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 void 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     i            = 2;
  55     level        = 1;
  56     k            = 0;
  57     while (i < n) {
  58         int_table[k] = i;
  59         l            = levels_table[k++];
  60         for (j = 0; j < l; j++) {
  61             run_table[i]    = j;
  62             level_table[i]  = level;
  63             flevel_table[i] = level;
  64             i++;
  65         }
  66         level++;
  67     }
  68     *prun_table   = run_table;
  69     *plevel_table = flevel_table;
  70     *pint_table   = int_table;
  71     av_free(level_table);
  72 }
  73
  74 av_cold int ff_wma_init(AVCodecContext *avctx, int flags2)
  75 {
  76     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
  77     int i;
  78     float bps1, high_freq;
  79     volatile float bps;
  80     int sample_rate1;
  81     int coef_vlc_table;
  82
  83     if (avctx->sample_rate <= 0 || avctx->sample_rate > 50000 ||
  84         avctx->channels    <= 0 || avctx->channels    > 2     ||
  85         avctx->bit_rate    <= 0)
  86         return -1;
  87
  88     ff_fmt_convert_init(&s->fmt_conv, avctx);
  89     avpriv_float_dsp_init(&s->fdsp, avctx->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT);
  90
  91     if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_WMAV1)
  92         s->version = 1;
  93     else
  94         s->version = 2;
  95
  96     /* compute MDCT block size */
  97     s->frame_len_bits = ff_wma_get_frame_len_bits(avctx->sample_rate,
  98                                                   s->version, 0);
  99     s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 100     s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 101     s->block_len_bits      = s->frame_len_bits;
 102
 103     s->frame_len = 1 << s->frame_len_bits;
 104     if (s->use_variable_block_len) {
 105         int nb_max, nb;
 106         nb = ((flags2 >> 3) & 3) + 1;
 107         if ((avctx->bit_rate / avctx->channels) >= 32000)
 108             nb += 2;
 109         nb_max = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS;
 110         if (nb > nb_max)
 111             nb = nb_max;
 112         s->nb_block_sizes = nb + 1;
 113     } else
 114         s->nb_block_sizes = 1;
 115
 116     /* init rate dependent parameters */
 117     s->use_noise_coding = 1;
 118     high_freq           = avctx->sample_rate * 0.5;
 119
 120     /* if version 2, then the rates are normalized */
 121     sample_rate1 = avctx->sample_rate;
 122     if (s->version == 2) {
 123         if (sample_rate1 >= 44100)
 124             sample_rate1 = 44100;
 125         else if (sample_rate1 >= 22050)
 126             sample_rate1 = 22050;
 127         else if (sample_rate1 >= 16000)
 128             sample_rate1 = 16000;
 129         else if (sample_rate1 >= 11025)
 130             sample_rate1 = 11025;
 131         else if (sample_rate1 >= 8000)
 132             sample_rate1 = 8000;
 133     }
 134
 135     bps                 = (float) avctx->bit_rate /
 136                           (float) (avctx->channels * avctx->sample_rate);
 137     s->byte_offset_bits = av_log2((int) (bps * s->frame_len / 8.0 + 0.5)) + 2;
 138
 139     /* compute high frequency value and choose if noise coding should
 140      * be activated */
 141     bps1 = bps;
 142     if (avctx->channels == 2)
 143         bps1 = bps * 1.6;
 144     if (sample_rate1 == 44100) {
 145         if (bps1 >= 0.61)
 146             s->use_noise_coding = 0;
 147         else
 148             high_freq = high_freq * 0.4;
 149     } else if (sample_rate1 == 22050) {
 150         if (bps1 >= 1.16)
 151             s->use_noise_coding = 0;
 152         else if (bps1 >= 0.72)
 153             high_freq = high_freq * 0.7;
 154         else
 155             high_freq = high_freq * 0.6;
 156     } else if (sample_rate1 == 16000) {
 157         if (bps > 0.5)
 158             high_freq = high_freq * 0.5;
 159         else
 160             high_freq = high_freq * 0.3;
 161     } else if (sample_rate1 == 11025)
 162         high_freq = high_freq * 0.7;
 163     else if (sample_rate1 == 8000) {
 164         if (bps <= 0.625)
 165             high_freq = high_freq * 0.5;
 166         else if (bps > 0.75)
 167             s->use_noise_coding = 0;
 168         else
