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 "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(n * sizeof(uint16_t));
  51     level_table  = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
  52     flevel_table = av_malloc(n * sizeof(*flevel_table));
  53     int_table    = av_malloc(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     avpriv_float_dsp_init(&s->fdsp, avctx->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT);
  99
 100     if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_WMAV1)
 101         s->version = 1;
 102     else
 103         s->version = 2;
 104
 105     /* compute MDCT block size */
 106     s->frame_len_bits = ff_wma_get_frame_len_bits(avctx->sample_rate,
 107                                                   s->version, 0);
 108     s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 109     s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 110     s->block_len_bits      = s->frame_len_bits;
 111
 112     s->frame_len = 1 << s->frame_len_bits;
 113     if (s->use_variable_block_len) {
 114         int nb_max, nb;
 115         nb = ((flags2 >> 3) & 3) + 1;
 116         if ((avctx->bit_rate / avctx->channels) >= 32000)
 117             nb += 2;
 118         nb_max = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS;
 119         if (nb > nb_max)
 120             nb = nb_max;
 121         s->nb_block_sizes = nb + 1;
 122     } else
 123         s->nb_block_sizes = 1;
 124
 125     /* init rate dependent parameters */
 126     s->use_noise_coding = 1;
 127     high_freq           = avctx->sample_rate * 0.5;
 128
 129     /* if version 2, then the rates are normalized */
 130     sample_rate1 = avctx->sample_rate;
 131     if (s->version == 2) {
 132         if (sample_rate1 >= 44100)
 133             sample_rate1 = 44100;
 134         else if (sample_rate1 >= 22050)
 135             sample_rate1 = 22050;
 136         else if (sample_rate1 >= 16000)
 137             sample_rate1 = 16000;
 138         else if (sample_rate1 >= 11025)
 139             sample_rate1 = 11025;
 140         else if (sample_rate1 >= 8000)
 141             sample_rate1 = 8000;
 142     }
 143
 144     bps                 = (float) avctx->bit_rate /
 145                           (float) (avctx->channels * avctx->sample_rate);
 146     s->byte_offset_bits = av_log2((int) (bps * s->frame_len / 8.0 + 0.5)) + 2;
 147
 148     /* compute high frequency value and choose if noise coding should
 149      * be activated */
 150     bps1 = bps;
 151     if (avctx->channels == 2)
 152         bps1 = bps * 1.6;
 153     if (sample_rate1 == 44100) {
 154         if (bps1 >= 0.61)
 155             s->use_noise_coding = 0;
 156         else
 157             high_freq = high_freq * 0.4;
 158     } else if (sample_rate1 == 22050) {
 159         if (bps1 >= 1.16)
 160             s->use_noise_coding = 0;
 161         else if (bps1 >= 0.72)
 162             high_freq = high_freq * 0.7;
 163         else
 164             high_freq = high_freq * 0.6;
 165     } else if (sample_rate1 == 16000) {
 166         if (bps > 0.5)
 167             high_freq = high_freq * 0.5;
 168         else
 169             high_freq = high_freq * 0.3;
 170     } else if (sample_rate1 == 11025)
 171         high_freq = high_freq * 0.7;
 172     else if (sample_rate1 == 8000) {
 173         if (bps <= 0.625)
 174             high_freq = high_freq * 0.5;
 175         else if (bps > 0.75)
 176             s->use_noise_coding = 0;
 177         else
 178             high_freq = high_freq * 0.65;
 179     } else {
 180         if (bps >= 0.8)
 181             high_freq = high_freq * 0.75;
 182         else if (bps >= 0.6)
 183             high_freq = high_freq * 0.6;
 184         else
 185             high_freq = high_freq * 0.5;
 186     }
 187     av_dlog(s->avctx, "flags2=0x%x\n", flags2);
 188     av_dlog(s->avctx, "version=%d channels=%d sample_rate=%d bitrate=%d block_align=%d\n",
 189             s->version, avctx->channels, avctx->sample_rate, avctx->bit_rate,
 190             avctx->block_align);
 191     av_dlog(s->avctx, "bps=%f bps1=%f high_freq=%f bitoffset=%d\n",
 192             bps, bps1, high_freq, s->byte_offset_bits);
 193     av_dlog(s->avctx, "use_noise_coding=%d use_exp_vlc=%d nb_block_sizes=%d\n",
 194             s->use_noise_coding, s->use_exp_vlc, s->nb_block_sizes);
 195
 196     /* compute the scale factor band sizes for each MDCT block size */
 197     {
 198         int a, b, pos, lpos, k, block_len, i, j, n;
 199         const uint8_t *table;
 200
 201         if (s->version == 1)
 202             s->coefs_start = 3;
 203         else
 204             s->coefs_start = 0;
 205         for (k = 0; k < s->nb_block_sizes; k++) {
 206             block_len = s->frame_len >> k;
 207
 208             if (s->version == 1) {
 209                 lpos = 0;
 210                 for (i = 0; i < 25; i++) {
 211                     a   = ff_wma_critical_freqs[i];
 212                     b   = avctx->sample_rate;
 213                     pos = ((block_len * 2 * a) + (b >> 1)) / b;
 214                     if (pos > block_len)
 215                         pos = block_len;
 216                     s->exponent_bands[0][i] = pos - lpos;
 217                     if (pos >= block_len) {
 218                         i++;
