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

   1 /*
   2  * WMA compatible codec
   3  * Copyright (c) 2002-2007 The FFmpeg Project
   4  *
   5  * This file is part of FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg 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  * FFmpeg 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 FFmpeg; 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 "sinewin.h"
  26 #include "wma.h"
  27 #include "wma_common.h"
  28 #include "wma_freqs.h"
  29 #include "wmadata.h"
  30
  31 #undef NDEBUG
  32 #include <assert.h>
  33
  34 /* XXX: use same run/length optimization as mpeg decoders */
  35 // FIXME maybe split decode / encode or pass flag
  36 static av_cold int init_coef_vlc(VLC *vlc, uint16_t **prun_table,
  37                                  float **plevel_table, uint16_t **pint_table,
  38                                  const CoefVLCTable *vlc_table)
  39 {
  40     int n                        = vlc_table->n;
  41     const uint8_t  *table_bits   = vlc_table->huffbits;
  42     const uint32_t *table_codes  = vlc_table->huffcodes;
  43     const uint16_t *levels_table = vlc_table->levels;
  44     uint16_t *run_table, *level_table, *int_table;
  45     float *flevel_table;
  46     int i, l, j, k, level;
  47
  48     init_vlc(vlc, VLCBITS, n, table_bits, 1, 1, table_codes, 4, 4, 0);
  49
  50     run_table    = av_malloc_array(n, sizeof(uint16_t));
  51     level_table  = av_malloc_array(n, sizeof(uint16_t));
  52     flevel_table = av_malloc_array(n, sizeof(*flevel_table));
  53     int_table    = av_malloc_array(n, sizeof(uint16_t));
  54     if (!run_table || !level_table || !flevel_table || !int_table) {
  55         av_freep(&run_table);
  56         av_freep(&level_table);
  57         av_freep(&flevel_table);
  58         av_freep(&int_table);
  59         return AVERROR(ENOMEM);
  60     }
  61     i            = 2;
  62     level        = 1;
  63     k            = 0;
  64     while (i < n) {
  65         int_table[k] = i;
  66         l            = levels_table[k++];
  67         for (j = 0; j < l; j++) {
  68             run_table[i]    = j;
  69             level_table[i]  = level;
  70             flevel_table[i] = level;
  71             i++;
  72         }
  73         level++;
  74     }
  75     *prun_table   = run_table;
  76     *plevel_table = flevel_table;
  77     *pint_table   = int_table;
  78     av_free(level_table);
  79
  80     return 0;
  81 }
  82
  83 av_cold int ff_wma_init(AVCodecContext *avctx, int flags2)
  84 {
  85     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
  86     int i, ret;
  87     float bps1, high_freq;
  88     volatile float bps;
  89     int sample_rate1;
  90     int coef_vlc_table;
  91
  92     if (avctx->sample_rate <= 0 || avctx->sample_rate > 50000 ||
  93         avctx->channels    <= 0 || avctx->channels    > 2     ||
  94         avctx->bit_rate    <= 0)
  95         return -1;
  96
  97     ff_fmt_convert_init(&s->fmt_conv, avctx);
  98
  99     if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_WMAV1)
 100         s->version = 1;
 101     else
 102         s->version = 2;
 103
 104     /* compute MDCT block size */
 105     s->frame_len_bits = ff_wma_get_frame_len_bits(avctx->sample_rate,
 106                                                   s->version, 0);
 107     s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 108     s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 109     s->block_len_bits      = s->frame_len_bits;
 110
 111     s->frame_len = 1 << s->frame_len_bits;
 112     if (s->use_variable_block_len) {
 113         int nb_max, nb;
 114         nb = ((flags2 >> 3) & 3) + 1;
 115         if ((avctx->bit_rate / avctx->channels) >= 32000)
 116             nb += 2;
 117         nb_max = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS;
 118         if (nb > nb_max)
 119             nb = nb_max;
 120         s->nb_block_sizes = nb + 1;
 121     } else
 122         s->nb_block_sizes = 1;
 123
 124     /* init rate dependent parameters */
 125     s->use_noise_coding = 1;
 126     high_freq           = avctx->sample_rate * 0.5;
 127
 128     /* if version 2, then the rates are normalized */
 129     sample_rate1 = avctx->sample_rate;
 130     if (s->version == 2) {
 131         if (sample_rate1 >= 44100)
 132             sample_rate1 = 44100;
 133         else if (sample_rate1 >= 22050)
 134             sample_rate1 = 22050;
 135         else if (sample_rate1 >= 16000)
 136             sample_rate1 = 16000;
 137         else if (sample_rate1 >= 11025)
 138             sample_rate1 = 11025;
 139         else if (sample_rate1 >= 8000)
 140             sample_rate1 = 8000;
 141     }
 142
 143     bps                 = (float) avctx->bit_rate /
 144                           (float) (avctx->channels * avctx->sample_rate);
