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 /* XXX: use same run/length optimization as mpeg decoders */
  32 // FIXME maybe split decode / encode or pass flag
  33 static av_cold int 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_array(n, sizeof(uint16_t));
  48     level_table  = av_malloc_array(n, sizeof(uint16_t));
  49     flevel_table = av_malloc_array(n, sizeof(*flevel_table));
  50     int_table    = av_malloc_array(n, sizeof(uint16_t));
  51     if (!run_table || !level_table || !flevel_table || !int_table) {
  52         av_freep(&run_table);
  53         av_freep(&level_table);
  54         av_freep(&flevel_table);
  55         av_freep(&int_table);
  56         return AVERROR(ENOMEM);
  57     }
  58     i            = 2;
  59     level        = 1;
  60     k            = 0;
  61     while (i < n) {
  62         int_table[k] = i;
  63         l            = levels_table[k++];
  64         for (j = 0; j < l; j++) {
  65             run_table[i]    = j;
  66             level_table[i]  = level;
  67             flevel_table[i] = level;
  68             i++;
  69         }
  70         level++;
  71     }
  72     *prun_table   = run_table;
  73     *plevel_table = flevel_table;
  74     *pint_table   = int_table;
  75     av_free(level_table);
  76
  77     return 0;
  78 }
  79
  80 av_cold int ff_wma_init(AVCodecContext *avctx, int flags2)
  81 {
  82     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
  83     int i, ret;
  84     float bps1, high_freq;
  85     volatile float bps;
  86     int sample_rate1;
  87     int coef_vlc_table;
  88
  89     if (avctx->sample_rate <= 0 || avctx->sample_rate > 50000 ||
  90         avctx->channels    <= 0 || avctx->channels    > 2     ||
  91         avctx->bit_rate    <= 0)
  92         return -1;
  93
  94
  95     if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_WMAV1)
  96         s->version = 1;
  97     else
  98         s->version = 2;
  99
 100     /* compute MDCT block size */
 101     s->frame_len_bits = ff_wma_get_frame_len_bits(avctx->sample_rate,
 102                                                   s->version, 0);
 103     s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 104     s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 105     s->block_len_bits      = s->frame_len_bits;
 106
 107     s->frame_len = 1 << s->frame_len_bits;
 108     if (s->use_variable_block_len) {
 109         int nb_max, nb;
 110         nb = ((flags2 >> 3) & 3) + 1;
 111         if ((avctx->bit_rate / avctx->channels) >= 32000)
 112             nb += 2;
 113         nb_max = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS;
 114         if (nb > nb_max)
 115             nb = nb_max;
 116         s->nb_block_sizes = nb + 1;
 117     } else
 118         s->nb_block_sizes = 1;
 119
 120     /* init rate dependent parameters */
 121     s->use_noise_coding = 1;
 122     high_freq           = avctx->sample_rate * 0.5;
 123
 124     /* if version 2, then the rates are normalized */
 125     sample_rate1 = avctx->sample_rate;
 126     if (s->version == 2) {
 127         if (sample_rate1 >= 44100)
 128             sample_rate1 = 44100;
 129         else if (sample_rate1 >= 22050)
 130             sample_rate1 = 22050;
 131         else if (sample_rate1 >= 16000)
 132             sample_rate1 = 16000;
 133         else if (sample_rate1 >= 11025)
 134             sample_rate1 = 11025;
 135         else if (sample_rate1 >= 8000)
 136             sample_rate1 = 8000;
 137     }
 138
 139     bps                 = (float) avctx->bit_rate /
 140                           (float) (avctx->channels * avctx->sample_rate);
 141     s->byte_offset_bits = av_log2((int) (bps * s->frame_len / 8.0 + 0.5)) + 2;
 142     if (s->byte_offset_bits + 3 > MIN_CACHE_BITS) {
 143         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "byte_offset_bits %d is too large\n", s->byte_offset_bits);
 144         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 145     }
 146
 147     /* compute high frequency value and choose if noise coding should
 148      * be activated */
 149     bps1 = bps;
 150     if (avctx->channels == 2)
 151         bps1 = bps * 1.6;
 152     if (sample_rate1 == 44100) {
 153         if (bps1 >= 0.61)
 154             s->use_noise_coding = 0;
 155         else
 156             high_freq = high_freq * 0.4;
 157     } else if (sample_rate1 == 22050) {
 158         if (bps1 >= 1.16)
 159             s->use_noise_coding = 0;