 219                         break;
 220                     }
 221                     lpos = pos;
 222                 }
 223                 s->exponent_sizes[0] = i;
 224             } else {
 225                 /* hardcoded tables */
 226                 table = NULL;
 227                 a     = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS - k;
 228                 if (a < 3) {
 229                     if (avctx->sample_rate >= 44100)
 230                         table = exponent_band_44100[a];
 231                     else if (avctx->sample_rate >= 32000)
 232                         table = exponent_band_32000[a];
 233                     else if (avctx->sample_rate >= 22050)
 234                         table = exponent_band_22050[a];
 235                 }
 236                 if (table) {
 237                     n = *table++;
 238                     for (i = 0; i < n; i++)
 239                         s->exponent_bands[k][i] = table[i];
 240                     s->exponent_sizes[k] = n;
 241                 } else {
 242                     j    = 0;
 243                     lpos = 0;
 244                     for (i = 0; i < 25; i++) {
 245                         a     = ff_wma_critical_freqs[i];
 246                         b     = avctx->sample_rate;
 247                         pos   = ((block_len * 2 * a) + (b << 1)) / (4 * b);
 248                         pos <<= 2;
 249                         if (pos > block_len)
 250                             pos = block_len;
 251                         if (pos > lpos)
 252                             s->exponent_bands[k][j++] = pos - lpos;
 253                         if (pos >= block_len)
 254                             break;
 255                         lpos = pos;
 256                     }
 257                     s->exponent_sizes[k] = j;
 258                 }
 259             }
 260
 261             /* max number of coefs */
 262             s->coefs_end[k] = (s->frame_len - ((s->frame_len * 9) / 100)) >> k;
 263             /* high freq computation */
 264             s->high_band_start[k] = (int) ((block_len * 2 * high_freq) /
 265                                            avctx->sample_rate + 0.5);
 266             n   = s->exponent_sizes[k];
 267             j   = 0;
 268             pos = 0;
 269             for (i = 0; i < n; i++) {
 270                 int start, end;
 271                 start = pos;
 272                 pos  += s->exponent_bands[k][i];
 273                 end   = pos;
 274                 if (start < s->high_band_start[k])
 275                     start = s->high_band_start[k];
 276                 if (end > s->coefs_end[k])
 277                     end = s->coefs_end[k];
 278                 if (end > start)
 279                     s->exponent_high_bands[k][j++] = end - start;
 280             }
 281             s->exponent_high_sizes[k] = j;
 282 #if 0
 283             tprintf(s->avctx, "%5d: coefs_end=%d high_band_start=%d nb_high_bands=%d: ",
 284                     s->frame_len >> k,
 285                     s->coefs_end[k],
 286                     s->high_band_start[k],
 287                     s->exponent_high_sizes[k]);
 288             for (j = 0; j < s->exponent_high_sizes[k]; j++)
 289                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_high_bands[k][j]);
 290             tprintf(s->avctx, "\n");
 291 #endif /* 0 */
 292         }
 293     }
 294
 295 #ifdef TRACE
 296     {
 297         int i, j;
 298         for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 299             tprintf(s->avctx, "%5d: n=%2d:",
 300                     s->frame_len >> i,
 301                     s->exponent_sizes[i]);
 302             for (j = 0; j < s->exponent_sizes[i]; j++)
 303                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_bands[i][j]);
 304             tprintf(s->avctx, "\n");
 305         }
 306     }
 307 #endif /* TRACE */
 308
 309     /* init MDCT windows : simple sine window */
 310     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 311         ff_init_ff_sine_windows(s->frame_len_bits - i);
 312         s->windows[i] = ff_sine_windows[s->frame_len_bits - i];
 313     }
 314
 315     s->reset_block_lengths = 1;
 316
 317     if (s->use_noise_coding) {
 318         /* init the noise generator */
 319         if (s->use_exp_vlc)
 320             s->noise_mult = 0.02;
 321         else
 322             s->noise_mult = 0.04;
 323
 324 #ifdef TRACE
 325         for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++)
 326             s->noise_table[i] = 1.0 * s->noise_mult;
 327 #else
 328         {
 329             unsigned int seed;
 330             float norm;
 331             seed = 1;
 332             norm = (1.0 / (float) (1LL << 31)) * sqrt(3) * s->noise_mult;
 333             for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++) {
 334                 seed              = seed * 314159 + 1;
 335                 s->noise_table[i] = (float) ((int) seed) * norm;
 336             }
 337         }
 338 #endif /* TRACE */
 339     }
 340
 341     /* choose the VLC tables for the coefficients */
 342     coef_vlc_table = 2;
 343     if (avctx->sample_rate >= 32000) {
 344         if (bps1 < 0.72)
 345             coef_vlc_table = 0;
 346         else if (bps1 < 1.16)
