git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/wmaenc.c

   1 /*
   2  * WMA compatible encoder
   3  * Copyright (c) 2007 Michael Niedermayer
   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 "avcodec.h"
  23 #include "wma.h"
  24 #include "libavutil/avassert.h"
  25
  26 #undef NDEBUG
  27 #include <assert.h>
  28
  29
  30 static int encode_init(AVCodecContext * avctx){
  31     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
  32     int i, flags1, flags2;
  33     uint8_t *extradata;
  34
  35     s->avctx = avctx;
  36
  37     if(avctx->channels > MAX_CHANNELS) {
  38         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many channels: got %i, need %i or fewer",
  39                avctx->channels, MAX_CHANNELS);
  40         return AVERROR(EINVAL);
  41     }
  42
  43     if (avctx->sample_rate > 48000) {
  44         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "sample rate is too high: %d > 48kHz",
  45                avctx->sample_rate);
  46         return AVERROR(EINVAL);
  47     }
  48
  49     if(avctx->bit_rate < 24*1000) {
  50         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "bitrate too low: got %i, need 24000 or higher\n",
  51                avctx->bit_rate);
  52         return AVERROR(EINVAL);
  53     }
  54
  55     /* extract flag infos */
  56     flags1 = 0;
  57     flags2 = 1;
  58     if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV1) {
  59         extradata= av_malloc(4);
  60         avctx->extradata_size= 4;
  61         AV_WL16(extradata, flags1);
  62         AV_WL16(extradata+2, flags2);
  63     } else if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV2) {
  64         extradata= av_mallocz(10);
  65         avctx->extradata_size= 10;
  66         AV_WL32(extradata, flags1);
  67         AV_WL16(extradata+4, flags2);
  68     }else
  69         assert(0);
  70     avctx->extradata= extradata;
  71     s->use_exp_vlc = flags2 & 0x0001;
  72     s->use_bit_reservoir = flags2 & 0x0002;
  73     s->use_variable_block_len = flags2 & 0x0004;
  74     if (avctx->channels == 2)
  75         s->ms_stereo = 1;
  76
  77     ff_wma_init(avctx, flags2);
  78
  79     /* init MDCT */
  80     for(i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
  81         ff_mdct_init(&s->mdct_ctx[i], s->frame_len_bits - i + 1, 0, 1.0);
  82
  83     s->block_align     = avctx->bit_rate * (int64_t)s->frame_len /
  84                          (avctx->sample_rate * 8);
  85     s->block_align     = FFMIN(s->block_align, MAX_CODED_SUPERFRAME_SIZE);
  86     avctx->block_align = s->block_align;
  87     avctx->bit_rate    = avctx->block_align * 8LL * avctx->sample_rate /
  88                          s->frame_len;
  89 //av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d %d\n", s->block_align, avctx->bit_rate, s->frame_len, avctx->sample_rate);
  90     avctx->frame_size= s->frame_len;
  91
  92     return 0;
  93 }
  94
  95
  96 static void apply_window_and_mdct(AVCodecContext * avctx, const signed short * audio, int len) {
  97     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
  98     int window_index= s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
  99     FFTContext *mdct = &s->mdct_ctx[window_index];
 100     int i, j, channel;
 101     const float * win = s->windows[window_index];
 102     int window_len = 1 << s->block_len_bits;
 103     float n = window_len/2;
 104
 105     for (channel = 0; channel < avctx->channels; channel++) {
 106         memcpy(s->output, s->frame_out[channel], sizeof(float)*window_len);
 107         j = channel;
 108         for (i = 0; i < len; i++, j += avctx->channels){
 109             s->output[i+window_len]  = audio[j] / n * win[window_len - i - 1];
 110             s->frame_out[channel][i] = audio[j] / n * win[i];
 111         }
 112         mdct->mdct_calc(mdct, s->coefs[channel], s->output);
 113     }
 114 }
 115
 116 //FIXME use for decoding too
 117 static void init_exp(WMACodecContext *s, int ch, const int *exp_param){
 118     int n;
 119     const uint16_t *ptr;
 120     float v, *q, max_scale, *q_end;
 121
 122     ptr = s->exponent_bands[s->frame_len_bits - s->block_len_bits];
 123     q = s->exponents[ch];
 124     q_end = q + s->block_len;
 125     max_scale = 0;
 126     while (q < q_end) {
 127         /* XXX: use a table */
 128         v = pow(10, *exp_param++ * (1.0 / 16.0));
 129         max_scale= FFMAX(max_scale, v);
 130         n = *ptr++;
 131         do {
 132             *q++ = v;
 133         } while (--n);
 134     }
 135     s->max_exponent[ch] = max_scale;
 136 }
 137
 138 static void encode_exp_vlc(WMACodecContext *s, int ch, const int *exp_param){
 139     int last_exp;
 140     const uint16_t *ptr;
 141     float *q, *q_end;
 142
 143     ptr = s->exponent_bands[s->frame_len_bits - s->block_len_bits];
 144     q = s->exponents[ch];
 145     q_end = q + s->block_len;
 146     if (s->version == 1) {
 147         last_exp= *exp_param++;
 148         assert(last_exp-10 >= 0 && last_exp-10 < 32);
 149         put_bits(&s->pb, 5, last_exp - 10);
 150         q+= *ptr++;
 151     }else
 152         last_exp = 36;
 153     while (q < q_end) {
 154         int exp = *exp_param++;
 155         int code = exp - last_exp + 60;
