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 "wmadata.h"
  29
  30 #undef NDEBUG
  31 #include <assert.h>
  32
  33 /* XXX: use same run/length optimization as mpeg decoders */
  34 // FIXME maybe split decode / encode or pass flag
  35 static av_cold void init_coef_vlc(VLC *vlc, uint16_t **prun_table,
  36                                   float **plevel_table, uint16_t **pint_table,
  37                                   const CoefVLCTable *vlc_table)
  38 {
  39     int n                        = vlc_table->n;
  40     const uint8_t  *table_bits   = vlc_table->huffbits;
  41     const uint32_t *table_codes  = vlc_table->huffcodes;
  42     const uint16_t *levels_table = vlc_table->levels;
  43     uint16_t *run_table, *level_table, *int_table;
  44     float *flevel_table;
  45     int i, l, j, k, level;
  46
  47     init_vlc(vlc, VLCBITS, n, table_bits, 1, 1, table_codes, 4, 4, 0);
  48
  49     run_table    = av_malloc_array(n, sizeof(uint16_t));
  50     level_table  = av_malloc_array(n, sizeof(uint16_t));
  51     flevel_table = av_malloc_array(n, sizeof(*flevel_table));
  52     int_table    = av_malloc_array(n, sizeof(uint16_t));
  53     i            = 2;
  54     level        = 1;
  55     k            = 0;
  56     while (i < n) {
  57         int_table[k] = i;
  58         l            = levels_table[k++];
  59         for (j = 0; j < l; j++) {
  60             run_table[i]    = j;
  61             level_table[i]  = level;
  62             flevel_table[i] = level;
  63             i++;
  64         }
  65         level++;
  66     }
  67     *prun_table   = run_table;
  68     *plevel_table = flevel_table;
  69     *pint_table   = int_table;
  70     av_free(level_table);
  71 }
  72
  73 av_cold int ff_wma_init(AVCodecContext *avctx, int flags2)
  74 {
  75     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
  76     int i;
  77     float bps1, high_freq;
  78     volatile float bps;
  79     int sample_rate1;
  80     int coef_vlc_table;
  81
  82     if (avctx->sample_rate <= 0 || avctx->sample_rate > 50000 ||
  83         avctx->channels    <= 0 || avctx->channels    > 2     ||
  84         avctx->bit_rate    <= 0)
  85         return -1;
  86
  87     ff_fmt_convert_init(&s->fmt_conv, avctx);
  88     avpriv_float_dsp_init(&s->fdsp, avctx->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT);
  89
  90     if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_WMAV1)
  91         s->version = 1;
  92     else
  93         s->version = 2;
  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     /* init rate dependent parameters */
 116     s->use_noise_coding = 1;
 117     high_freq           = avctx->sample_rate * 0.5;
 118
 119     /* if version 2, then the rates are normalized */
 120     sample_rate1 = avctx->sample_rate;
 121     if (s->version == 2) {
 122         if (sample_rate1 >= 44100)
 123             sample_rate1 = 44100;
 124         else if (sample_rate1 >= 22050)
 125             sample_rate1 = 22050;
 126         else if (sample_rate1 >= 16000)
 127             sample_rate1 = 16000;
 128         else if (sample_rate1 >= 11025)
 129             sample_rate1 = 11025;
 130         else if (sample_rate1 >= 8000)
 131             sample_rate1 = 8000;
 132     }
 133
 134     bps                 = (float) avctx->bit_rate /
 135                           (float) (avctx->channels * avctx->sample_rate);
 136     s->byte_offset_bits = av_log2((int) (bps * s->frame_len / 8.0 + 0.5)) + 2;
 137     if (s->byte_offset_bits + 3 > MIN_CACHE_BITS) {
 138         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "byte_offset_bits %d is too large\n", s->byte_offset_bits);
 139         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 140     }
 141
 142     /* compute high frequency value and choose if noise coding should
 143      * be activated */
 144     bps1 = bps;
 145     if (avctx->channels == 2)
 146         bps1 = bps * 1.6;
 147     if (sample_rate1 == 44100) {
 148         if (bps1 >= 0.61)
 149             s->use_noise_coding = 0;
 150         else
 151             high_freq = high_freq * 0.4;
 152     } else if (sample_rate1 == 22050) {
 153         if (bps1 >= 1.16)
 154             s->use_noise_coding = 0;
 155         else if (bps1 >= 0.72)
 156             high_freq = high_freq * 0.7;
 157         else
 158             high_freq = high_freq * 0.6;
 159     } else if (sample_rate1 == 16000) {
