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 #include "avcodec.h"
  24 #include "sinewin.h"
  25 #include "wma.h"
  26 #include "wma_common.h"
  27 #include "wmadata.h"
  28
  29 #undef NDEBUG
  30 #include <assert.h>
  31
  32 /* XXX: use same run/length optimization as mpeg decoders */
  33 //FIXME maybe split decode / encode or pass flag
  34 static av_cold void init_coef_vlc(VLC *vlc, uint16_t **prun_table,
  35                                   float **plevel_table, uint16_t **pint_table,
  36                                   const CoefVLCTable *vlc_table)
  37 {
  38     int n = vlc_table->n;
  39     const uint8_t  *table_bits   = vlc_table->huffbits;
  40     const uint32_t *table_codes  = vlc_table->huffcodes;
  41     const uint16_t *levels_table = vlc_table->levels;
  42     uint16_t *run_table, *level_table, *int_table;
  43     float *flevel_table;
  44     int i, l, j, k, level;
  45
  46     init_vlc(vlc, VLCBITS, n, table_bits, 1, 1, table_codes, 4, 4, 0);
  47
  48     run_table   = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
  49     level_table = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
  50     flevel_table= av_malloc(n * sizeof(*flevel_table));
  51     int_table   = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
  52     i = 2;
  53     level = 1;
  54     k = 0;
  55     while (i < n) {
  56         int_table[k] = i;
  57         l = levels_table[k++];
  58         for (j = 0; j < l; j++) {
  59             run_table[i]   = j;
  60             level_table[i] = level;
  61             flevel_table[i]= level;
  62             i++;
  63         }
  64         level++;
  65     }
  66     *prun_table   = run_table;
  67     *plevel_table = flevel_table;
  68     *pint_table   = int_table;
  69     av_free(level_table);
  70 }
  71
  72 av_cold int ff_wma_init(AVCodecContext *avctx, int flags2)
  73 {
  74     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
  75     int i;
  76     float bps1, high_freq;
  77     volatile float bps;
  78     int sample_rate1;
  79     int coef_vlc_table;
  80
  81     if (   avctx->sample_rate <= 0 || avctx->sample_rate > 50000
  82         || avctx->channels    <= 0 || avctx->channels    > 2
  83         || avctx->bit_rate    <= 0)
  84         return -1;
  85
  86     ff_fmt_convert_init(&s->fmt_conv, avctx);
  87     avpriv_float_dsp_init(&s->fdsp, avctx->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT);
  88
  89     if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_WMAV1) {
  90         s->version = 1;
  91     } else {
  92         s->version = 2;
  93     }
  94
  95     /* compute MDCT block size */
  96     s->frame_len_bits = ff_wma_get_frame_len_bits(avctx->sample_rate,
  97                                                   s->version, 0);
  98     s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
  99     s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 100     s->block_len_bits      = s->frame_len_bits;
 101
 102     s->frame_len = 1 << s->frame_len_bits;
 103     if (s->use_variable_block_len) {
 104         int nb_max, nb;
 105         nb = ((flags2 >> 3) & 3) + 1;
 106         if ((avctx->bit_rate / avctx->channels) >= 32000)
 107             nb += 2;
 108         nb_max = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS;
 109         if (nb > nb_max)
 110             nb = nb_max;
 111         s->nb_block_sizes = nb + 1;
 112     } else {
 113         s->nb_block_sizes = 1;
 114     }
 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
 136     bps = (float)avctx->bit_rate / (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         }
 150     } else if (sample_rate1 == 22050) {
 151         if (bps1 >= 1.16) {
 152             s->use_noise_coding = 0;
 153         } else if (bps1 >= 0.72) {
 154             high_freq = high_freq * 0.7;
 155         } else {
 156             high_freq = high_freq * 0.6;
 157         }
 158     } else if (sample_rate1 == 16000) {
 159         if (bps > 0.5) {
 160             high_freq = high_freq * 0.5;
 161         } else {
 162             high_freq = high_freq * 0.3;
 163         }
 164     } else if (sample_rate1 == 11025) {
 165         high_freq = high_freq * 0.7;
 166     } else if (sample_rate1 == 8000) {
 167         if (bps <= 0.625) {
 168             high_freq = high_freq * 0.5;
 169         } else if (bps > 0.75) {
 170             s->use_noise_coding = 0;
 171         } else {
 172             high_freq = high_freq * 0.65;
 173         }
 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     }
 183     av_dlog(s->avctx, "flags2=0x%x\n", flags2);
 184     av_dlog(s->avctx, "version=%d channels=%d sample_rate=%d bitrate=%d block_align=%d\n",
 185             s->version, avctx->channels, avctx->sample_rate, avctx->bit_rate,
 186             avctx->block_align);
 187     av_dlog(s->avctx, "bps=%f bps1=%f high_freq=%f bitoffset=%d\n",
 188             bps, bps1, high_freq, s->byte_offset_bits);
 189     av_dlog(s->avctx, "use_noise_coding=%d use_exp_vlc=%d nb_block_sizes=%d\n",
 190             s->use_noise_coding, s->use_exp_vlc, s->nb_block_sizes);
 191
 192     /* compute the scale factor band sizes for each MDCT block size */
 193     {
 194         int a, b, pos, lpos, k, block_len, i, j, n;
 195         const uint8_t *table;
 196
 197         if (s->version == 1) {
 198             s->coefs_start = 3;
 199         } else {
 200             s->coefs_start = 0;
 201         }
 202         for (k = 0; k < s->nb_block_sizes; k++) {
 203             block_len = s->frame_len >> k;
 204
 205             if (s->version == 1) {
 206                 lpos = 0;
 207                 for (i = 0; i < 25; i++) {
 208                     a = ff_wma_critical_freqs[i];
 209                     b = avctx->sample_rate;
 210                     pos = ((block_len * 2 * a) + (b >> 1)) / b;
 211                     if (pos > block_len)
 212                         pos = block_len;
 213                     s->exponent_bands[0][i] = pos - lpos;
