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 "avcodec.h"
  23 #include "sinewin.h"
  24 #include "wma.h"
  25 #include "wmadata.h"
  26
  27 #undef NDEBUG
  28 #include <assert.h>
  29
  30 /* XXX: use same run/length optimization as mpeg decoders */
  31 //FIXME maybe split decode / encode or pass flag
  32 static void init_coef_vlc(VLC *vlc, uint16_t **prun_table,
  33                           float **plevel_table, uint16_t **pint_table,
  34                           const CoefVLCTable *vlc_table)
  35 {
  36     int n = vlc_table->n;
  37     const uint8_t  *table_bits   = vlc_table->huffbits;
  38     const uint32_t *table_codes  = vlc_table->huffcodes;
  39     const uint16_t *levels_table = vlc_table->levels;
  40     uint16_t *run_table, *level_table, *int_table;
  41     float *flevel_table;
  42     int i, l, j, k, level;
  43
  44     init_vlc(vlc, VLCBITS, n, table_bits, 1, 1, table_codes, 4, 4, 0);
  45
  46     run_table   = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
  47     level_table = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
  48     flevel_table= av_malloc(n * sizeof(*flevel_table));
  49     int_table   = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
  50     i = 2;
  51     level = 1;
  52     k = 0;
  53     while (i < n) {
  54         int_table[k] = i;
  55         l = levels_table[k++];
  56         for (j = 0; j < l; j++) {
  57             run_table[i]   = j;
  58             level_table[i] = level;
  59             flevel_table[i]= level;
  60             i++;
  61         }
  62         level++;
  63     }
  64     *prun_table   = run_table;
  65     *plevel_table = flevel_table;
  66     *pint_table   = int_table;
  67     av_free(level_table);
  68 }
  69
  70 /**
  71  *@brief Get the samples per frame for this stream.
  72  *@param sample_rate output sample_rate
  73  *@param version wma version
  74  *@param decode_flags codec compression features
  75  *@return log2 of the number of output samples per frame
  76  */
  77 int av_cold ff_wma_get_frame_len_bits(int sample_rate, int version,
  78                                       unsigned int decode_flags)
  79 {
  80
  81     int frame_len_bits;
  82
  83     if (sample_rate <= 16000) {
  84         frame_len_bits = 9;
  85     } else if (sample_rate <= 22050 ||
  86              (sample_rate <= 32000 && version == 1)) {
  87         frame_len_bits = 10;
  88     } else if (sample_rate <= 48000) {
  89         frame_len_bits = 11;
  90     } else if (sample_rate <= 96000) {
  91         frame_len_bits = 12;
  92     } else {
  93         frame_len_bits = 13;
  94     }
  95
  96     if (version == 3) {
  97         int tmp = decode_flags & 0x6;
  98         if (tmp == 0x2) {
  99             ++frame_len_bits;
 100         } else if (tmp == 0x4) {
 101             --frame_len_bits;
 102         } else if (tmp == 0x6) {
 103             frame_len_bits -= 2;
 104         }
 105     }
 106
 107     return frame_len_bits;
 108 }
 109
 110 int ff_wma_init(AVCodecContext *avctx, int flags2)
 111 {
 112     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 113     int i;
 114     float bps1, high_freq;
 115     volatile float bps;
 116     int sample_rate1;
 117     int coef_vlc_table;
 118
 119     if (   avctx->sample_rate <= 0 || avctx->sample_rate > 50000
 120         || avctx->channels    <= 0 || avctx->channels    > 8
 121         || avctx->bit_rate    <= 0)
 122         return -1;
 123
 124     s->sample_rate = avctx->sample_rate;
 125     s->nb_channels = avctx->channels;
 126     s->bit_rate    = avctx->bit_rate;
 127     s->block_align = avctx->block_align;
 128
 129     dsputil_init(&s->dsp, avctx);
 130     ff_fmt_convert_init(&s->fmt_conv, avctx);
 131
 132     if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV1) {
 133         s->version = 1;
 134     } else {
 135         s->version = 2;
 136     }
 137
 138     /* compute MDCT block size */
 139     s->frame_len_bits = ff_wma_get_frame_len_bits(s->sample_rate, s->version, 0);
 140
 141     s->frame_len = 1 << s->frame_len_bits;
 142     if (s->use_variable_block_len) {
 143         int nb_max, nb;
 144         nb = ((flags2 >> 3) & 3) + 1;
 145         if ((s->bit_rate / s->nb_channels) >= 32000)
 146             nb += 2;
 147         nb_max = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS;
 148         if (nb > nb_max)
 149             nb = nb_max;
 150         s->nb_block_sizes = nb + 1;
 151     } else {
 152         s->nb_block_sizes = 1;
 153     }
 154
 155     /* init rate dependent parameters */
 156     s->use_noise_coding = 1;
 157     high_freq = s->sample_rate * 0.5;
 158
 159     /* if version 2, then the rates are normalized */
 160     sample_rate1 = s->sample_rate;
 161     if (s->version == 2) {
 162         if (sample_rate1 >= 44100) {
 163             sample_rate1 = 44100;
 164         } else if (sample_rate1 >= 22050) {
 165             sample_rate1 = 22050;
 166         } else if (sample_rate1 >= 16000) {
 167             sample_rate1 = 16000;
 168         } else if (sample_rate1 >= 11025) {