 160         if (bps > 0.5)
 161             high_freq = high_freq * 0.5;
 162         else
 163             high_freq = high_freq * 0.3;
 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     } else {
 174         if (bps >= 0.8)
 175             high_freq = high_freq * 0.75;
 176         else if (bps >= 0.6)
 177             high_freq = high_freq * 0.6;
 178         else
 179             high_freq = high_freq * 0.5;
 180     }
 181     av_dlog(s->avctx, "flags2=0x%x\n", flags2);
 182     av_dlog(s->avctx, "version=%d channels=%d sample_rate=%d bitrate=%d block_align=%d\n",
 183             s->version, avctx->channels, avctx->sample_rate, avctx->bit_rate,
 184             avctx->block_align);
 185     av_dlog(s->avctx, "bps=%f bps1=%f high_freq=%f bitoffset=%d\n",
 186             bps, bps1, high_freq, s->byte_offset_bits);
 187     av_dlog(s->avctx, "use_noise_coding=%d use_exp_vlc=%d nb_block_sizes=%d\n",
 188             s->use_noise_coding, s->use_exp_vlc, s->nb_block_sizes);
 189
 190     /* compute the scale factor band sizes for each MDCT block size */
 191     {
 192         int a, b, pos, lpos, k, block_len, i, j, n;
 193         const uint8_t *table;
 194
 195         if (s->version == 1)
 196             s->coefs_start = 3;
 197         else
 198             s->coefs_start = 0;
 199         for (k = 0; k < s->nb_block_sizes; k++) {
 200             block_len = s->frame_len >> k;
 201
 202             if (s->version == 1) {
 203                 lpos = 0;
 204                 for (i = 0; i < 25; i++) {
 205                     a   = ff_wma_critical_freqs[i];
 206                     b   = avctx->sample_rate;
 207                     pos = ((block_len * 2 * a) + (b >> 1)) / b;
 208                     if (pos > block_len)
 209                         pos = block_len;
 210                     s->exponent_bands[0][i] = pos - lpos;
 211                     if (pos >= block_len) {
 212                         i++;
 213                         break;
 214                     }
 215                     lpos = pos;
 216                 }
 217                 s->exponent_sizes[0] = i;
 218             } else {
 219                 /* hardcoded tables */
 220                 table = NULL;
 221                 a     = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS - k;
 222                 if (a < 3) {
 223                     if (avctx->sample_rate >= 44100)
 224                         table = exponent_band_44100[a];
 225                     else if (avctx->sample_rate >= 32000)
 226                         table = exponent_band_32000[a];
 227                     else if (avctx->sample_rate >= 22050)
 228                         table = exponent_band_22050[a];
 229                 }
 230                 if (table) {
 231                     n = *table++;
 232                     for (i = 0; i < n; i++)
 233                         s->exponent_bands[k][i] = table[i];
 234                     s->exponent_sizes[k] = n;
 235                 } else {
 236                     j    = 0;
 237                     lpos = 0;
 238                     for (i = 0; i < 25; i++) {
 239                         a     = ff_wma_critical_freqs[i];
 240                         b     = avctx->sample_rate;
 241                         pos   = ((block_len * 2 * a) + (b << 1)) / (4 * b);
 242                         pos <<= 2;
 243                         if (pos > block_len)
 244                             pos = block_len;
 245                         if (pos > lpos)
 246                             s->exponent_bands[k][j++] = pos - lpos;
 247                         if (pos >= block_len)
 248                             break;
 249                         lpos = pos;
 250                     }
 251                     s->exponent_sizes[k] = j;
 252                 }
 253             }
 254
 255             /* max number of coefs */
 256             s->coefs_end[k] = (s->frame_len - ((s->frame_len * 9) / 100)) >> k;
 257             /* high freq computation */
 258             s->high_band_start[k] = (int) ((block_len * 2 * high_freq) /
 259                                            avctx->sample_rate + 0.5);
 260             n   = s->exponent_sizes[k];
 261             j   = 0;
 262             pos = 0;
 263             for (i = 0; i < n; i++) {
 264                 int start, end;
 265                 start = pos;
 266                 pos  += s->exponent_bands[k][i];