 214                     if (pos >= block_len) {
 215                         i++;
 216                         break;
 217                     }
 218                     lpos = pos;
 219                 }
 220                 s->exponent_sizes[0] = i;
 221             } else {
 222                 /* hardcoded tables */
 223                 table = NULL;
 224                 a = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS - k;
 225                 if (a < 3) {
 226                     if (avctx->sample_rate >= 44100) {
 227                         table = exponent_band_44100[a];
 228                     } else if (avctx->sample_rate >= 32000) {
 229                         table = exponent_band_32000[a];
 230                     } else if (avctx->sample_rate >= 22050) {
 231                         table = exponent_band_22050[a];
 232                     }
 233                 }
 234                 if (table) {
 235                     n = *table++;
 236                     for (i = 0; i < n; i++)
 237                         s->exponent_bands[k][i] = table[i];
 238                     s->exponent_sizes[k] = n;
 239                 } else {
 240                     j = 0;
 241                     lpos = 0;
 242                     for (i = 0; i < 25; i++) {
 243                         a = ff_wma_critical_freqs[i];
 244                         b = avctx->sample_rate;
 245                         pos = ((block_len * 2 * a) + (b << 1)) / (4 * b);
 246                         pos <<= 2;
 247                         if (pos > block_len)
 248                             pos = block_len;
 249                         if (pos > lpos)
 250                             s->exponent_bands[k][j++] = pos - lpos;
 251                         if (pos >= block_len)
 252                             break;
 253                         lpos = pos;
 254                     }
 255                     s->exponent_sizes[k] = j;
 256                 }
 257             }
 258
 259             /* max number of coefs */
 260             s->coefs_end[k] = (s->frame_len - ((s->frame_len * 9) / 100)) >> k;
 261             /* high freq computation */
 262             s->high_band_start[k] = (int)((block_len * 2 * high_freq) /
 263                                           avctx->sample_rate + 0.5);
 264             n = s->exponent_sizes[k];
 265             j = 0;
 266             pos = 0;
 267             for (i = 0; i < n; i++) {
 268                 int start, end;
 269                 start = pos;
 270                 pos += s->exponent_bands[k][i];
 271                 end = pos;
 272                 if (start < s->high_band_start[k])
 273                     start = s->high_band_start[k];
 274                 if (end > s->coefs_end[k])
 275                     end = s->coefs_end[k];
 276                 if (end > start)
 277                     s->exponent_high_bands[k][j++] = end - start;
 278             }
 279             s->exponent_high_sizes[k] = j;
 280 #if 0
 281             tprintf(s->avctx, "%5d: coefs_end=%d high_band_start=%d nb_high_bands=%d: ",
 282                     s->frame_len >> k,
 283                     s->coefs_end[k],
 284                     s->high_band_start[k],
 285                     s->exponent_high_sizes[k]);
 286             for (j = 0; j < s->exponent_high_sizes[k]; j++)
 287                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_high_bands[k][j]);
 288             tprintf(s->avctx, "\n");
 289 #endif
 290         }
 291     }
 292
 293 #ifdef TRACE
 294     {
 295         int i, j;
 296         for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 297             tprintf(s->avctx, "%5d: n=%2d:",
 298                     s->frame_len >> i,
 299                     s->exponent_sizes[i]);
 300             for (j = 0; j < s->exponent_sizes[i]; j++)
 301                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_bands[i][j]);
 302             tprintf(s->avctx, "\n");
 303         }
 304     }
 305 #endif
 306
 307     /* init MDCT windows : simple sine window */
 308     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 309         ff_init_ff_sine_windows(s->frame_len_bits - i);
 310         s->windows[i] = ff_sine_windows[s->frame_len_bits - i];
 311     }
 312
 313     s->reset_block_lengths = 1;
 314
 315     if (s->use_noise_coding) {
 316
 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
 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
 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     }
 350     s->coef_vlcs[0]= &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2    ];
 351     s->coef_vlcs[1]= &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2 + 1];
 352     init_coef_vlc(&s->coef_vlc[0], &s->run_table[0], &s->level_table[0], &s->int_table[0],
 353                   s->coef_vlcs[0]);
 354     init_coef_vlc(&s->coef_vlc[1], &s->run_table[1], &s->level_table[1], &s->int_table[1],
 355                   s->coef_vlcs[1]);
 356
 357     return 0;
 358 }
 359
 360 int ff_wma_total_gain_to_bits(int total_gain)
 361 {
 362          if (total_gain < 15) return 13;
 363     else if (total_gain < 32) return 12;
 364     else if (total_gain < 40) return 11;
 365     else if (total_gain < 45) return 10;
 366     else                      return  9;
 367 }
 368
 369 int ff_wma_end(AVCodecContext *avctx)
 370 {
 371     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 372     int i;
 373
 374     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
 375         ff_mdct_end(&s->mdct_ctx[i]);
 376
 377     if (s->use_exp_vlc) {
 378         ff_free_vlc(&s->exp_vlc);
 379     }
 380     if (s->use_noise_coding) {
 381         ff_free_vlc(&s->hgain_vlc);
 382     }
 383     for (i = 0; i < 2; i++) {
 384         ff_free_vlc(&s->coef_vlc[i]);
 385         av_free(s->run_table[i]);
 386         av_free(s->level_table[i]);
 387         av_free(s->int_table[i]);
 388     }
 389
 390     return 0;
 391 }
 392
 393 /**
 394  * Decode an uncompressed coefficient.