 145     s->byte_offset_bits = av_log2((int) (bps * s->frame_len / 8.0 + 0.5)) + 2;
 146     if (s->byte_offset_bits + 3 > MIN_CACHE_BITS) {
 147         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "byte_offset_bits %d is too large\n", s->byte_offset_bits);
 148         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 149     }
 150
 151     /* compute high frequency value and choose if noise coding should
 152      * be activated */
 153     bps1 = bps;
 154     if (avctx->channels == 2)
 155         bps1 = bps * 1.6;
 156     if (sample_rate1 == 44100) {
 157         if (bps1 >= 0.61)
 158             s->use_noise_coding = 0;
 159         else
 160             high_freq = high_freq * 0.4;
 161     } else if (sample_rate1 == 22050) {
 162         if (bps1 >= 1.16)
 163             s->use_noise_coding = 0;
 164         else if (bps1 >= 0.72)
 165             high_freq = high_freq * 0.7;
 166         else
 167             high_freq = high_freq * 0.6;
 168     } else if (sample_rate1 == 16000) {
 169         if (bps > 0.5)
 170             high_freq = high_freq * 0.5;
 171         else
 172             high_freq = high_freq * 0.3;
 173     } else if (sample_rate1 == 11025)
 174         high_freq = high_freq * 0.7;
 175     else if (sample_rate1 == 8000) {
 176         if (bps <= 0.625)
 177             high_freq = high_freq * 0.5;
 178         else if (bps > 0.75)
 179             s->use_noise_coding = 0;
 180         else
 181             high_freq = high_freq * 0.65;
 182     } else {
 183         if (bps >= 0.8)
 184             high_freq = high_freq * 0.75;
 185         else if (bps >= 0.6)
 186             high_freq = high_freq * 0.6;
 187         else
 188             high_freq = high_freq * 0.5;
 189     }
 190     av_dlog(s->avctx, "flags2=0x%x\n", flags2);
 191     av_dlog(s->avctx, "version=%d channels=%d sample_rate=%d bitrate=%d block_align=%d\n",
 192             s->version, avctx->channels, avctx->sample_rate, avctx->bit_rate,
 193             avctx->block_align);
 194     av_dlog(s->avctx, "bps=%f bps1=%f high_freq=%f bitoffset=%d\n",
 195             bps, bps1, high_freq, s->byte_offset_bits);
 196     av_dlog(s->avctx, "use_noise_coding=%d use_exp_vlc=%d nb_block_sizes=%d\n",
 197             s->use_noise_coding, s->use_exp_vlc, s->nb_block_sizes);
 198
 199     /* compute the scale factor band sizes for each MDCT block size */
 200     {
 201         int a, b, pos, lpos, k, block_len, i, j, n;
 202         const uint8_t *table;
 203
 204         if (s->version == 1)
 205             s->coefs_start = 3;
 206         else
 207             s->coefs_start = 0;
 208         for (k = 0; k < s->nb_block_sizes; k++) {
 209             block_len = s->frame_len >> k;
 210
 211             if (s->version == 1) {
 212                 lpos = 0;
 213                 for (i = 0; i < 25; i++) {
 214                     a   = ff_wma_critical_freqs[i];
 215                     b   = avctx->sample_rate;
 216                     pos = ((block_len * 2 * a) + (b >> 1)) / b;
 217                     if (pos > block_len)
 218                         pos = block_len;
 219                     s->exponent_bands[0][i] = pos - lpos;
 220                     if (pos >= block_len) {
 221                         i++;
 222                         break;
 223                     }
 224                     lpos = pos;
 225                 }
 226                 s->exponent_sizes[0] = i;
 227             } else {
 228                 /* hardcoded tables */
 229                 table = NULL;
 230                 a     = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS - k;
 231                 if (a < 3) {
 232                     if (avctx->sample_rate >= 44100)
 233                         table = exponent_band_44100[a];
 234                     else if (avctx->sample_rate >= 32000)
 235                         table = exponent_band_32000[a];
 236                     else if (avctx->sample_rate >= 22050)
 237                         table = exponent_band_22050[a];
 238                 }
 239                 if (table) {
 240                     n = *table++;
 241                     for (i = 0; i < n; i++)
 242                         s->exponent_bands[k][i] = table[i];
 243                     s->exponent_sizes[k] = n;
 244                 } else {
 245                     j    = 0;
 246                     lpos = 0;
 247                     for (i = 0; i < 25; i++) {
 248                         a     = ff_wma_critical_freqs[i];
 249                         b     = avctx->sample_rate;
 250                         pos   = ((block_len * 2 * a) + (b << 1)) / (4 * b);
 251                         pos <<= 2;
 252                         if (pos > block_len)
 253                             pos = block_len;
 254                         if (pos > lpos)
 255                             s->exponent_bands[k][j++] = pos - lpos;
 256                         if (pos >= block_len)
