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 "internal.h"
  26 #include "sinewin.h"
  27 #include "wma.h"
  28 #include "wma_common.h"
  29 #include "wma_freqs.h"
  30 #include "wmadata.h"
  31
  32 /* XXX: use same run/length optimization as mpeg decoders */
  33 // FIXME maybe split decode / encode or pass flag
  34 static av_cold int init_coef_vlc(VLC *vlc, uint16_t **prun_table,
  35                                  float **plevel_table, uint16_t **pint_table,
  36                                  const CoefVLCTable *vlc_table)
  37 {
  38     int n                        = vlc_table->n;
  39     const uint8_t  *table_bits   = vlc_table->huffbits;
  40     const uint32_t *table_codes  = vlc_table->huffcodes;
  41     const uint16_t *levels_table = vlc_table->levels;
  42     uint16_t *run_table, *level_table, *int_table;
  43     float *flevel_table;
  44     int i, l, j, k, level;
  45
  46     init_vlc(vlc, VLCBITS, n, table_bits, 1, 1, table_codes, 4, 4, 0);
  47
  48     run_table    = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
  49     level_table  = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
  50     flevel_table = av_malloc(n * sizeof(*flevel_table));
  51     int_table    = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
  52     if (!run_table || !level_table || !flevel_table || !int_table) {
  53         av_freep(&run_table);
  54         av_freep(&level_table);
  55         av_freep(&flevel_table);
  56         av_freep(&int_table);
  57         return AVERROR(ENOMEM);
  58     }
  59     i            = 2;
  60     level        = 1;
  61     k            = 0;
  62     while (i < n) {
  63         int_table[k] = i;
  64         l            = levels_table[k++];
  65         for (j = 0; j < l; j++) {
  66             run_table[i]    = j;
  67             level_table[i]  = level;
  68             flevel_table[i] = level;
  69             i++;
  70         }
  71         level++;
  72     }
  73     *prun_table   = run_table;
  74     *plevel_table = flevel_table;
  75     *pint_table   = int_table;
  76     av_free(level_table);
  77
  78     return 0;
  79 }
  80
  81 av_cold int ff_wma_init(AVCodecContext *avctx, int flags2)
  82 {
  83     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
  84     int i, ret;
  85     float bps1, high_freq;
  86     volatile float bps;
  87     int sample_rate1;
  88     int coef_vlc_table;
  89
  90     if (avctx->sample_rate <= 0 || avctx->sample_rate > 50000 ||
  91         avctx->channels    <= 0 || avctx->channels    > 2     ||
  92         avctx->bit_rate    <= 0)
  93         return -1;
  94
  95     avpriv_float_dsp_init(&s->fdsp, avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_BITEXACT);
  96
  97     if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_WMAV1)
  98         s->version = 1;
  99     else
 100         s->version = 2;
 101
 102     /* compute MDCT block size */
 103     s->frame_len_bits = ff_wma_get_frame_len_bits(avctx->sample_rate,
 104                                                   s->version, 0);
 105     s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 106     s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 107     s->block_len_bits      = s->frame_len_bits;
 108
 109     s->frame_len = 1 << s->frame_len_bits;
 110     if (s->use_variable_block_len) {
 111         int nb_max, nb;
 112         nb = ((flags2 >> 3) & 3) + 1;
 113         if ((avctx->bit_rate / avctx->channels) >= 32000)
 114             nb += 2;
 115         nb_max = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS;
 116         if (nb > nb_max)
 117             nb = nb_max;
 118         s->nb_block_sizes = nb + 1;
 119     } else
 120         s->nb_block_sizes = 1;
 121
 122     /* init rate dependent parameters */
 123     s->use_noise_coding = 1;
 124     high_freq           = avctx->sample_rate * 0.5;
 125
 126     /* if version 2, then the rates are normalized */
 127     sample_rate1 = avctx->sample_rate;
 128     if (s->version == 2) {
 129         if (sample_rate1 >= 44100)
 130             sample_rate1 = 44100;