 169             high_freq = high_freq * 0.65;
 170     } else {
 171         if (bps >= 0.8)
 172             high_freq = high_freq * 0.75;
 173         else if (bps >= 0.6)
 174             high_freq = high_freq * 0.6;
 175         else
 176             high_freq = high_freq * 0.5;
 177     }
 178     av_dlog(s->avctx, "flags2=0x%x\n", flags2);
 179     av_dlog(s->avctx, "version=%d channels=%d sample_rate=%d bitrate=%d block_align=%d\n",
 180             s->version, avctx->channels, avctx->sample_rate, avctx->bit_rate,
 181             avctx->block_align);
 182     av_dlog(s->avctx, "bps=%f bps1=%f high_freq=%f bitoffset=%d\n",
 183             bps, bps1, high_freq, s->byte_offset_bits);
 184     av_dlog(s->avctx, "use_noise_coding=%d use_exp_vlc=%d nb_block_sizes=%d\n",
 185             s->use_noise_coding, s->use_exp_vlc, s->nb_block_sizes);
 186
 187     /* compute the scale factor band sizes for each MDCT block size */
 188     {
 189         int a, b, pos, lpos, k, block_len, i, j, n;
 190         const uint8_t *table;
 191
 192         if (s->version == 1)
 193             s->coefs_start = 3;
 194         else
 195             s->coefs_start = 0;
 196         for (k = 0; k < s->nb_block_sizes; k++) {
 197             block_len = s->frame_len >> k;
 198
 199             if (s->version == 1) {
 200                 lpos = 0;
 201                 for (i = 0; i < 25; i++) {
 202                     a   = ff_wma_critical_freqs[i];
 203                     b   = avctx->sample_rate;
 204                     pos = ((block_len * 2 * a) + (b >> 1)) / b;
 205                     if (pos > block_len)
 206                         pos = block_len;
 207                     s->exponent_bands[0][i] = pos - lpos;
 208                     if (pos >= block_len) {
 209                         i++;
 210                         break;
 211                     }
 212                     lpos = pos;
 213                 }
 214                 s->exponent_sizes[0] = i;
 215             } else {
 216                 /* hardcoded tables */
 217                 table = NULL;
 218                 a     = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS - k;
 219                 if (a < 3) {
 220                     if (avctx->sample_rate >= 44100)
 221                         table = exponent_band_44100[a];
 222                     else if (avctx->sample_rate >= 32000)
 223                         table = exponent_band_32000[a];
 224                     else if (avctx->sample_rate >= 22050)
 225                         table = exponent_band_22050[a];
 226                 }
 227                 if (table) {
 228                     n = *table++;
 229                     for (i = 0; i < n; i++)
 230                         s->exponent_bands[k][i] = table[i];
 231                     s->exponent_sizes[k] = n;
 232                 } else {
 233                     j    = 0;
 234                     lpos = 0;
 235                     for (i = 0; i < 25; i++) {
 236                         a     = ff_wma_critical_freqs[i];
 237                         b     = avctx->sample_rate;
 238                         pos   = ((block_len * 2 * a) + (b << 1)) / (4 * b);
 239                         pos <<= 2;
 240                         if (pos > block_len)
 241                             pos = block_len;
 242                         if (pos > lpos)
 243                             s->exponent_bands[k][j++] = pos - lpos;
 244                         if (pos >= block_len)
 245                             break;
 246                         lpos = pos;
 247                     }
 248                     s->exponent_sizes[k] = j;
 249                 }
 250             }
 251
 252             /* max number of coefs */
 253             s->coefs_end[k] = (s->frame_len - ((s->frame_len * 9) / 100)) >> k;
 254             /* high freq computation */
 255             s->high_band_start[k] = (int) ((block_len * 2 * high_freq) /
 256                                            avctx->sample_rate + 0.5);
 257             n   = s->exponent_sizes[k];
 258             j   = 0;
 259             pos = 0;
 260             for (i = 0; i < n; i++) {
 261                 int start, end;
 262                 start = pos;
 263                 pos  += s->exponent_bands[k][i];
 264                 end   = pos;
