;
 219         } else if (bps >= 0.6) {
 220             high_freq = high_freq * 0.6;
 221         } else {
 222             high_freq = high_freq * 0.5;
 223         }
 224     }
 225     av_dlog(s->avctx, "flags2=0x%x\n", flags2);
 226     av_dlog(s->avctx, "version=%d channels=%d sample_rate=%d bitrate=%d block_align=%d\n",
 227             s->version, s->nb_channels, s->sample_rate, s->bit_rate,
 228             s->block_align);
 229     av_dlog(s->avctx, "bps=%f bps1=%f high_freq=%f bitoffset=%d\n",
 230             bps, bps1, high_freq, s->byte_offset_bits);
 231     av_dlog(s->avctx, "use_noise_coding=%d use_exp_vlc=%d nb_block_sizes=%d\n",
 232             s->use_noise_coding, s->use_exp_vlc, s->nb_block_sizes);
 233
 234     /* compute the scale factor band sizes for each MDCT block size */
 235     {
 236         int a, b, pos, lpos, k, block_len, i, j, n;
 237         const uint8_t *table;
 238
 239         if (s->version == 1) {
 240             s->coefs_start = 3;
 241         } else {
 242             s->coefs_start = 0;
 243         }
 244         for (k = 0; k < s->nb_block_sizes; k++) {
 245             block_len = s->frame_len >> k;
 246
 247             if (s->version == 1) {
 248                 lpos = 0;
 249                 for (i = 0; i < 25; i++) {
 250                     a = ff_wma_critical_freqs[i];
 251                     b = s->sample_rate;
 252                     pos = ((block_len * 2 * a) + (b >> 1)) / b;
 253                     if (pos > block_len)
 254                         pos = block_len;
 255                     s->exponent_bands[0][i] = pos - lpos;
 256                     if (pos >= block_len) {
 257                         i++;
 258                         break;
 259                     }
 260                     lpos = pos;
 261                 }
 262                 s->exponent_sizes[0] = i;
 263             } else {
 264                 /* hardcoded tables */
 265                 table = NULL;
 266                 a = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS - k;
 267                 if (a < 3) {
 268                     if (s->sample_rate >= 44100) {
 269                         table = exponent_band_44100[a];
 270                     } else if (s->sample_rate >= 32000) {
 271                         table = exponent_band_32000[a];
 272                     } else if (s->sample_rate >= 22050) {
 273                         table = exponent_band_22050[a];
 274                     }
 275                 }
 276                 if (table) {
 277                     n = *table++;
 278                     for (i = 0; i < n; i++)
 279                         s->exponent_bands[k][i] = table[i];
 280                     s->exponent_sizes[k] = n;
 281                 } else {
 282                     j = 0;
 283                     lpos = 0;
 284                     for (i = 0; i < 25; i++) {
 285                         a = ff_wma_critical_freqs[i];
 286                         b = s->sample_rate;
 287                         pos = ((block_len * 2 * a) + (b << 1)) / (4 * b);
 288                         pos <<= 2;
 289                         if (pos > block_len)
 290                             pos = block_len;
 291                         if (pos > lpos)
 292                             s->exponent_bands[k][j++] = pos - lpos;
 293                         if (pos >= block_len)
 294                             break;
 295                         lpos = pos;
 296                     }
 297                     s->exponent_sizes[k] = j;
 298                 }
 299             }
 300
 301             /* max number of coefs */
 302             s->coefs_end[k] = (s->frame_len - ((s->frame_len * 9) / 100)) >> k;
 303             /* high freq computation */
 304             s->high_band_start[k] = (int)((block_len * 2 * high_freq) /
 305                                           s->sample_rate + 0.5);
 306             n = s->exponent_sizes[k];
 307             j = 0;
 308             pos = 0;
 309             for (i = 0; i < n; i++) {
 310                 int start, end;
 311                 start = pos;
 312                 pos += s->exponent_bands[k][i];
 313                 end = pos;
 314                 if (start < s->high_band_start[k])
