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 "libavutil/attributes.h"
  23
  24 #include "avcodec.h"
  25 #include "bitstream.h"
  26 #include "internal.h"
  27 #include "sinewin.h"
  28 #include "wma.h"
  29 #include "wma_common.h"
  30 #include "wma_freqs.h"
  31 #include "wmadata.h"
  32
  33 /* XXX: use same run/length optimization as mpeg decoders */
  34 // FIXME maybe split decode / encode or pass flag
  35 static av_cold int init_coef_vlc(VLC *vlc, uint16_t **prun_table,
  36                                  float **plevel_table, uint16_t **pint_table,
  37                                  const CoefVLCTable *vlc_table)
  38 {
  39     int n                        = vlc_table->n;
  40     const uint8_t  *table_bits   = vlc_table->huffbits;
  41     const uint32_t *table_codes  = vlc_table->huffcodes;
  42     const uint16_t *levels_table = vlc_table->levels;
  43     uint16_t *run_table, *level_table, *int_table;
  44     float *flevel_table;
  45     int i, l, j, k, level;
  46
  47     init_vlc(vlc, VLCBITS, n, table_bits, 1, 1, table_codes, 4, 4, 0);
  48
  49     run_table    = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
  50     level_table  = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
  51     flevel_table = av_malloc(n * sizeof(*flevel_table));
  52     int_table    = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
  53     if (!run_table || !level_table || !flevel_table || !int_table) {
  54         av_freep(&run_table);
  55         av_freep(&level_table);
  56         av_freep(&flevel_table);
  57         av_freep(&int_table);
  58         return AVERROR(ENOMEM);
  59     }
  60     i            = 2;
  61     level        = 1;
  62     k            = 0;
  63     while (i < n) {
  64         int_table[k] = i;
  65         l            = levels_table[k++];
  66         for (j = 0; j < l; j++) {
  67             run_table[i]    = j;
  68             level_table[i]  = level;
  69             flevel_table[i] = level;
  70             i++;
  71         }
  72         level++;
  73     }
  74     *prun_table   = run_table;
  75     *plevel_table = flevel_table;
  76     *pint_table   = int_table;
  77     av_free(level_table);
  78
  79     return 0;
  80 }
  81
  82 av_cold int ff_wma_init(AVCodecContext *avctx, int flags2)
  83 {
  84     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
  85     int i, ret;
  86     float bps1, high_freq;
  87     volatile float bps;
  88     int sample_rate1;
  89     int coef_vlc_table;
  90
  91     if (avctx->sample_rate <= 0 || avctx->sample_rate > 50000 ||
  92         avctx->channels    <= 0 || avctx->channels    > 2     ||
  93         avctx->bit_rate    <= 0)
  94         return -1;
  95
  96     avpriv_float_dsp_init(&s->fdsp, avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_BITEXACT);
  97
  98     if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_WMAV1)
  99         s->version = 1;
 100     else
 101         s->version = 2;
 102
 103     /* compute MDCT block size */
 104     s->frame_len_bits = ff_wma_get_frame_len_bits(avctx->sample_rate,
 105                                                   s->version, 0);
 106     s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 107     s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 108     s->block_len_bits      = s->frame_len_bits;
 109
 110     s->frame_len = 1 << s->frame_len_bits;
 111     if (s->use_variable_block_len) {
 112         int nb_max, nb;
 113         nb = ((flags2 >> 3) & 3) + 1;
 114         if ((avctx->bit_rate / avctx->channels) >= 32000)
 115             nb += 2;
 116         nb_max = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS;
 117         if (nb > nb_max)
 118             nb = nb_max;
 119         s->nb_block_sizes = nb + 1;
 120     } else
 121         s->nb_block_sizes = 1;
 122
 123     /* init rate dependent parameters */
 124     s->use_noise_coding = 1;
 125     high_freq           = avctx->sample_rate * 0.5;
 126
 127     /* if version 2, then the rates are normalized */
 128     sample_rate1 = avctx->sample_rate;
 129     if (s->version == 2) {
 130         if (sample_rate1 >= 44100)
 131             sample_rate1 = 44100;
 132         else if (sample_rate1 >= 22050)
 133             sample_rate1 = 22050;
 134         else if (sample_rate1 >= 16000)
 135             sample_rate1 = 16000;
 136         else if (sample_rate1 >= 11025)
 137             sample_rate1 = 11025;
 138         else if (sample_rate1 >= 8000)
 139             sample_rate1 = 8000;
 140     }
 141
 142     bps                 = (float) avctx->bit_rate /