 265                 if (start < s->high_band_start[k])
 266                     start = s->high_band_start[k];
 267                 if (end > s->coefs_end[k])
 268                     end = s->coefs_end[k];
 269                 if (end > start)
 270                     s->exponent_high_bands[k][j++] = end - start;
 271             }
 272             s->exponent_high_sizes[k] = j;
 273 #if 0
 274             tprintf(s->avctx, "%5d: coefs_end=%d high_band_start=%d nb_high_bands=%d: ",
 275                     s->frame_len >> k,
 276                     s->coefs_end[k],
 277                     s->high_band_start[k],
 278                     s->exponent_high_sizes[k]);
 279             for (j = 0; j < s->exponent_high_sizes[k]; j++)
 280                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_high_bands[k][j]);
 281             tprintf(s->avctx, "\n");
 282 #endif /* 0 */
 283         }
 284     }
 285
 286 #ifdef TRACE
 287     {
 288         int i, j;
 289         for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 290             tprintf(s->avctx, "%5d: n=%2d:",
 291                     s->frame_len >> i,
 292                     s->exponent_sizes[i]);
 293             for (j = 0; j < s->exponent_sizes[i]; j++)
 294                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_bands[i][j]);
 295             tprintf(s->avctx, "\n");
 296         }
 297     }
 298 #endif /* TRACE */
 299
 300     /* init MDCT windows : simple sine window */
 301     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 302         ff_init_ff_sine_windows(s->frame_len_bits - i);
 303         s->windows[i] = ff_sine_windows[s->frame_len_bits - i];
 304     }
 305
 306     s->reset_block_lengths = 1;
 307
 308     if (s->use_noise_coding) {
 309         /* init the noise generator */
 310         if (s->use_exp_vlc)
 311             s->noise_mult = 0.02;
 312         else
 313             s->noise_mult = 0.04;
 314
 315 #ifdef TRACE
 316         for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++)
 317             s->noise_table[i] = 1.0 * s->noise_mult;
 318 #else
 319         {
 320             unsigned int seed;
 321             float norm;
 322             seed = 1;
 323             norm = (1.0 / (float) (1LL << 31)) * sqrt(3) * s->noise_mult;
 324             for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++) {
 325                 seed              = seed * 314159 + 1;
 326                 s->noise_table[i] = (float) ((int) seed) * norm;
 327             }
 328         }
 329 #endif /* TRACE */
 330     }
 331
 332     /* choose the VLC tables for the coefficients */
 333     coef_vlc_table = 2;
 334     if (avctx->sample_rate >= 32000) {
 335         if (bps1 < 0.72)
 336             coef_vlc_table = 0;
 337         else if (bps1 < 1.16)
 338             coef_vlc_table = 1;
 339     }
 340     s->coef_vlcs[0] = &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2];
 341     s->coef_vlcs[1] = &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2 + 1];
 342     init_coef_vlc(&s->coef_vlc[0], &s->run_table[0], &s->level_table[0],
 343                   &s->int_table[0], s->coef_vlcs[0]);
 344     init_coef_vlc(&s->coef_vlc[1], &s->run_table[1], &s->level_table[1],
 345                   &s->int_table[1], s->coef_vlcs[1]);
 346
 347     return 0;
 348 }
 349
 350 int ff_wma_total_gain_to_bits(int total_gain)
 351 {
 352     if (total_gain < 15)
 353         return 13;
 354     else if (total_gain < 32)
 355         return 12;
 356     else if (total_gain < 40)
 357         return 11;
 358     else if (total_gain < 45)
 359         return 10;
 360     else
 361         return  9;
 362 }
 363
 364 int ff_wma_end(AVCodecContext *avctx)
 365 {
 366     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 367     int i;
 368
 369     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
 370         ff_mdct_end(&s->mdct_ctx[i]);
 371
 372     if (s->use_exp_vlc)
 373         ff_free_vlc(&s->exp_vlc);
 374     if (s->use_noise_coding)
 375         ff_free_vlc(&s->hgain_vlc);
 376     for (i = 0; i < 2; i++) {
 377         ff_free_vlc(&s->coef_vlc[i]);
 378         av_free(s->run_table[i]);
 379         av_free(s->level_table[i]);
 380         av_free(s->int_table[i]);
 381     }
 382
 383     return 0;
 384 }
 385
 386 /**
 387  * Decode an uncompressed coefficient.