 395  * @param gb GetBitContext
 396  * @return the decoded coefficient
 397  */
 398 unsigned int ff_wma_get_large_val(GetBitContext* gb)
 399 {
 400     /** consumes up to 34 bits */
 401     int n_bits = 8;
 402     /** decode length */
 403     if (get_bits1(gb)) {
 404         n_bits += 8;
 405         if (get_bits1(gb)) {
 406             n_bits += 8;
 407             if (get_bits1(gb)) {
 408                 n_bits += 7;
 409             }
 410         }
 411     }
 412     return get_bits_long(gb, n_bits);
 413 }
 414
 415 /**
 416  * Decode run level compressed coefficients.
 417  * @param avctx codec context
 418  * @param gb bitstream reader context
 419  * @param vlc vlc table for get_vlc2
 420  * @param level_table level codes
 421  * @param run_table run codes
 422  * @param version 0 for wma1,2 1 for wmapro
 423  * @param ptr output buffer
 424  * @param offset offset in the output buffer
 425  * @param num_coefs number of input coefficents
 426  * @param block_len input buffer length (2^n)
 427  * @param frame_len_bits number of bits for escaped run codes
 428  * @param coef_nb_bits number of bits for escaped level codes
 429  * @return 0 on success, -1 otherwise
 430  */
 431 int ff_wma_run_level_decode(AVCodecContext* avctx, GetBitContext* gb,
 432                             VLC *vlc,
 433                             const float *level_table, const uint16_t *run_table,
 434                             int version, WMACoef *ptr, int offset,
 435                             int num_coefs, int block_len, int frame_len_bits,
 436                             int coef_nb_bits)
 437 {
 438     int code, level, sign;
 439     const uint32_t *ilvl = (const uint32_t*)level_table;
 440     uint32_t *iptr = (uint32_t*)ptr;
 441     const unsigned int coef_mask = block_len - 1;
 442     for (; offset < num_coefs; offset++) {
 443         code = get_vlc2(gb, vlc->table, VLCBITS, VLCMAX);
 444         if (code > 1) {
 445             /** normal code */
 446             offset += run_table[code];
 447             sign = get_bits1(gb) - 1;
 448             iptr[offset & coef_mask] = ilvl[code] ^ sign<<31;
 449         } else if (code == 1) {
 450             /** EOB */
 451             break;
 452         } else {
 453             /** escape */
 454             if (!version) {
 455                 level = get_bits(gb, coef_nb_bits);
 456                 /** NOTE: this is rather suboptimal. reading
 457                     block_len_bits would be better */
 458                 offset += get_bits(gb, frame_len_bits);
 459             } else {
 460                 level = ff_wma_get_large_val(gb);
 461                 /** escape decode */
 462                 if (get_bits1(gb)) {
 463                     if (get_bits1(gb)) {
 464                         if (get_bits1(gb)) {
 465                             av_log(avctx,AV_LOG_ERROR,
 466                                 "broken escape sequence\n");
 467                             return -1;
 468                         } else
 469                             offset += get_bits(gb, frame_len_bits) + 4;
 470                     } else
 471                         offset += get_bits(gb, 2) + 1;
 472                 }
 473             }
 474             sign = get_bits1(gb) - 1;
 475             ptr[offset & coef_mask] = (level^sign) - sign;
 476         }
 477     }
 478     /** NOTE: EOB can be omitted */
 479     if (offset > num_coefs) {
 480         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "overflow in spectral RLE, ignoring\n");
 481         return -1;
 482     }
 483
 484     return 0;
 485 }