 143                           (float) (avctx->channels * avctx->sample_rate);
 144     s->byte_offset_bits = av_log2((int) (bps * s->frame_len / 8.0 + 0.5)) + 2;
 145
 146     /* compute high frequency value and choose if noise coding should
 147      * be activated */
 148     bps1 = bps;
 149     if (avctx->channels == 2)
 150         bps1 = bps * 1.6;
 151     if (sample_rate1 == 44100) {
 152         if (bps1 >= 0.61)
 153             s->use_noise_coding = 0;
 154         else
 155             high_freq = high_freq * 0.4;
 156     } else if (sample_rate1 == 22050) {
 157         if (bps1 >= 1.16)
 158             s->use_noise_coding = 0;
 159         else if (bps1 >= 0.72)
 160             high_freq = high_freq * 0.7;
 161         else
 162             high_freq = high_freq * 0.6;
 163     } else if (sample_rate1 == 16000) {
 164         if (bps > 0.5)
 165             high_freq = high_freq * 0.5;
 166         else
 167             high_freq = high_freq * 0.3;
 168     } else if (sample_rate1 == 11025)
 169         high_freq = high_freq * 0.7;
 170     else if (sample_rate1 == 8000) {
 171         if (bps <= 0.625)
 172             high_freq = high_freq * 0.5;
 173         else if (bps > 0.75)
 174             s->use_noise_coding = 0;
 175         else
 176             high_freq = high_freq * 0.65;
 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     ff_dlog(s->avctx, "flags2=0x%x\n", flags2);
 186     ff_dlog(s->avctx, "version=%d channels=%d sample_rate=%d bitrate=%d block_align=%d\n",
 187             s->version, avctx->channels, avctx->sample_rate, avctx->bit_rate,
 188             avctx->block_align);
 189     ff_dlog(s->avctx, "bps=%f bps1=%f high_freq=%f bitoffset=%d\n",
 190             bps, bps1, high_freq, s->byte_offset_bits);
 191     ff_dlog(s->avctx, "use_noise_coding=%d use_exp_vlc=%d nb_block_sizes=%d\n",
 192             s->use_noise_coding, s->use_exp_vlc, s->nb_block_sizes);
 193
 194     /* compute the scale factor band sizes for each MDCT block size */
 195     {
 196         int a, b, pos, lpos, k, block_len, i, j, n;
 197         const uint8_t *table;
 198
 199         if (s->version == 1)
 200             s->coefs_start = 3;
 201         else
 202             s->coefs_start = 0;
 203         for (k = 0; k < s->nb_block_sizes; k++) {
 204             block_len = s->frame_len >> k;
 205
 206             if (s->version == 1) {
 207                 lpos = 0;
 208                 for (i = 0; i < 25; i++) {
 209                     a   = ff_wma_critical_freqs[i];
 210                     b   = avctx->sample_rate;
 211                     pos = ((block_len * 2 * a) + (b >> 1)) / b;
 212                     if (pos > block_len)
 213                         pos = block_len;
 214                     s->exponent_bands[0][i] = pos - lpos;
 215                     if (pos >= block_len) {
 216                         i++;
 217                         break;
 218                     }
 219                     lpos = pos;
 220                 }
 221                 s->exponent_sizes[0] = i;
 222             } else {
 223                 /* hardcoded tables */
 224                 table = NULL;
 225                 a     = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS - k;
 226                 if (a < 3) {
 227                     if (avctx->sample_rate >= 44100)
 228                         table = exponent_band_44100[a];
 229                     else if (avctx->sample_rate >= 32000)
 230                         table = exponent_band_32000[a];
 231                     else if (avctx->sample_rate >= 22050)
 232                         table = exponent_band_22050[a];
 233                 }
 234                 if (table) {
 235                     n = *table++;
 236                     for (i = 0; i < n; i++)
 237                         s->exponent_bands[k][i] = table[i];
 238                     s->exponent_sizes[k] = n;
 239                 } else {
 240                     j    = 0;
 241                     lpos = 0;
 242                     for (i = 0; i < 25; i++) {
 243                         a     = ff_wma_critical_freqs[i];
 244                         b     = avctx->sample_rate;
 245                         pos   = ((block_len * 2 * a) + (b << 1)) / (4 * b);
 246                         pos <<= 2;
 247                         if (pos > block_len)
 248                             pos = block_len;
 249                         if (pos > lpos)
 250                             s->exponent_bands[k][j++] = pos - lpos;
 251                         if (pos >= block_len)
 252                             break;
 253                         lpos = pos;