 315                     start = s->high_band_start[k];
 316                 if (end > s->coefs_end[k])
 317                     end = s->coefs_end[k];
 318                 if (end > start)
 319                     s->exponent_high_bands[k][j++] = end - start;
 320             }
 321             s->exponent_high_sizes[k] = j;
 322 #if 0
 323             tprintf(s->avctx, "%5d: coefs_end=%d high_band_start=%d nb_high_bands=%d: ",
 324                     s->frame_len >> k,
 325                     s->coefs_end[k],
 326                     s->high_band_start[k],
 327                     s->exponent_high_sizes[k]);
 328             for (j = 0; j < s->exponent_high_sizes[k]; j++)
 329                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_high_bands[k][j]);
 330             tprintf(s->avctx, "\n");
 331 #endif
 332         }
 333     }
 334
 335 #ifdef TRACE
 336     {
 337         int i, j;
 338         for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 339             tprintf(s->avctx, "%5d: n=%2d:",
 340                     s->frame_len >> i,
 341                     s->exponent_sizes[i]);
 342             for (j = 0; j < s->exponent_sizes[i]; j++)
 343                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_bands[i][j]);
 344             tprintf(s->avctx, "\n");
 345         }
 346     }
 347 #endif
 348
 349     /* init MDCT windows : simple sinus window */
 350     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 351         ff_init_ff_sine_windows(s->frame_len_bits - i);
 352         s->windows[i] = ff_sine_windows[s->frame_len_bits - i];
 353     }
 354
 355     s->reset_block_lengths = 1;
 356
 357     if (s->use_noise_coding) {
 358
 359         /* init the noise generator */
 360         if (s->use_exp_vlc) {
 361             s->noise_mult = 0.02;
 362         } else {
 363             s->noise_mult = 0.04;
 364         }
 365
 366 #ifdef TRACE
 367         for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++)
 368             s->noise_table[i] = 1.0 * s->noise_mult;
 369 #else
 370         {
 371             unsigned int seed;
 372             float norm;
 373             seed = 1;
 374             norm = (1.0 / (float)(1LL << 31)) * sqrt(3) * s->noise_mult;
 375             for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++) {
 376                 seed = seed * 314159 + 1;
 377                 s->noise_table[i] = (float)((int)seed) * norm;
 378             }
 379         }
 380 #endif
 381     }
 382
 383     /* choose the VLC tables for the coefficients */
 384     coef_vlc_table = 2;
 385     if (s->sample_rate >= 32000) {
 386         if (bps1 < 0.72) {
 387             coef_vlc_table = 0;
 388         } else if (bps1 < 1.16) {
 389             coef_vlc_table = 1;
 390         }
 391     }
 392     s->coef_vlcs[0]= &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2    ];
 393     s->coef_vlcs[1]= &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2 + 1];
 394     init_coef_vlc(&s->coef_vlc[0], &s->run_table[0], &s->level_table[0], &s->int_table[0],
 395                   s->coef_vlcs[0]);
 396     init_coef_vlc(&s->coef_vlc[1], &s->run_table[1], &s->level_table[1], &s->int_table[1],
 397                   s->coef_vlcs[1]);
 398
 399     return 0;
 400 }
 401
 402 int ff_wma_total_gain_to_bits(int total_gain)
 403 {
 404          if (total_gain < 15) return 13;
 405     else if (total_gain < 32) return 12;
 406     else if (total_gain < 40) return 11;
 407     else if (total_gain < 45) return 10;
 408     else                      return  9;
 409 }
 410
 411 int ff_wma_end(AVCodecContext *avctx)
 412 {
 413     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 414     int i;
 415
 416     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
 417         ff_mdct_end(&s->mdct_ctx[i]);
 418
 419     if (s->use_exp_vlc) {
 420         ff_free_vlc(&s->exp_vlc);
 421     }
 422     if (s->use_noise_coding) {
 423         ff_free_vlc(&s->hgain_vlc);
 424     }
 425     for (i = 0; i < 2; i++) {
 426         ff_free_vlc(&s->coef_vlc[i]);
 427         av_free(s->run_table[i]);
 428         av_free(s->level_table[i]);
 429         av_free(s->int_table[i]);
 430     }
 431
 432     return 0;
 433 }
 434
 435 /**
 436  * Decode an uncompressed coefficient.