 156         assert(code >= 0 && code < 120);
 157         put_bits(&s->pb, ff_aac_scalefactor_bits[code], ff_aac_scalefactor_code[code]);
 158         /* XXX: use a table */
 159         q+= *ptr++;
 160         last_exp= exp;
 161     }
 162 }
 163
 164 static int encode_block(WMACodecContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], int total_gain){
 165     int v, bsize, ch, coef_nb_bits, parse_exponents;
 166     float mdct_norm;
 167     int nb_coefs[MAX_CHANNELS];
 168     static const int fixed_exp[25]={20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20};
 169
 170     //FIXME remove duplication relative to decoder
 171     if (s->use_variable_block_len) {
 172         assert(0); //FIXME not implemented
 173     }else{
 174         /* fixed block len */
 175         s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 176         s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 177         s->block_len_bits = s->frame_len_bits;
 178     }
 179
 180     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
 181 //     assert((s->block_pos + s->block_len) <= s->frame_len);
 182     bsize = s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
 183
 184     //FIXME factor
 185     v = s->coefs_end[bsize] - s->coefs_start;
 186     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++)
 187         nb_coefs[ch] = v;
 188     {
 189         int n4 = s->block_len / 2;
 190         mdct_norm = 1.0 / (float)n4;
 191         if (s->version == 1) {
 192             mdct_norm *= sqrt(n4);
 193         }
 194     }
 195
 196     if (s->nb_channels == 2) {
 197         put_bits(&s->pb, 1, !!s->ms_stereo);
 198     }
 199
 200     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 201         s->channel_coded[ch] = 1; //FIXME only set channel_coded when needed, instead of always
 202         if (s->channel_coded[ch]) {
 203             init_exp(s, ch, fixed_exp);
 204         }
 205     }
 206
 207     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 208         if (s->channel_coded[ch]) {
 209             WMACoef *coefs1;
 210             float *coefs, *exponents, mult;
 211             int i, n;
 212
 213             coefs1 = s->coefs1[ch];
 214             exponents = s->exponents[ch];
 215             mult = pow(10, total_gain * 0.05) / s->max_exponent[ch];
 216             mult *= mdct_norm;
 217             coefs = src_coefs[ch];
 218             if (s->use_noise_coding && 0) {
 219                 assert(0); //FIXME not implemented
 220             } else {
 221                 coefs += s->coefs_start;
 222                 n = nb_coefs[ch];
 223                 for(i = 0;i < n; i++){
 224                     double t= *coefs++ / (exponents[i] * mult);
 225                     if(t<-32768 || t>32767)
 226                         return -1;
 227
 228                     coefs1[i] = lrint(t);
 229                 }
 230             }
 231         }
 232     }
 233
 234     v = 0;
 235     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 236         int a = s->channel_coded[ch];
 237         put_bits(&s->pb, 1, a);
 238         v |= a;
 239     }
 240
 241     if (!v)
 242         return 1;
 243
 244     for(v= total_gain-1; v>=127; v-= 127)
 245         put_bits(&s->pb, 7, 127);
 246     put_bits(&s->pb, 7, v);
 247
 248     coef_nb_bits= ff_wma_total_gain_to_bits(total_gain);
 249
 250     if (s->use_noise_coding) {
 251         for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 252             if (s->channel_coded[ch]) {
 253                 int i, n;
 254                 n = s->exponent_high_sizes[bsize];
 255                 for(i=0;i<n;i++) {
 256                     put_bits(&s->pb, 1, s->high_band_coded[ch][i]= 0);
 257                     if (0)
 258                         nb_coefs[ch] -= s->exponent_high_bands[bsize][i];
 259                 }
 260             }
 261         }
 262     }
 263
 264     parse_exponents = 1;
 265     if (s->block_len_bits != s->frame_len_bits) {
 266         put_bits(&s->pb, 1, parse_exponents);
 267     }
 268
 269     if (parse_exponents) {
 270         for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 271             if (s->channel_coded[ch]) {
 272                 if (s->use_exp_vlc) {
 273                     encode_exp_vlc(s, ch, fixed_exp);
 274                 } else {
 275                     assert(0); //FIXME not implemented
 276 //                    encode_exp_lsp(s, ch);
 277                 }
 278             }
 279         }
 280     } else {
 281         assert(0); //FIXME not implemented
 282     }
 283
 284     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 285         if (s->channel_coded[ch]) {
 286             int run, tindex;
 287             WMACoef *ptr, *eptr;
 288             tindex = (ch == 1 && s->ms_stereo);
 289             ptr = &s->coefs1[ch][0];
 290             eptr = ptr + nb_coefs[ch];
 291
 292             run=0;
 293             for(;ptr < eptr; ptr++){
 294                 if(*ptr){
 295                     int level= *ptr;
 296                     int abs_level= FFABS(level);
 297                     int code= 0;
 298                     if(abs_level <= s->coef_vlcs[tindex]->max_level){