 254                     }
 255                     s->exponent_sizes[k] = j;
 256                 }
 257             }
 258
 259             /* max number of coefs */
 260             s->coefs_end[k] = (s->frame_len - ((s->frame_len * 9) / 100)) >> k;
 261             /* high freq computation */
 262             s->high_band_start[k] = (int) ((block_len * 2 * high_freq) /
 263                                            avctx->sample_rate + 0.5);
 264             n   = s->exponent_sizes[k];
 265             j   = 0;
 266             pos = 0;
 267             for (i = 0; i < n; i++) {
 268                 int start, end;
 269                 start = pos;
 270                 pos  += s->exponent_bands[k][i];
 271                 end   = pos;
 272                 if (start < s->high_band_start[k])
 273                     start = s->high_band_start[k];
 274                 if (end > s->coefs_end[k])
 275                     end = s->coefs_end[k];
 276                 if (end > start)
 277                     s->exponent_high_bands[k][j++] = end - start;
 278             }
 279             s->exponent_high_sizes[k] = j;
 280         }
 281     }
 282
 283 #ifdef TRACE
 284     {
 285         int i, j;
 286         for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 287             ff_tlog(s->avctx, "%5d: n=%2d:",
 288                     s->frame_len >> i,
 289                     s->exponent_sizes[i]);
 290             for (j = 0; j < s->exponent_sizes[i]; j++)
 291                 ff_tlog(s->avctx, " %d", s->exponent_bands[i][j]);
 292             ff_tlog(s->avctx, "\n");
 293         }
 294     }
 295 #endif /* TRACE */
 296
 297     /* init MDCT windows : simple sine window */
 298     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 299         ff_init_ff_sine_windows(s->frame_len_bits - i);
 300         s->windows[i] = ff_sine_windows[s->frame_len_bits - i];
 301     }
 302
 303     s->reset_block_lengths = 1;
 304
 305     if (s->use_noise_coding) {
 306         /* init the noise generator */
 307         if (s->use_exp_vlc)
 308             s->noise_mult = 0.02;
 309         else
 310             s->noise_mult = 0.04;
 311
 312 #ifdef TRACE
 313         for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++)
 314             s->noise_table[i] = 1.0 * s->noise_mult;
 315 #else
 316         {
 317             unsigned int seed;
 318             float norm;
 319             seed = 1;
 320             norm = (1.0 / (float) (1LL << 31)) * sqrt(3) * s->noise_mult;
 321             for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++) {
 322                 seed              = seed * 314159 + 1;
 323                 s->noise_table[i] = (float) ((int) seed) * norm;
 324             }
 325         }
 326 #endif /* TRACE */
 327     }
 328
 329     /* choose the VLC tables for the coefficients */
 330     coef_vlc_table = 2;
 331     if (avctx->sample_rate >= 32000) {
 332         if (bps1 < 0.72)
 333             coef_vlc_table = 0;
 334         else if (bps1 < 1.16)
 335             coef_vlc_table = 1;
 336     }
 337     s->coef_vlcs[0] = &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2];
 338     s->coef_vlcs[1] = &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2 + 1];
 339     ret = init_coef_vlc(&s->coef_vlc[0], &s->run_table[0], &s->level_table[0],
 340                         &s->int_table[0], s->coef_vlcs[0]);
 341     if (ret < 0)
 342         return ret;
 343
 344     return init_coef_vlc(&s->coef_vlc[1], &s->run_table[1], &s->level_table[1],
 345                          &s->int_table[1], s->coef_vlcs[1]);
 346 }
 347
 348 int ff_wma_total_gain_to_bits(int total_gain)
 349 {
 350     if (total_gain < 15)
 351         return 13;
 352     else if (total_gain < 32)
 353         return 12;
 354     else if (total_gain < 40)
 355         return 11;
 356     else if (total_gain < 45)
 357         return 10;
 358     else
 359         return  9;
 360 }
 361
 362 int ff_wma_end(AVCodecContext *avctx)
 363 {
 364     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 365     int i;
 366
 367     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
 368         ff_mdct_end(&s->mdct_ctx[i]);
 369
 370     if (s->use_exp_vlc)
 371         ff_free_vlc(&s->exp_vlc);
 372     if (s->use_noise_coding)
 373         ff_free_vlc(&s->hgain_vlc);
 374     for (i = 0; i < 2; i++) {
 375         ff_free_vlc(&s->coef_vlc[i]);
 376         av_free(s->run_table[i]);
 377         av_free(s->level_table[i]);
 378         av_free(s->int_table[i]);
 379     }
 380
 381     return 0;
 382 }
 383
 384 /**
 385  * Decode an uncompressed coefficient.