 169             sample_rate1 = 11025;
 170         } else if (sample_rate1 >= 8000) {
 171             sample_rate1 = 8000;
 172         }
 173     }
 174
 175     bps = (float)s->bit_rate / (float)(s->nb_channels * s->sample_rate);
 176     s->byte_offset_bits = av_log2((int)(bps * s->frame_len / 8.0 + 0.5)) + 2;
 177
 178     /* compute high frequency value and choose if noise coding should
 179        be activated */
 180     bps1 = bps;
 181     if (s->nb_channels == 2)
 182         bps1 = bps * 1.6;
 183     if (sample_rate1 == 44100) {
 184         if (bps1 >= 0.61) {
 185             s->use_noise_coding = 0;
 186         } else {
 187             high_freq = high_freq * 0.4;
 188         }
 189     } else if (sample_rate1 == 22050) {
 190         if (bps1 >= 1.16) {
 191             s->use_noise_coding = 0;
 192         } else if (bps1 >= 0.72) {
 193             high_freq = high_freq * 0.7;
 194         } else {
 195             high_freq = high_freq * 0.6;
 196         }
 197     } else if (sample_rate1 == 16000) {
 198         if (bps > 0.5) {
 199             high_freq = high_freq * 0.5;
 200         } else {
 201             high_freq = high_freq * 0.3;
 202         }
 203     } else if (sample_rate1 == 11025) {
 204         high_freq = high_freq * 0.7;
 205     } else if (sample_rate1 == 8000) {
 206         if (bps <= 0.625) {
 207             high_freq = high_freq * 0.5;
 208         } else if (bps > 0.75) {
 209             s->use_noise_coding = 0;
 210         } else {
 211             high_freq = high_freq * 0.65;
 212         }
 213     } else {
 214         if (bps >= 0.8) {
 215             high_freq = high_freq * 0.75;
 216         } else if (bps >= 0.6) {
 217             high_freq = high_freq * 0.6;
 218         } else {
 219             high_freq = high_freq * 0.5;
 220         }
 221     }
 222     av_dlog(s->avctx, "flags2=0x%x\n", flags2);
 223     av_dlog(s->avctx, "version=%d channels=%d sample_rate=%d bitrate=%d block_align=%d\n",
 224             s->version, s->nb_channels, s->sample_rate, s->bit_rate,
 225             s->block_align);
 226     av_dlog(s->avctx, "bps=%f bps1=%f high_freq=%f bitoffset=%d\n",
 227             bps, bps1, high_freq, s->byte_offset_bits);
 228     av_dlog(s->avctx, "use_noise_coding=%d use_exp_vlc=%d nb_block_sizes=%d\n",
 229             s->use_noise_coding, s->use_exp_vlc, s->nb_block_sizes);
 230
 231     /* compute the scale factor band sizes for each MDCT block size */
 232     {
 233         int a, b, pos, lpos, k, block_len, i, j, n;
 234         const uint8_t *table;
 235
 236         if (s->version == 1) {
 237             s->coefs_start = 3;
 238         } else {
 239             s->coefs_start = 0;
 240         }
 241         for (k = 0; k < s->nb_block_sizes; k++) {
 242             block_len = s->frame_len >> k;
 243
 244             if (s->version == 1) {
 245                 lpos = 0;
 246                 for (i = 0; i < 25; i++) {
 247                     a = ff_wma_critical_freqs[i];
 248                     b = s->sample_rate;
 249                     pos = ((block_len * 2 * a) + (b >> 1)) / b;
 250                     if (pos > block_len)
 251                         pos = block_len;
 252                     s->exponent_bands[0][i] = pos - lpos;
 253                     if (pos >= block_len) {
 254                         i++;
 255                         break;
 256                     }
 257                     lpos = pos;
 258                 }
 259                 s->exponent_sizes[0] = i;
 260             } else {
 261                 /* hardcoded tables */
 262                 table = NULL;
 263                 a = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS - k;
 264                 if (a < 3) {
 265                     if (s->sample_rate >= 44100) {
 266                         table = exponent_band_44100[a];
 267                     } else if (s->sample_rate >= 32000) {
 268                         table = exponent_band_32000[a];
 269                     } else if (s->sample_rate >= 22050) {
 270                         table = exponent_band_22050[a];
 271                     }
 272                 }
 273                 if (table) {
 274                     n = *table++;
 275                     for (i = 0; i < n; i++)
 276                         s->exponent_bands[k][i] = table[i];
 277                     s->exponent_sizes[k] = n;
 278                 } else {
 279                     j = 0;
 280                     lpos = 0;
 281                     for (i = 0; i < 25; i++) {
 282                         a = ff_wma_critical_freqs[i];
 283                         b = s->sample_rate;
 284                         pos = ((block_len * 2 * a) + (b << 1)) / (4 * b);
 285                         pos <<= 2;
 286                         if (pos > block_len)
 287                             pos = block_len;
 288                         if (pos > lpos)
 289                             s->exponent_bands[k][j++] = pos - lpos;
 290                         if (pos >= block_len)
 291                             break;