 267                 end   = pos;
 268                 if (start < s->high_band_start[k])
 269                     start = s->high_band_start[k];
 270                 if (end > s->coefs_end[k])
 271                     end = s->coefs_end[k];
 272                 if (end > start)
 273                     s->exponent_high_bands[k][j++] = end - start;
 274             }
 275             s->exponent_high_sizes[k] = j;
 276 #if 0
 277             tprintf(s->avctx, "%5d: coefs_end=%d high_band_start=%d nb_high_bands=%d: ",
 278                     s->frame_len >> k,
 279                     s->coefs_end[k],
 280                     s->high_band_start[k],
 281                     s->exponent_high_sizes[k]);
 282             for (j = 0; j < s->exponent_high_sizes[k]; j++)
 283                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_high_bands[k][j]);
 284             tprintf(s->avctx, "\n");
 285 #endif /* 0 */
 286         }
 287     }
 288
 289 #ifdef TRACE
 290     {
 291         int i, j;
 292         for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 293             tprintf(s->avctx, "%5d: n=%2d:",
 294                     s->frame_len >> i,
 295                     s->exponent_sizes[i]);
 296             for (j = 0; j < s->exponent_sizes[i]; j++)
 297                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_bands[i][j]);
 298             tprintf(s->avctx, "\n");
 299         }
 300     }
 301 #endif /* TRACE */
 302
 303     /* init MDCT windows : simple sine window */
 304     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
 305         ff_init_ff_sine_windows(s->frame_len_bits - i);
 306         s->windows[i] = ff_sine_windows[s->frame_len_bits - i];
 307     }
 308
 309     s->reset_block_lengths = 1;
 310
 311     if (s->use_noise_coding) {
 312         /* init the noise generator */
 313         if (s->use_exp_vlc)
 314             s->noise_mult = 0.02;
 315         else
 316             s->noise_mult = 0.04;
 317
 318 #ifdef TRACE
 319         for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++)
 320             s->noise_table[i] = 1.0 * s->noise_mult;
 321 #else
 322         {
 323             unsigned int seed;
 324             float norm;
 325             seed = 1;
 326             norm = (1.0 / (float) (1LL << 31)) * sqrt(3) * s->noise_mult;
 327             for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++) {
 328                 seed              = seed * 314159 + 1;
 329                 s->noise_table[i] = (float) ((int) seed) * norm;
 330             }
 331         }
 332 #endif /* TRACE */
 333     }
 334
 335     /* choose the VLC tables for the coefficients */
 336     coef_vlc_table = 2;
 337     if (avctx->sample_rate >= 32000) {
 338         if (bps1 < 0.72)
 339             coef_vlc_table = 0;
 340         else if (bps1 < 1.16)
 341             coef_vlc_table = 1;
 342     }
 343     s->coef_vlcs[0] = &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2];
 344     s->coef_vlcs[1] = &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2 + 1];
 345     init_coef_vlc(&s->coef_vlc[0], &s->run_table[0], &s->level_table[0],
 346                   &s->int_table[0], s->coef_vlcs[0]);
 347     init_coef_vlc(&s->coef_vlc[1], &s->run_table[1], &s->level_table[1],
 348                   &s->int_table[1], s->coef_vlcs[1]);
 349
 350     return 0;
 351 }
 352
 353 int ff_wma_total_gain_to_bits(int total_gain)
 354 {
 355     if (total_gain < 15)
 356         return 13;
 357     else if (total_gain < 32)
 358         return 12;
 359     else if (total_gain < 40)
 360         return 11;
 361     else if (total_gain < 45)
 362         return 10;
 363     else
 364         return  9;
 365 }
 366
 367 int ff_wma_end(AVCodecContext *avctx)
 368 {
 369     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 370     int i;
 371
 372     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
 373         ff_mdct_end(&s->mdct_ctx[i]);
 374
 375     if (s->use_exp_vlc)
 376         ff_free_vlc(&s->exp_vlc);
 377     if (s->use_noise_coding)
 378         ff_free_vlc(&s->hgain_vlc);
 379     for (i = 0; i < 2; i++) {
 380         ff_free_vlc(&s->coef_vlc[i]);
 381         av_freep(&s->run_table[i]);
 382         av_freep(&s->level_table[i]);
 383         av_freep(&s->int_table[i]);
 384     }
 385
 386     return 0;
 387 }
 388
 389 /**
 390  * Decode an uncompressed coefficient.