 131         else if (sample_rate1 >= 22050)
 132             sample_rate1 = 22050;
 133         else if (sample_rate1 >= 16000)
 134             sample_rate1 = 16000;
 135         else if (sample_rate1 >= 11025)
 136             sample_rate1 = 11025;
 137         else if (sample_rate1 >= 8000)
 138             sample_rate1 = 8000;
 139     }
 140
 141     bps                 = (float) avctx->bit_rate /
 142                           (float) (avctx->channels * avctx->sample_rate);
 143     s->byte_offset_bits = av_log2((int) (bps * s->frame_len / 8.0 + 0.5)) + 2;
 144
 145     /* compute high frequency value and choose if noise coding should
 146      * be activated */
 147     bps1 = bps;
 148     if (avctx->channels == 2)
 149         bps1 = bps * 1.6;
 150     if (sample_rate1 == 44100) {
 151         if (bps1 >= 0.61)
 152             s->use_noise_coding = 0;
 153         else
 154             high_freq = high_freq * 0.4;
 155     } else if (sample_rate1 == 22050) {
 156         if (bps1 >= 1.16)
 157             s->use_noise_coding = 0;
 158         else if (bps1 >= 0.72)
 159             high_freq = high_freq * 0.7;
 160         else
 161             high_freq = high_freq * 0.6;
 162     } else if (sample_rate1 == 16000) {
 163         if (bps > 0.5)
 164             high_freq = high_freq * 0.5;
 165         else
 166             high_freq = high_freq * 0.3;
 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     } else {
 177         if (bps >= 0.8)
 178             high_freq = high_freq * 0.75;
 179         else if (bps >= 0.6)
 180             high_freq = high_freq * 0.6;
 181         else
 182             high_freq = high_freq * 0.5;
 183     }
 184     ff_dlog(s->avctx, "flags2=0x%x\n", flags2);
 185     ff_dlog(s->avctx, "version=%d channels=%d sample_rate=%d bitrate=%d block_align=%d\n",
 186             s->version, avctx->channels, avctx->sample_rate, avctx->bit_rate,
 187             avctx->block_align);
 188     ff_dlog(s->avctx, "bps=%f bps1=%f high_freq=%f bitoffset=%d\n",
 189             bps, bps1, high_freq, s->byte_offset_bits);
 190     ff_dlog(s->avctx, "use_noise_coding=%d use_exp_vlc=%d nb_block_sizes=%d\n",
 191             s->use_noise_coding, s->use_exp_vlc, s->nb_block_sizes);
 192
 193     /* compute the scale factor band sizes for each MDCT block size */
 194     {
 195         int a, b, pos, lpos, k, block_len, i, j, n;
 196         const uint8_t *table;
 197
 198         if (s->version == 1)
 199             s->coefs_start = 3;
 200         else
 201             s->coefs_start = 0;
 202         for (k = 0; k < s->nb_block_sizes; k++) {
 203             block_len = s->frame_len >> k;
 204
 205             if (s->version == 1) {
 206                 lpos = 0;
 207                 for (i = 0; i < 25; i++) {
 208                     a   = ff_wma_critical_freqs[i];
 209                     b   = avctx->sample_rate;
 210                     pos = ((block_len * 2 * a) + (b >> 1)) / b;
 211                     if (pos > block_len)
 212                         pos = block_len;
 213                     s->exponent_bands[0][i] = pos - lpos;
 214                     if (pos >= block_len) {
 215                         i++;
 216                         break;
 217                     }
 218                     lpos = pos;
 219                 }
 220                 s->exponent_sizes[0] = i;
 221             } else {
 222                 /* hardcoded tables */
 223                 table = NULL;
 224                 a     = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS - k;
 225                 if (a < 3) {
 226                     if (avctx->sample_rate >= 44100)
 227                         table = exponent_band_44100[a];
 228                     else if (avctx->sample_rate >= 32000)
 229                         table = exponent_band_32000[a];
 230                     else if (avctx->sample_rate >= 22050)
 231                         table = exponent_band_22050[a];
 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             ff_tlog(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                 ff_tlog(s->avctx, " %d", s->exponent_high_bands[k][j]);