 437  * @param gb GetBitContext
 438  * @return the decoded coefficient
 439  */
 440 unsigned int ff_wma_get_large_val(GetBitContext* gb)
 441 {
 442     /** consumes up to 34 bits */
 443     int n_bits = 8;
 444     /** decode length */
 445     if (get_bits1(gb)) {
 446         n_bits += 8;
 447         if (get_bits1(gb)) {
 448             n_bits += 8;
 449             if (get_bits1(gb)) {
 450                 n_bits += 7;
 451             }
 452         }
 453     }
 454     return get_bits_long(gb, n_bits);
 455 }
 456
 457 /**
 458  * Decode run level compressed coefficients.
 459  * @param avctx codec context
 460  * @param gb bitstream reader context
 461  * @param vlc vlc table for get_vlc2
 462  * @param level_table level codes
 463  * @param run_table run codes
 464  * @param version 0 for wma1,2 1 for wmapro
 465  * @param ptr output buffer
 466  * @param offset offset in the output buffer
 467  * @param num_coefs number of input coefficents
 468  * @param block_len input buffer length (2^n)
 469  * @param frame_len_bits number of bits for escaped run codes
 470  * @param coef_nb_bits number of bits for escaped level codes
 471  * @return 0 on success, -1 otherwise
 472  */
 473 int ff_wma_run_level_decode(AVCodecContext* avctx, GetBitContext* gb,
 474                             VLC *vlc,
 475                             const float *level_table, const uint16_t *run_table,
 476                             int version, WMACoef *ptr, int offset,
 477                             int num_coefs, int block_len, int frame_len_bits,
 478                             int coef_nb_bits)
 479 {
 480     int code, level, sign;
 481     const uint32_t *ilvl = (const uint32_t*)level_table;
 482     uint32_t *iptr = (uint32_t*)ptr;
 483     const unsigned int coef_mask = block_len - 1;
 484     for (; offset < num_coefs; offset++) {
 485         code = get_vlc2(gb, vlc->table, VLCBITS, VLCMAX);
 486         if (code > 1) {
 487             /** normal code */
 488             offset += run_table[code];
 489             sign = get_bits1(gb) - 1;
 490             iptr[offset & coef_mask] = ilvl[code] ^ sign<<31;
 491         } else if (code == 1) {
 492             /** EOB */
 493             break;
 494         } else {
 495             /** escape */
 496             if (!version) {
 497                 level = get_bits(gb, coef_nb_bits);
 498                 /** NOTE: this is rather suboptimal. reading
 499                     block_len_bits would be better */
 500                 offset += get_bits(gb, frame_len_bits);
 501             } else {
 502                 level = ff_wma_get_large_val(gb);
 503                 /** escape decode */
 504                 if (get_bits1(gb)) {
 505                     if (get_bits1(gb)) {
 506                         if (get_bits1(gb)) {
 507                             av_log(avctx,AV_LOG_ERROR,
 508                                 "broken escape sequence\n");
 509                             return -1;
 510                         } else
 511                             offset += get_bits(gb, frame_len_bits) + 4;
 512                     } else
 513                         offset += get_bits(gb, 2) + 1;
 514                 }
 515             }
 516             sign = get_bits1(gb) - 1;
 517             ptr[offset & coef_mask] = (level^sign) - sign;
 518         }
 519     }
 520     /** NOTE: EOB can be omitted */
 521     if (offset > num_coefs) {
 522         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "overflow in spectral RLE, ignoring\n");
 523         return -1;
 524     }
 525
 526     return 0;
 527 }