 388  * @param gb GetBitContext
 389  * @return the decoded coefficient
 390  */
 391 unsigned int ff_wma_get_large_val(GetBitContext *gb)
 392 {
 393     /** consumes up to 34 bits */
 394     int n_bits = 8;
 395     /** decode length */
 396     if (get_bits1(gb)) {
 397         n_bits += 8;
 398         if (get_bits1(gb)) {
 399             n_bits += 8;
 400             if (get_bits1(gb))
 401                 n_bits += 7;
 402         }
 403     }
 404     return get_bits_long(gb, n_bits);
 405 }
 406
 407 /**
 408  * Decode run level compressed coefficients.
 409  * @param avctx codec context
 410  * @param gb bitstream reader context
 411  * @param vlc vlc table for get_vlc2
 412  * @param level_table level codes
 413  * @param run_table run codes
 414  * @param version 0 for wma1,2 1 for wmapro
 415  * @param ptr output buffer
 416  * @param offset offset in the output buffer
 417  * @param num_coefs number of input coefficents
 418  * @param block_len input buffer length (2^n)
 419  * @param frame_len_bits number of bits for escaped run codes
 420  * @param coef_nb_bits number of bits for escaped level codes
 421  * @return 0 on success, -1 otherwise
 422  */
 423 int ff_wma_run_level_decode(AVCodecContext *avctx, GetBitContext *gb,
 424                             VLC *vlc, const float *level_table,
 425                             const uint16_t *run_table, int version,
 426                             WMACoef *ptr, int offset, int num_coefs,
 427                             int block_len, int frame_len_bits,
 428                             int coef_nb_bits)
 429 {
 430     int code, level, sign;
 431     const uint32_t *ilvl = (const uint32_t *) level_table;
 432     uint32_t *iptr = (uint32_t *) ptr;
 433     const unsigned int coef_mask = block_len - 1;
 434     for (; offset < num_coefs; offset++) {
 435         code = get_vlc2(gb, vlc->table, VLCBITS, VLCMAX);
 436         if (code > 1) {
 437             /** normal code */
 438             offset                  += run_table[code];
 439             sign                     = get_bits1(gb) - 1;
 440             iptr[offset & coef_mask] = ilvl[code] ^ sign << 31;
 441         } else if (code == 1) {
 442             /** EOB */
 443             break;
 444         } else {
 445             /** escape */
 446             if (!version) {
 447                 level = get_bits(gb, coef_nb_bits);
 448                 /** NOTE: this is rather suboptimal. reading
 449                  *  block_len_bits would be better */
 450                 offset += get_bits(gb, frame_len_bits);
 451             } else {
 452                 level = ff_wma_get_large_val(gb);
 453                 /** escape decode */
 454                 if (get_bits1(gb)) {
 455                     if (get_bits1(gb)) {
 456                         if (get_bits1(gb)) {
 457                             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 458                                    "broken escape sequence\n");
 459                             return -1;
 460                         } else
 461                             offset += get_bits(gb, frame_len_bits) + 4;
 462                     } else
 463                         offset += get_bits(gb, 2) + 1;
 464                 }
 465             }
 466             sign                    = get_bits1(gb) - 1;
 467             ptr[offset & coef_mask] = (level ^ sign) - sign;
 468         }
 469     }
 470     /** NOTE: EOB can be omitted */
 471     if (offset > num_coefs) {
 472         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "overflow in spectral RLE, ignoring\n");
 473         return -1;
 474     }
 475
 476     return 0;
 477 }