 292                         lpos = pos;
 293                     }
 294                     s->exponent_sizes[k] = j;
 295                 }
 296             }
 297
 298             /* max number of coefs */
 299             s->coefs_end[k] = (s->frame_len - ((s->frame_len * 9) / 100)) >> k;
 300             /* high freq computation */
 301             s->high_band_start[k] = (int)((block_len * 2 * high_freq) /
 302                                           s->sample_rate + 0.5);
 303             n = s->exponent_sizes[k];
 304             j = 0;
 305             pos = 0;
 306             for (i = 0; i < n; i++) {
 307                 int start, end;
 308                 start = pos;
 309                 pos += s->exponent_bands[k][i];
 310                 end = pos;
 311                 if (start < s->high_band_start[k])
 312                     start = s->high_band_start[k];
 313                 if (end > s->coefs_end[k])
 314                     end = s->coefs_end[k];
 315                 if (end > start)
 316                     s->exponent_high_bands[k][j++] = end - start;
 317             }
 318             s->exponent_high_sizes[k] = j;
 319 #if 0
 320             tprintf(s->avctx, "%5d: coefs_end=%d high_band_start=%d nb_high_bands=%d: ",
 321                     s->frame_len >> k,
 322                     s->coefs_end[k],
 323                     s->high_band_start[k],
 324                     s->exponent_high_sizes[k]);
 325             for (j = 0; j < s->exponent_high_sizes[k]; j++)
 326                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_high_bands[k][j]);
 327             tprintf(s->avctx, "\n");
 328 #endif
 329         }
 330     }
 331
 332 #ifdef TRACE
 333     {
 334         int i, j;
 335         for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 336             tprintf(s->avctx, "%5d: n=%2d:",
 337                     s->frame_len >> i,
 338                     s->exponent_sizes[i]);
 339             for (j = 0; j < s->exponent_sizes[i]; j++)
 340                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_bands[i][j]);
 341             tprintf(s->avctx, "\n");
 342         }
 343     }
 344 #endif
 345
 346     /* init MDCT windows : simple sinus window */
 347     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 348         ff_init_ff_sine_windows(s->frame_len_bits - i);
 349         s->windows[i] = ff_sine_windows[s->frame_len_bits - i];
 350     }
 351
 352     s->reset_block_lengths = 1;
 353
 354     if (s->use_noise_coding) {
 355
 356         /* init the noise generator */
 357         if (s->use_exp_vlc) {
 358             s->noise_mult = 0.02;
 359         } else {
 360             s->noise_mult = 0.04;
 361         }
 362
 363 #ifdef TRACE
 364         for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++)
 365             s->noise_table[i] = 1.0 * s->noise_mult;
 366 #else
 367         {
 368             unsigned int seed;
 369             float norm;
 370             seed = 1;
 371             norm = (1.0 / (float)(1LL << 31)) * sqrt(3) * s->noise_mult;
 372             for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++) {
 373                 seed = seed * 314159 + 1;
 374                 s->noise_table[i] = (float)((int)seed) * norm;
 375             }
 376         }
 377 #endif
 378     }
 379
 380     /* choose the VLC tables for the coefficients */
 381     coef_vlc_table = 2;
 382     if (s->sample_rate >= 32000) {
 383         if (bps1 < 0.72) {
 384             coef_vlc_table = 0;
 385         } else if (bps1 < 1.16) {
 386             coef_vlc_table = 1;
 387         }
 388     }
 389     s->coef_vlcs[0]= &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2    ];
 390     s->coef_vlcs[1]= &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2 + 1];
 391     init_coef_vlc(&s->coef_vlc[0], &s->run_table[0], &s->level_table[0], &s->int_table[0],
 392                   s->coef_vlcs[0]);
 393     init_coef_vlc(&s->coef_vlc[1], &s->run_table[1], &s->level_table[1], &s->int_table[1],
 394                   s->coef_vlcs[1]);
 395
 396     return 0;
 397 }
 398
 399 int ff_wma_total_gain_to_bits(int total_gain)
 400 {
 401          if (total_gain < 15) return 13;
 402     else if (total_gain < 32) return 12;
 403     else if (total_gain < 40) return 11;
 404     else if (total_gain < 45) return 10;
 405     else                      return  9;
 406 }
 407
 408 int ff_wma_end(AVCodecContext *avctx)
 409 {
 410     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 411     int i;
 412
 413     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
 414         ff_mdct_end(&s->mdct_ctx[i]);
 415
 416     if (s->use_exp_vlc) {
 417         free_vlc(&s->exp_vlc);
 418     }
 419     if (s->use_noise_coding) {
 420         free_vlc(&s->hgain_vlc);
 421     }
 422     for (i = 0; i < 2; i++) {
 423         free_vlc(&s->coef_vlc[i]);
 424         av_free(s->run_table[i]);
 425         av_free(s->level_table[i]);
 426         av_free(s->int_table[i]);
 427     }
 428
 429     return 0;
 430 }
 431
 432 /**
 433  * Decode an uncompressed coefficient.