 160         else if (bps1 >= 0.72)
 161             high_freq = high_freq * 0.7;
 162         else
 163             high_freq = high_freq * 0.6;
 164     } else if (sample_rate1 == 16000) {
 165         if (bps > 0.5)
 166             high_freq = high_freq * 0.5;
 167         else
 168             high_freq = high_freq * 0.3;
 169     } else if (sample_rate1 == 11025)
 170         high_freq = high_freq * 0.7;
 171     else if (sample_rate1 == 8000) {
 172         if (bps <= 0.625)
 173             high_freq = high_freq * 0.5;
 174         else if (bps > 0.75)
 175             s->use_noise_coding = 0;
 176         else
 177             high_freq = high_freq * 0.65;
 178     } else {
 179         if (bps >= 0.8)
 180             high_freq = high_freq * 0.75;
 181         else if (bps >= 0.6)
 182             high_freq = high_freq * 0.6;
 183         else
 184             high_freq = high_freq * 0.5;
 185     }
 186     av_dlog(s->avctx, "flags2=0x%x\n", flags2);
 187     av_dlog(s->avctx, "version=%d channels=%d sample_rate=%d bitrate=%d block_align=%d\n",
 188             s->version, avctx->channels, avctx->sample_rate, avctx->bit_rate,
 189             avctx->block_align);
 190     av_dlog(s->avctx, "bps=%f bps1=%f high_freq=%f bitoffset=%d\n",
 191             bps, bps1, high_freq, s->byte_offset_bits);
 192     av_dlog(s->avctx, "use_noise_coding=%d use_exp_vlc=%d nb_block_sizes=%d\n",
 193             s->use_noise_coding, s->use_exp_vlc, s->nb_block_sizes);
 194
 195     /* compute the scale factor band sizes for each MDCT block size */
 196     {
 197         int a, b, pos, lpos, k, block_len, i, j, n;
 198         const uint8_t *table;
 199
 200         if (s->version == 1)
 201             s->coefs_start = 3;
 202         else
 203             s->coefs_start = 0;
 204         for (k = 0; k < s->nb_block_sizes; k++) {
 205             block_len = s->frame_len >> k;
 206
 207             if (s->version == 1) {
 208                 lpos = 0;
 209                 for (i = 0; i < 25; i++) {
 210                     a   = ff_wma_critical_freqs[i];
 211                     b   = avctx->sample_rate;
 212                     pos = ((block_len * 2 * a) + (b >> 1)) / b;
 213                     if (pos > block_len)
 214                         pos = block_len;
 215                     s->exponent_bands[0][i] = pos - lpos;
 216                     if (pos >= block_len) {
 217                         i++;
 218                         break;
 219                     }
 220                     lpos = pos;
 221                 }
 222                 s->exponent_sizes[0] = i;
 223             } else {
 224                 /* hardcoded tables */
 225                 table = NULL;
 226                 a     = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS - k;
 227                 if (a < 3) {
 228                     if (avctx->sample_rate >= 44100)
 229                         table = exponent_band_44100[a];
 230                     else if (avctx->sample_rate >= 32000)
 231                         table = exponent_band_32000[a];
 232                     else if (avctx->sample_rate >= 22050)
 233                         table = exponent_band_22050[a];
 234                 }
 235                 if (table) {
 236                     n = *table++;
 237                     for (i = 0; i < n; i++)
 238                         s->exponent_bands[k][i] = table[i];
 239                     s->exponent_sizes[k] = n;
 240                 } else {
 241                     j    = 0;
 242                     lpos = 0;
 243                     for (i = 0; i < 25; i++) {
 244                         a     = ff_wma_critical_freqs[i];
 245                         b     = avctx->sample_rate;
 246                         pos   = ((block_len * 2 * a) + (b << 1)) / (4 * b);
 247                         pos <<= 2;
 248                         if (pos > block_len)
 249                             pos = block_len;
 250                         if (pos > lpos)
 251                             s->exponent_bands[k][j++] = pos - lpos;
 252                         if (pos >= block_len)
 253                             break;
 254                         lpos = pos;
 255                     }
 256                     s->exponent_sizes[k] = j;
 257                 }
 258             }
 259
 260             /* max number of coefs */
 261             s->coefs_end[k] = (s->frame_len - ((s->frame_len * 9) / 100)) >> k;
 262             /* high freq computation */