 257                             break;
 258                         lpos = pos;
 259                     }
 260                     s->exponent_sizes[k] = j;
 261                 }
 262             }
 263
 264             /* max number of coefs */
 265             s->coefs_end[k] = (s->frame_len - ((s->frame_len * 9) / 100)) >> k;
 266             /* high freq computation */
 267             s->high_band_start[k] = (int) ((block_len * 2 * high_freq) /
 268                                            avctx->sample_rate + 0.5);
 269             n   = s->exponent_sizes[k];
 270             j   = 0;
 271             pos = 0;
 272             for (i = 0; i < n; i++) {
 273                 int start, end;
 274                 start = pos;
 275                 pos  += s->exponent_bands[k][i];
 276                 end   = pos;
 277                 if (start < s->high_band_start[k])
 278                     start = s->high_band_start[k];
 279                 if (end > s->coefs_end[k])
 280                     end = s->coefs_end[k];
 281                 if (end > start)
 282                     s->exponent_high_bands[k][j++] = end - start;
 283             }
 284             s->exponent_high_sizes[k] = j;
 285 #if 0
 286             tprintf(s->avctx, "%5d: coefs_end=%d high_band_start=%d nb_high_bands=%d: ",
 287                     s->frame_len >> k,
 288                     s->coefs_end[k],
 289                     s->high_band_start[k],
 290                     s->exponent_high_sizes[k]);
 291             for (j = 0; j < s->exponent_high_sizes[k]; j++)
 292                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_high_bands[k][j]);
 293             tprintf(s->avctx, "\n");
 294 #endif /* 0 */
 295         }
 296     }
 297
 298 #ifdef TRACE
 299     {
 300         int i, j;
 301         for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 302             tprintf(s->avctx, "%5d: n=%2d:",
 303                     s->frame_len >> i,
 304                     s->exponent_sizes[i]);
 305             for (j = 0; j < s->exponent_sizes[i]; j++)
 306                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_bands[i][j]);
 307             tprintf(s->avctx, "\n");
 308         }
 309     }
 310 #endif /* TRACE */
 311
 312     /* init MDCT windows : simple sine window */
 313     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 314         ff_init_ff_sine_windows(s->frame_len_bits - i);
 315         s->windows[i] = ff_sine_windows[s->frame_len_bits - i];
 316     }
 317
 318     s->reset_block_lengths = 1;
 319
 320     if (s->use_noise_coding) {
 321         /* init the noise generator */
 322         if (s->use_exp_vlc)
 323             s->noise_mult = 0.02;
 324         else
 325             s->noise_mult = 0.04;
 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 /* TRACE */
 342     }
 343
 344     s->fdsp = avpriv_float_dsp_alloc(avctx->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT);
 345     if (!s->fdsp)
 346         return AVERROR(ENOMEM);
 347
 348     /* choose the VLC tables for the coefficients */
 349     coef_vlc_table = 2;
 350     if (avctx->sample_rate >= 32000) {
 351         if (bps1 < 0.72)
 352             coef_vlc_table = 0;
 353         else if (bps1 < 1.16)
 354             coef_vlc_table = 1;
 355     }
 356     s->coef_vlcs[0] = &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2];
 357     s->coef_vlcs[1] = &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2 + 1];
 358     ret = init_coef_vlc(&s->coef_vlc[0], &s->run_table[0], &s->level_table[0],
 359                         &s->int_table[0], s->coef_vlcs[0]);
 360     if (ret < 0)
 361         return ret;
 362
 363     return init_coef_vlc(&s->coef_vlc[1], &s->run_table[1], &s->level_table[1],
 364                          &s->int_table[1], s->coef_vlcs[1]);
 365 }
 366
 367 int ff_wma_total_gain_to_bits(int total_gain)
 368 {
 369     if (total_gain < 15)
 370         return 13;
 371     else if (total_gain < 32)
 372         return 12;
 373     else if (total_gain < 40)
 374         return 11;
 375     else if (total_gain < 45)
 376         return 10;
 377     else
 378         return  9;
 379 }
 380
 381 int ff_wma_end(AVCodecContext *avctx)
 382 {
 383     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 384     int i;
 385
 386     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
 387         ff_mdct_end(&s->mdct_ctx[i]);
 388
 389     if (s->use_exp_vlc)
 390         ff_free_vlc(&s->exp_vlc);
 391     if (s->use_noise_coding)
 392         ff_free_vlc(&s->hgain_vlc);
 393     for (i = 0; i < 2; i++) {
 394         ff_free_vlc(&s->coef_vlc[i]);
 395         av_freep(&s->run_table[i]);
 396         av_freep(&s->level_table[i]);
 397         av_freep(&s->int_table[i]);
 398     }
 399     av_freep(&s->fdsp);
 400
 401     return 0;
 402 }
 403
 404 /**
 405  * Decode an uncompressed coefficient.