 434  * @param gb GetBitContext
 435  * @return the decoded coefficient
 436  */
 437 unsigned int ff_wma_get_large_val(GetBitContext* gb)
 438 {
 439     /** consumes up to 34 bits */
 440     int n_bits = 8;
 441     /** decode length */
 442     if (get_bits1(gb)) {
 443         n_bits += 8;
 444         if (get_bits1(gb)) {
 445             n_bits += 8;
 446             if (get_bits1(gb)) {
 447                 n_bits += 7;
 448             }
 449         }
 450     }
 451     return get_bits_long(gb, n_bits);
 452 }
 453
 454 /**
 455  * Decode run level compressed coefficients.
 456  * @param avctx codec context
 457  * @param gb bitstream reader context
 458  * @param vlc vlc table for get_vlc2
 459  * @param level_table level codes
 460  * @param run_table run codes
 461  * @param version 0 for wma1,2 1 for wmapro
 462  * @param ptr output buffer
 463  * @param offset offset in the output buffer
 464  * @param num_coefs number of input coefficents
 465  * @param block_len input buffer length (2^n)
 466  * @param frame_len_bits number of bits for escaped run codes
 467  * @param coef_nb_bits number of bits for escaped level codes
 468  * @return 0 on success, -1 otherwise
 469  */
 470 int ff_wma_run_level_decode(AVCodecContext* avctx, GetBitContext* gb,
 471                             VLC *vlc,
 472                             const float *level_table, const uint16_t *run_table,
 473                             int version, WMACoef *ptr, int offset,
 474                             int num_coefs, int block_len, int frame_len_bits,
 475                             int coef_nb_bits)
 476 {
 477     int code, level, sign;
 478     const uint32_t *ilvl = (const uint32_t*)level_table;
 479     uint32_t *iptr = (uint32_t*)ptr;
 480     const unsigned int coef_mask = block_len - 1;
 481     for (; offset < num_coefs; offset++) {
 482         code = get_vlc2(gb, vlc->table, VLCBITS, VLCMAX);
 483         if (code > 1) {
 484             /** normal code */
 485             offset += run_table[code];
 486             sign = get_bits1(gb) - 1;
 487             iptr[offset & coef_mask] = ilvl[code] ^ sign<<31;
 488         } else if (code == 1) {
 489             /** EOB */
 490             break;
 491         } else {
 492             /** escape */
 493             if (!version) {
 494                 level = get_bits(gb, coef_nb_bits);
 495                 /** NOTE: this is rather suboptimal. reading
 496                     block_len_bits would be better */
 497                 offset += get_bits(gb, frame_len_bits);
 498             } else {
 499                 level = ff_wma_get_large_val(gb);
 500                 /** escape decode */
 501                 if (get_bits1(gb)) {
 502                     if (get_bits1(gb)) {
 503                         if (get_bits1(gb)) {
 504                             av_log(avctx,AV_LOG_ERROR,
 505                                 "broken escape sequence\n");
 506                             return -1;
 507                         } else
 508                             offset += get_bits(gb, frame_len_bits) + 4;
 509                     } else
 510                         offset += get_bits(gb, 2) + 1;
 511                 }
 512             }
 513             sign = get_bits1(gb) - 1;
 514             ptr[offset & coef_mask] = (level^sign) - sign;
 515         }
 516     }
 517     /** NOTE: EOB can be omitted */
 518     if (offset > num_coefs) {
 519         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "overflow in spectral RLE, ignoring\n");
 520         return -1;
 521     }
 522
 523     return 0;
 524 }
 525