 263             s->high_band_start[k] = (int) ((block_len * 2 * high_freq) /
 264                                            avctx->sample_rate + 0.5);
 265             n   = s->exponent_sizes[k];
 266             j   = 0;
 267             pos = 0;
 268             for (i = 0; i < n; i++) {
 269                 int start, end;
 270                 start = pos;
 271                 pos  += s->exponent_bands[k][i];
 272                 end   = pos;
 273                 if (start < s->high_band_start[k])
 274                     start = s->high_band_start[k];
 275                 if (end > s->coefs_end[k])
 276                     end = s->coefs_end[k];
 277                 if (end > start)
 278                     s->exponent_high_bands[k][j++] = end - start;
 279             }
 280             s->exponent_high_sizes[k] = j;
 281 #if 0
 282             tprintf(s->avctx, "%5d: coefs_end=%d high_band_start=%d nb_high_bands=%d: ",
 283                     s->frame_len >> k,
 284                     s->coefs_end[k],
 285                     s->high_band_start[k],
 286                     s->exponent_high_sizes[k]);
 287             for (j = 0; j < s->exponent_high_sizes[k]; j++)
 288                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_high_bands[k][j]);
 289             tprintf(s->avctx, "\n");
 290 #endif /* 0 */
 291         }
 292     }
 293
 294 #ifdef TRACE
 295     {
 296         int i, j;
 297         for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 298             tprintf(s->avctx, "%5d: n=%2d:",
 299                     s->frame_len >> i,
 300                     s->exponent_sizes[i]);
 301             for (j = 0; j < s->exponent_sizes[i]; j++)
 302                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_bands[i][j]);
 303             tprintf(s->avctx, "\n");
 304         }
 305     }
 306 #endif /* TRACE */
 307
 308     /* init MDCT windows : simple sine window */
 309     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 310         ff_init_ff_sine_windows(s->frame_len_bits - i);
 311         s->windows[i] = ff_sine_windows[s->frame_len_bits - i];
 312     }
 313
 314     s->reset_block_lengths = 1;
 315
 316     if (s->use_noise_coding) {
 317         /* init the noise generator */
 318         if (s->use_exp_vlc)
 319             s->noise_mult = 0.02;
 320         else
 321             s->noise_mult = 0.04;
 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 /* TRACE */
 338     }
 339
 340     s->fdsp = avpriv_float_dsp_alloc(avctx->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT);
 341     if (!s->fdsp)
 342         return AVERROR(ENOMEM);
 343
 344     /* choose the VLC tables for the coefficients */
 345     coef_vlc_table = 2;
 346     if (avctx->sample_rate >= 32000) {
 347         if (bps1 < 0.72)
 348             coef_vlc_table = 0;
 349         else if (bps1 < 1.16)
 350             coef_vlc_table = 1;
 351     }
 352     s->coef_vlcs[0] = &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2];
 353     s->coef_vlcs[1] = &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2 + 1];
 354     ret = init_coef_vlc(&s->coef_vlc[0], &s->run_table[0], &s->level_table[0],
 355                         &s->int_table[0], s->coef_vlcs[0]);
 356     if (ret < 0)
 357         return ret;
 358
 359     return init_coef_vlc(&s->coef_vlc[1], &s->run_table[1], &s->level_table[1],
 360                          &s->int_table[1], s->coef_vlcs[1]);
 361 }
 362
 363 int ff_wma_total_gain_to_bits(int total_gain)
 364 {
 365     if (total_gain < 15)
 366         return 13;
 367     else if (total_gain < 32)
 368         return 12;
 369     else if (total_gain < 40)
 370         return 11;
 371     else if (total_gain < 45)
 372         return 10;
 373     else
 374         return  9;
 375 }
 376
 377 int ff_wma_end(AVCodecContext *avctx)
 378 {
 379     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 380     int i;
 381
 382     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
 383         ff_mdct_end(&s->mdct_ctx[i]);
 384
 385     if (s->use_exp_vlc)
 386         ff_free_vlc(&s->exp_vlc);
 387     if (s->use_noise_coding)
 388         ff_free_vlc(&s->hgain_vlc);
 389     for (i = 0; i < 2; i++) {
 390         ff_free_vlc(&s->coef_vlc[i]);
 391         av_freep(&s->run_table[i]);
 392         av_freep(&s->level_table[i]);
 393         av_freep(&s->int_table[i]);
 394     }
 395     av_freep(&s->fdsp);
 396
 397     return 0;
 398 }
 399
 400 /**
 401  * Decode an uncompressed coefficient.