 299                         if(run < s->coef_vlcs[tindex]->levels[abs_level-1])
 300                             code= run + s->int_table[tindex][abs_level-1];
 301                     }
 302
 303                     assert(code < s->coef_vlcs[tindex]->n);
 304                     put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[code], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[code]);
 305
 306                     if(code == 0){
 307                         if(1<<coef_nb_bits <= abs_level)
 308                             return -1;
 309
 310                         put_bits(&s->pb, coef_nb_bits, abs_level);
 311                         put_bits(&s->pb, s->frame_len_bits, run);
 312                     }
 313                     put_bits(&s->pb, 1, level < 0); //FIXME the sign is fliped somewhere
 314                     run=0;
 315                 }else{
 316                     run++;
 317                 }
 318             }
 319             if(run)
 320                 put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[1], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[1]);
 321         }
 322         if (s->version == 1 && s->nb_channels >= 2) {
 323             avpriv_align_put_bits(&s->pb);
 324         }
 325     }
 326     return 0;
 327 }
 328
 329 static int encode_frame(WMACodecContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], uint8_t *buf, int buf_size, int total_gain){
 330     init_put_bits(&s->pb, buf, buf_size);
 331
 332     if (s->use_bit_reservoir) {
 333         assert(0);//FIXME not implemented
 334     }else{
 335         if(encode_block(s, src_coefs, total_gain) < 0)
 336             return INT_MAX;
 337     }
 338
 339     avpriv_align_put_bits(&s->pb);
 340
 341     return put_bits_count(&s->pb)/8 - s->block_align;
 342 }
 343
 344 static int encode_superframe(AVCodecContext *avctx,
 345                             unsigned char *buf, int buf_size, void *data){
 346     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 347     const short *samples = data;
 348     int i, total_gain;
 349
 350     s->block_len_bits= s->frame_len_bits; //required by non variable block len
 351     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
 352
 353     apply_window_and_mdct(avctx, samples, avctx->frame_size);
 354
 355     if (s->ms_stereo) {
 356         float a, b;
 357         int i;
 358
 359         for(i = 0; i < s->block_len; i++) {
 360             a = s->coefs[0][i]*0.5;
 361             b = s->coefs[1][i]*0.5;
 362             s->coefs[0][i] = a + b;
 363             s->coefs[1][i] = a - b;
 364         }
 365     }
 366
 367     if (buf_size < 2 * MAX_CODED_SUPERFRAME_SIZE) {
 368         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "output buffer size is too small\n");
 369         return AVERROR(EINVAL);
 370     }
 371
 372 #if 1
 373     total_gain= 128;
 374     for(i=64; i; i>>=1){
 375         int error= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain-i);
 376         if(error<0)
 377             total_gain-= i;
 378     }
 379 #else
 380     total_gain= 90;
 381     best= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain);
 382     for(i=32; i; i>>=1){
 383         int scoreL= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain-i);
 384         int scoreR= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain+i);
 385         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d (%d)\n", scoreL, best, scoreR, total_gain);
 386         if(scoreL < FFMIN(best, scoreR)){
 387             best = scoreL;
 388             total_gain -= i;
 389         }else if(scoreR < best){
 390             best = scoreR;
 391             total_gain += i;
 392         }
 393     }
 394 #endif
 395
 396     encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain);
 397     av_assert0((put_bits_count(&s->pb) & 7) == 0);
 398     i= s->block_align - (put_bits_count(&s->pb)+7)/8;
 399     av_assert0(i>=0);
 400     while(i--)
 401         put_bits(&s->pb, 8, 'N');
 402
 403     flush_put_bits(&s->pb);
 404     av_assert0(put_bits_ptr(&s->pb) - s->pb.buf == s->block_align);
 405     return s->block_align;
 406 }
 407
 408 AVCodec ff_wmav1_encoder = {
 409     .name           = "wmav1",
 410     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 411     .id             = CODEC_ID_WMAV1,
 412     .priv_data_size = sizeof(WMACodecContext),
 413     .init           = encode_init,
 414     .encode         = encode_superframe,
 415     .close          = ff_wma_end,
 416     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){AV_SAMPLE_FMT_S16,AV_SAMPLE_FMT_NONE},
 417     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Windows Media Audio 1"),
 418 };
 419
 420 AVCodec ff_wmav2_encoder = {
 421     .name           = "wmav2",
 422     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 423     .id             = CODEC_ID_WMAV2,
 424     .priv_data_size = sizeof(WMACodecContext),
 425     .init           = encode_init,
 426     .encode         = encode_superframe,
 427     .close          = ff_wma_end,
 428     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){AV_SAMPLE_FMT_S16,AV_SAMPLE_FMT_NONE},
 429     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Windows Media Audio 2"),
 430 };