 386  * @param bc BitstreamContext
 387  * @return the decoded coefficient
 388  */
 389 unsigned int ff_wma_get_large_val(BitstreamContext *bc)
 390 {
 391     /** consumes up to 34 bits */
 392     int n_bits = 8;
 393     /** decode length */
 394     if (bitstream_read_bit(bc)) {
 395         n_bits += 8;
 396         if (bitstream_read_bit(bc)) {
 397             n_bits += 8;
 398             if (bitstream_read_bit(bc))
 399                 n_bits += 7;
 400         }
 401     }
 402     return bitstream_read(bc, n_bits);
 403 }
 404
 405 /**
 406  * Decode run level compressed coefficients.
 407  * @param avctx codec context
 408  * @param bc bitstream reader context
 409  * @param vlc VLC table for bitstream_read_vlc
 410  * @param level_table level codes
 411  * @param run_table run codes
 412  * @param version 0 for wma1,2 1 for wmapro
 413  * @param ptr output buffer
 414  * @param offset offset in the output buffer
 415  * @param num_coefs number of input coefficients
 416  * @param block_len input buffer length (2^n)
 417  * @param frame_len_bits number of bits for escaped run codes
 418  * @param coef_nb_bits number of bits for escaped level codes
 419  * @return 0 on success, -1 otherwise
 420  */
 421 int ff_wma_run_level_decode(AVCodecContext *avctx, BitstreamContext *bc,
 422                             VLC *vlc, const float *level_table,
 423                             const uint16_t *run_table, int version,
 424                             WMACoef *ptr, int offset, int num_coefs,
 425                             int block_len, int frame_len_bits,
 426                             int coef_nb_bits)
 427 {
 428     int code, level, sign;
 429     const uint32_t *ilvl = (const uint32_t *) level_table;
 430     uint32_t *iptr = (uint32_t *) ptr;
 431     const unsigned int coef_mask = block_len - 1;
 432     for (; offset < num_coefs; offset++) {
 433         code = bitstream_read_vlc(bc, vlc->table, VLCBITS, VLCMAX);
 434         if (code > 1) {
 435             /** normal code */
 436             offset                  += run_table[code];
 437             sign                     = bitstream_read_bit(bc) - 1;
 438             iptr[offset & coef_mask] = ilvl[code] ^ sign << 31;
 439         } else if (code == 1) {
 440             /** EOB */
 441             break;
 442         } else {
 443             /** escape */
 444             if (!version) {
 445                 level = bitstream_read(bc, coef_nb_bits);
 446                 /** NOTE: this is rather suboptimal. reading
 447                  *  block_len_bits would be better */
 448                 offset += bitstream_read(bc, frame_len_bits);
 449             } else {
 450                 level = ff_wma_get_large_val(bc);
 451                 /** escape decode */
 452                 if (bitstream_read_bit(bc)) {
 453                     if (bitstream_read_bit(bc)) {
 454                         if (bitstream_read_bit(bc)) {
 455                             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 456                                    "broken escape sequence\n");
 457                             return -1;
 458                         } else
 459                             offset += bitstream_read(bc, frame_len_bits) + 4;
 460                     } else
 461                         offset += bitstream_read(bc, 2) + 1;
 462                 }
 463             }
 464             sign                    = bitstream_read_bit(bc) - 1;
 465             ptr[offset & coef_mask] = (level ^ sign) - sign;
 466         }
 467     }
 468     /** NOTE: EOB can be omitted */
 469     if (offset > num_coefs) {
 470         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "overflow in spectral RLE, ignoring\n");
 471         return -1;
 472     }
 473
 474     return 0;
 475 }