 402  * @param gb GetBitContext
 403  * @return the decoded coefficient
 404  */
 405 unsigned int ff_wma_get_large_val(GetBitContext *gb)
 406 {
 407     /** consumes up to 34 bits */
 408     int n_bits = 8;
 409     /** decode length */
 410     if (get_bits1(gb)) {
 411         n_bits += 8;
 412         if (get_bits1(gb)) {
 413             n_bits += 8;
 414             if (get_bits1(gb))
 415                 n_bits += 7;
 416         }
 417     }
 418     return get_bits_long(gb, n_bits);
 419 }
 420
 421 /**
 422  * Decode run level compressed coefficients.
 423  * @param avctx codec context
 424  * @param gb bitstream reader context
 425  * @param vlc vlc table for get_vlc2
 426  * @param level_table level codes
 427  * @param run_table run codes
 428  * @param version 0 for wma1,2 1 for wmapro
 429  * @param ptr output buffer
 430  * @param offset offset in the output buffer
 431  * @param num_coefs number of input coefficents
 432  * @param block_len input buffer length (2^n)
 433  * @param frame_len_bits number of bits for escaped run codes
 434  * @param coef_nb_bits number of bits for escaped level codes
 435  * @return 0 on success, -1 otherwise
 436  */
 437 int ff_wma_run_level_decode(AVCodecContext *avctx, GetBitContext *gb,
 438                             VLC *vlc, const float *level_table,
 439                             const uint16_t *run_table, int version,
 440                             WMACoef *ptr, int offset, int num_coefs,
 441                             int block_len, int frame_len_bits,
 442                             int coef_nb_bits)
 443 {
 444     int code, level, sign;
 445     const uint32_t *ilvl = (const uint32_t *) level_table;
 446     uint32_t *iptr = (uint32_t *) ptr;
 447     const unsigned int coef_mask = block_len - 1;
 448     for (; offset < num_coefs; offset++) {
 449         code = get_vlc2(gb, vlc->table, VLCBITS, VLCMAX);
 450         if (code > 1) {
 451             /** normal code */
 452             offset                  += run_table[code];
 453             sign                     = get_bits1(gb) - 1;
 454             iptr[offset & coef_mask] = ilvl[code] ^ (sign & 0x80000000);
 455         } else if (code == 1) {
 456             /** EOB */
 457             break;
 458         } else {
 459             /** escape */
 460             if (!version) {
 461                 level = get_bits(gb, coef_nb_bits);
 462                 /** NOTE: this is rather suboptimal. reading
 463                  *  block_len_bits would be better */
 464                 offset += get_bits(gb, frame_len_bits);
 465             } else {
 466                 level = ff_wma_get_large_val(gb);
 467                 /** escape decode */
 468                 if (get_bits1(gb)) {
 469                     if (get_bits1(gb)) {
 470                         if (get_bits1(gb)) {
 471                             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 472                                    "broken escape sequence\n");
 473                             return -1;
 474                         } else
 475                             offset += get_bits(gb, frame_len_bits) + 4;
 476                     } else
 477                         offset += get_bits(gb, 2) + 1;
 478                 }
 479             }
 480             sign                    = get_bits1(gb) - 1;
 481             ptr[offset & coef_mask] = (level ^ sign) - sign;
 482         }
 483     }
 484     /** NOTE: EOB can be omitted */
 485     if (offset > num_coefs) {
 486         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 487                "overflow (%d > %d) in spectral RLE, ignoring\n",
 488                offset,
 489                num_coefs
 490               );
 491         return -1;
 492     }
 493
 494     return 0;
 495 }