 347             coef_vlc_table = 1;
 348     }
 349     s->coef_vlcs[0] = &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2];
 350     s->coef_vlcs[1] = &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2 + 1];
 351     ret = init_coef_vlc(&s->coef_vlc[0], &s->run_table[0], &s->level_table[0],
 352                         &s->int_table[0], s->coef_vlcs[0]);
 353     if (ret < 0)
 354         return ret;
 355
 356     return init_coef_vlc(&s->coef_vlc[1], &s->run_table[1], &s->level_table[1],
 357                          &s->int_table[1], s->coef_vlcs[1]);
 358 }
 359
 360 int ff_wma_total_gain_to_bits(int total_gain)
 361 {
 362     if (total_gain < 15)
 363         return 13;
 364     else if (total_gain < 32)
 365         return 12;
 366     else if (total_gain < 40)
 367         return 11;
 368     else if (total_gain < 45)
 369         return 10;
 370     else
 371         return  9;
 372 }
 373
 374 int ff_wma_end(AVCodecContext *avctx)
 375 {
 376     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 377     int i;
 378
 379     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
 380         ff_mdct_end(&s->mdct_ctx[i]);
 381
 382     if (s->use_exp_vlc)
 383         ff_free_vlc(&s->exp_vlc);
 384     if (s->use_noise_coding)
 385         ff_free_vlc(&s->hgain_vlc);
 386     for (i = 0; i < 2; i++) {
 387         ff_free_vlc(&s->coef_vlc[i]);
 388         av_free(s->run_table[i]);
 389         av_free(s->level_table[i]);
 390         av_free(s->int_table[i]);
 391     }
 392
 393     return 0;
 394 }
 395
 396 /**
 397  * Decode an uncompressed coefficient.
 398  * @param gb GetBitContext
 399  * @return the decoded coefficient
 400  */
 401 unsigned int ff_wma_get_large_val(GetBitContext *gb)
 402 {
 403     /** consumes up to 34 bits */
 404     int n_bits = 8;
 405     /** decode length */
 406     if (get_bits1(gb)) {
 407         n_bits += 8;
 408         if (get_bits1(gb)) {
 409             n_bits += 8;
 410             if (get_bits1(gb))
 411                 n_bits += 7;
 412         }
 413     }
 414     return get_bits_long(gb, n_bits);
 415 }
 416
 417 /**
 418  * Decode run level compressed coefficients.
 419  * @param avctx codec context
 420  * @param gb bitstream reader context
 421  * @param vlc vlc table for get_vlc2
 422  * @param level_table level codes
 423  * @param run_table run codes
 424  * @param version 0 for wma1,2 1 for wmapro
 425  * @param ptr output buffer
 426  * @param offset offset in the output buffer
 427  * @param num_coefs number of input coefficents
 428  * @param block_len input buffer length (2^n)
 429  * @param frame_len_bits number of bits for escaped run codes
 430  * @param coef_nb_bits number of bits for escaped level codes
 431  * @return 0 on success, -1 otherwise
 432  */
 433 int ff_wma_run_level_decode(AVCodecContext *avctx, GetBitContext *gb,
 434                             VLC *vlc, const float *level_table,
 435                             const uint16_t *run_table, int version,
 436                             WMACoef *ptr, int offset, int num_coefs,
 437                             int block_len, int frame_len_bits,
 438                             int coef_nb_bits)
 439 {
 440     int code, level, sign;
 441     const uint32_t *ilvl = (const uint32_t *) level_table;
 442     uint32_t *iptr = (uint32_t *) ptr;
 443     const unsigned int coef_mask = block_len - 1;
 444     for (; offset < num_coefs; offset++) {
 445         code = get_vlc2(gb, vlc->table, VLCBITS, VLCMAX);
 446         if (code > 1) {
 447             /** normal code */
 448             offset                  += run_table[code];
 449             sign                     = get_bits1(gb) - 1;
 450             iptr[offset & coef_mask] = ilvl[code] ^ sign << 31;
 451         } else if (code == 1) {
 452             /** EOB */
 453             break;
 454         } else {
 455             /** escape */
 456             if (!version) {
 457                 level = get_bits(gb, coef_nb_bits);
 458                 /** NOTE: this is rather suboptimal. reading
 459                  *  block_len_bits would be better */
 460                 offset += get_bits(gb, frame_len_bits);
 461             } else {
 462                 level = ff_wma_get_large_val(gb);
 463                 /** escape decode */
 464                 if (get_bits1(gb)) {
 465                     if (get_bits1(gb)) {
 466                         if (get_bits1(gb)) {
 467                             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 468                                    "broken escape sequence\n");
 469                             return -1;
 470                         } else
 471                             offset += get_bits(gb, frame_len_bits) + 4;
 472                     } else
 473                         offset += get_bits(gb, 2) + 1;
 474                 }
 475             }
 476             sign                    = get_bits1(gb) - 1;
 477             ptr[offset & coef_mask] = (level ^ sign) - sign;
 478         }
 479     }
 480     /** NOTE: EOB can be omitted */
 481     if (offset > num_coefs) {
 482         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "overflow in spectral RLE, ignoring\n");
 483         return -1;
 484     }
 485
 486     return 0;
 487 }