 287             ff_tlog(s->avctx, "\n");
 288 #endif /* 0 */
 289         }
 290     }
 291
 292 #ifdef TRACE
 293     {
 294         int i, j;
 295         for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 296             ff_tlog(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                 ff_tlog(s->avctx, " %d", s->exponent_bands[i][j]);
 301             ff_tlog(s->avctx, "\n");
 302         }
 303     }
 304 #endif /* TRACE */
 305
 306     /* init MDCT windows : simple sine 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         /* init the noise generator */
 316         if (s->use_exp_vlc)
 317             s->noise_mult = 0.02;
 318         else
 319             s->noise_mult = 0.04;
 320
 321 #ifdef TRACE
 322         for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++)
 323             s->noise_table[i] = 1.0 * s->noise_mult;
 324 #else
 325         {
 326             unsigned int seed;
 327             float norm;
 328             seed = 1;
 329             norm = (1.0 / (float) (1LL << 31)) * sqrt(3) * s->noise_mult;
 330             for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++) {
 331                 seed              = seed * 314159 + 1;
 332                 s->noise_table[i] = (float) ((int) seed) * norm;
 333             }
 334         }
 335 #endif /* TRACE */
 336     }
 337
 338     /* choose the VLC tables for the coefficients */
 339     coef_vlc_table = 2;
 340     if (avctx->sample_rate >= 32000) {
 341         if (bps1 < 0.72)
 342             coef_vlc_table = 0;
 343         else if (bps1 < 1.16)
 344             coef_vlc_table = 1;
 345     }
 346     s->coef_vlcs[0] = &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2];
 347     s->coef_vlcs[1] = &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2 + 1];
 348     ret = init_coef_vlc(&s->coef_vlc[0], &s->run_table[0], &s->level_table[0],
 349                         &s->int_table[0], s->coef_vlcs[0]);
 350     if (ret < 0)
 351         return ret;
 352
 353     return init_coef_vlc(&s->coef_vlc[1], &s->run_table[1], &s->level_table[1],
 354                          &s->int_table[1], s->coef_vlcs[1]);
 355 }
 356
 357 int ff_wma_total_gain_to_bits(int total_gain)
 358 {
 359     if (total_gain < 15)
 360         return 13;
 361     else if (total_gain < 32)
 362         return 12;
 363     else if (total_gain < 40)
 364         return 11;
 365     else if (total_gain < 45)
 366         return 10;
 367     else
 368         return  9;
 369 }
 370
 371 int ff_wma_end(AVCodecContext *avctx)
 372 {
 373     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 374     int i;
 375
 376     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
 377         ff_mdct_end(&s->mdct_ctx[i]);
 378
 379     if (s->use_exp_vlc)
 380         ff_free_vlc(&s->exp_vlc);
 381     if (s->use_noise_coding)
 382         ff_free_vlc(&s->hgain_vlc);
 383     for (i = 0; i < 2; i++) {
 384         ff_free_vlc(&s->coef_vlc[i]);
 385         av_free(s->run_table[i]);
 386         av_free(s->level_table[i]);
 387         av_free(s->int_table[i]);
 388     }
 389
 390     return 0;
 391 }
 392
 393 /**
 394  * Decode an uncompressed coefficient.
 395  * @param gb GetBitContext
 396  * @return the decoded coefficient
 397  */
 398 unsigned int ff_wma_get_large_val(GetBitContext *gb)
 399 {
 400     /** consumes up to 34 bits */
 401     int n_bits = 8;
 402     /** decode length */
 403     if (get_bits1(gb)) {
 404         n_bits += 8;
 405         if (get_bits1(gb)) {
 406             n_bits += 8;
 407             if (get_bits1(gb))
 408                 n_bits += 7;
 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 coefficients
 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, const float *level_table,
 432                             const uint16_t *run_table, int version,
 433                             WMACoef *ptr, int offset, int num_coefs,
 434                             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 }