 406  * @param gb GetBitContext
 407  * @return the decoded coefficient
 408  */
 409 unsigned int ff_wma_get_large_val(GetBitContext *gb)
 410 {
 411     /** consumes up to 34 bits */
 412     int n_bits = 8;
 413     /** decode length */
 414     if (get_bits1(gb)) {
 415         n_bits += 8;
 416         if (get_bits1(gb)) {
 417             n_bits += 8;
 418             if (get_bits1(gb))
 419                 n_bits += 7;
 420         }
 421     }
 422     return get_bits_long(gb, n_bits);
 423 }
 424
 425 /**
 426  * Decode run level compressed coefficients.
 427  * @param avctx codec context
 428  * @param gb bitstream reader context
 429  * @param vlc vlc table for get_vlc2
 430  * @param level_table level codes
 431  * @param run_table run codes
 432  * @param version 0 for wma1,2 1 for wmapro
 433  * @param ptr output buffer
 434  * @param offset offset in the output buffer
 435  * @param num_coefs number of input coefficents
 436  * @param block_len input buffer length (2^n)
 437  * @param frame_len_bits number of bits for escaped run codes
 438  * @param coef_nb_bits number of bits for escaped level codes
 439  * @return 0 on success, -1 otherwise
 440  */
 441 int ff_wma_run_level_decode(AVCodecContext *avctx, GetBitContext *gb,
 442                             VLC *vlc, const float *level_table,
 443                             const uint16_t *run_table, int version,
 444                             WMACoef *ptr, int offset, int num_coefs,
 445                             int block_len, int frame_len_bits,
 446                             int coef_nb_bits)
 447 {
 448     int code, level, sign;
 449     const uint32_t *ilvl = (const uint32_t *) level_table;
 450     uint32_t *iptr = (uint32_t *) ptr;
 451     const unsigned int coef_mask = block_len - 1;
 452     for (; offset < num_coefs; offset++) {
 453         code = get_vlc2(gb, vlc->table, VLCBITS, VLCMAX);
 454         if (code > 1) {
 455             /** normal code */
 456             offset                  += run_table[code];
 457             sign                     = get_bits1(gb) - 1;
 458             iptr[offset & coef_mask] = ilvl[code] ^ sign << 31;
 459         } else if (code == 1) {
 460             /** EOB */
 461             break;
 462         } else {
 463             /** escape */
 464             if (!version) {
 465                 level = get_bits(gb, coef_nb_bits);
 466                 /** NOTE: this is rather suboptimal. reading
 467                  *  block_len_bits would be better */
 468                 offset += get_bits(gb, frame_len_bits);
 469             } else {
 470                 level = ff_wma_get_large_val(gb);
 471                 /** escape decode */
 472                 if (get_bits1(gb)) {
 473                     if (get_bits1(gb)) {
 474                         if (get_bits1(gb)) {
 475                             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 476                                    "broken escape sequence\n");
 477                             return -1;
 478                         } else
 479                             offset += get_bits(gb, frame_len_bits) + 4;
 480                     } else
 481                         offset += get_bits(gb, 2) + 1;
 482                 }
 483             }
 484             sign                    = get_bits1(gb) - 1;
 485             ptr[offset & coef_mask] = (level ^ sign) - sign;
 486         }
 487     }
 488     /** NOTE: EOB can be omitted */
 489     if (offset > num_coefs) {
 490         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "overflow in spectral RLE, ignoring\n");
 491         return -1;
 492     }
 493
 494     return 0;
 495 }