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