 391  * @param gb GetBitContext
 392  * @return the decoded coefficient
 393  */
 394 unsigned int ff_wma_get_large_val(GetBitContext *gb)
 395 {
 396     /** consumes up to 34 bits */
 397     int n_bits = 8;
 398     /** decode length */
 399     if (get_bits1(gb)) {
 400         n_bits += 8;
 401         if (get_bits1(gb)) {
 402             n_bits += 8;
 403             if (get_bits1(gb))
 404                 n_bits += 7;
 405         }
 406     }
 407     return get_bits_long(gb, n_bits);
 408 }
 409
 410 /**
 411  * Decode run level compressed coefficients.
 412  * @param avctx codec context
 413  * @param gb bitstream reader context
 414  * @param vlc vlc table for get_vlc2
 415  * @param level_table level codes
 416  * @param run_table run codes
 417  * @param version 0 for wma1,2 1 for wmapro
 418  * @param ptr output buffer
 419  * @param offset offset in the output buffer
 420  * @param num_coefs number of input coefficents
 421  * @param block_len input buffer length (2^n)
 422  * @param frame_len_bits number of bits for escaped run codes
 423  * @param coef_nb_bits number of bits for escaped level codes
 424  * @return 0 on success, -1 otherwise
 425  */
 426 int ff_wma_run_level_decode(AVCodecContext *avctx, GetBitContext *gb,
 427                             VLC *vlc, const float *level_table,
 428                             const uint16_t *run_table, int version,
 429                             WMACoef *ptr, int offset, int num_coefs,
 430                             int block_len, int frame_len_bits,
 431                             int coef_nb_bits)
 432 {
 433     int code, level, sign;
 434     const uint32_t *ilvl = (const uint32_t *) level_table;
 435     uint32_t *iptr = (uint32_t *) ptr;
 436     const unsigned int coef_mask = block_len - 1;
 437     for (; offset < num_coefs; offset++) {
 438         code = get_vlc2(gb, vlc->table, VLCBITS, VLCMAX);
 439         if (code > 1) {
 440             /** normal code */
 441             offset                  += run_table[code];
 442             sign                     = get_bits1(gb) - 1;
 443             iptr[offset & coef_mask] = ilvl[code] ^ sign << 31;
 444         } else if (code == 1) {
 445             /** EOB */
 446             break;
 447         } else {
 448             /** escape */
 449             if (!version) {
 450                 level = get_bits(gb, coef_nb_bits);
 451                 /** NOTE: this is rather suboptimal. reading
 452                  *  block_len_bits would be better */
 453                 offset += get_bits(gb, frame_len_bits);
 454             } else {
 455                 level = ff_wma_get_large_val(gb);
 456                 /** escape decode */
 457                 if (get_bits1(gb)) {
 458                     if (get_bits1(gb)) {
 459                         if (get_bits1(gb)) {
 460                             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 461                                    "broken escape sequence\n");
 462                             return -1;
 463                         } else
 464                             offset += get_bits(gb, frame_len_bits) + 4;
 465                     } else
 466                         offset += get_bits(gb, 2) + 1;
 467                 }
 468             }
 469             sign                    = get_bits1(gb) - 1;
 470             ptr[offset & coef_mask] = (level ^ sign) - sign;
 471         }
 472     }
 473     /** NOTE: EOB can be omitted */
 474     if (offset > num_coefs) {
 475         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "overflow in spectral RLE, ignoring\n");
 476         return -1;
 477     }
 478
 479     return 0;
 480 }