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 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 "internal.h"
  25 #include "wma.h"
  26
  27 #undef NDEBUG
  28 #include <assert.h>
  29
  30
  31 static av_cold int encode_init(AVCodecContext *avctx)
  32 {
  33     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
  34     int i, flags1, flags2, block_align;
  35     uint8_t *extradata;
  36
  37     s->avctx = avctx;
  38
  39     if(avctx->channels > MAX_CHANNELS) {
  40         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many channels: got %i, need %i or fewer",
  41                avctx->channels, MAX_CHANNELS);
  42         return AVERROR(EINVAL);
  43     }
  44
  45     if (avctx->sample_rate > 48000) {
  46         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "sample rate is too high: %d > 48kHz",
  47                avctx->sample_rate);
  48         return AVERROR(EINVAL);
  49     }
  50
  51     if(avctx->bit_rate < 24*1000) {
  52         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "bitrate too low: got %i, need 24000 or higher\n",
  53                avctx->bit_rate);
  54         return AVERROR(EINVAL);
  55     }
  56
  57     /* extract flag infos */
  58     flags1 = 0;
  59     flags2 = 1;
  60     if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_WMAV1) {
  61         extradata= av_malloc(4);
  62         avctx->extradata_size= 4;
  63         AV_WL16(extradata, flags1);
  64         AV_WL16(extradata+2, flags2);
  65     } else if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_WMAV2) {
  66         extradata= av_mallocz(10);
  67         avctx->extradata_size= 10;
  68         AV_WL32(extradata, flags1);
  69         AV_WL16(extradata+4, flags2);
  70     }else
  71         assert(0);
  72     avctx->extradata= extradata;
  73     s->use_exp_vlc = flags2 & 0x0001;
  74     s->use_bit_reservoir = flags2 & 0x0002;
  75     s->use_variable_block_len = flags2 & 0x0004;
  76     if (avctx->channels == 2)
  77         s->ms_stereo = 1;
  78
  79     ff_wma_init(avctx, flags2);
  80
  81     /* init MDCT */
  82     for(i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
  83         ff_mdct_init(&s->mdct_ctx[i], s->frame_len_bits - i + 1, 0, 1.0);
  84
  85     block_align        = avctx->bit_rate * (int64_t)s->frame_len /
  86                          (avctx->sample_rate * 8);
  87     block_align        = FFMIN(block_align, MAX_CODED_SUPERFRAME_SIZE);
  88     avctx->block_align = block_align;
  89     avctx->bit_rate    = avctx->block_align * 8LL * avctx->sample_rate /
  90                          s->frame_len;
  91     avctx->frame_size = avctx->delay = s->frame_len;
  92
  93     return 0;
  94 }
  95
  96
  97 static void apply_window_and_mdct(AVCodecContext * avctx, const AVFrame *frame)
  98 {
  99     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 100     float **audio      = (float **)frame->extended_data;
 101     int len            = frame->nb_samples;
 102     int window_index= s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
 103     FFTContext *mdct = &s->mdct_ctx[window_index];
 104     int ch;
 105     const float * win = s->windows[window_index];
 106     int window_len = 1 << s->block_len_bits;
 107     float n = 2.0 * 32768.0 / window_len;
 108
 109     for (ch = 0; ch < avctx->channels; ch++) {
 110         memcpy(s->output, s->frame_out[ch], window_len * sizeof(*s->output));
 111         s->fdsp.vector_fmul_scalar(s->frame_out[ch], audio[ch], n, len);
 112         s->fdsp.vector_fmul_reverse(&s->output[window_len], s->frame_out[ch], win, len);
 113         s->fdsp.vector_fmul(s->frame_out[ch], s->frame_out[ch], win, len);
 114         mdct->mdct_calc(mdct, s->coefs[ch], s->output);
 115     }
 116 }
 117
 118 //FIXME use for decoding too
 119 static void init_exp(WMACodecContext *s, int ch, const int *exp_param){
 120     int n;
 121     const uint16_t *ptr;
 122     float v, *q, max_scale, *q_end;
 123
 124     ptr = s->exponent_bands[s->frame_len_bits - s->block_len_bits];
 125     q = s->exponents[ch];
 126     q_end = q + s->block_len;
 127     max_scale = 0;
 128     while (q < q_end) {
 129         /* XXX: use a table */
 130         v = pow(10, *exp_param++ * (1.0 / 16.0));
 131         max_scale= FFMAX(max_scale, v);
 132         n = *ptr++;
 133         do {
 134             *q++ = v;
 135         } while (--n);
 136     }
 137     s->max_exponent[ch] = max_scale;
 138 }
 139
 140 static void encode_exp_vlc(WMACodecContext *s, int ch, const int *exp_param){
 141     int last_exp;
 142     const uint16_t *ptr;
 143     float *q, *q_end;
 144
 145     ptr = s->exponent_bands[s->frame_len_bits - s->block_len_bits];
 146     q = s->exponents[ch];
 147     q_end = q + s->block_len;
 148     if (s->version == 1) {
 149         last_exp= *exp_param++;
 150         assert(last_exp-10 >= 0 && last_exp-10 < 32);
 151         put_bits(&s->pb, 5, last_exp - 10);
 152         q+= *ptr++;
 153     }else
 154         last_exp = 36;
 155     while (q < q_end) {
 156         int exp = *exp_param++;
 157         int code = exp - last_exp + 60;
 158         assert(code >= 0 && code < 120);
 159         put_bits(&s->pb, ff_aac_scalefactor_bits[code], ff_aac_scalefactor_code[code]);
 160         /* XXX: use a table */
 161         q+= *ptr++;
 162         last_exp= exp;
 163     }
 164 }
 165
 166 static int encode_block(WMACodecContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], int total_gain){
 167     int v, bsize, ch, coef_nb_bits, parse_exponents;
 168     float mdct_norm;
 169     int nb_coefs[MAX_CHANNELS];
 170     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};
 171
 172     //FIXME remove duplication relative to decoder
 173     if (s->use_variable_block_len) {
 174         assert(0); //FIXME not implemented
 175     }else{
 176         /* fixed block len */
 177         s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 178         s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 179         s->block_len_bits = s->frame_len_bits;
 180     }
 181
 182     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
 183 //     assert((s->block_pos + s->block_len) <= s->frame_len);
 184     bsize = s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
 185
 186     //FIXME factor
 187     v = s->coefs_end[bsize] - s->coefs_start;
 188     for (ch = 0; ch < s->avctx->channels; ch++)
 189         nb_coefs[ch] = v;
 190     {
 191         int n4 = s->block_len / 2;
 192         mdct_norm = 1.0 / (float)n4;
 193         if (s->version == 1) {
 194             mdct_norm *= sqrt(n4);
 195         }
 196     }
 197
 198     if (s->avctx->channels == 2) {
 199         put_bits(&s->pb, 1, !!s->ms_stereo);
 200     }
 201
 202     for (ch = 0; ch < s->avctx->channels; ch++) {
 203         s->channel_coded[ch] = 1; //FIXME only set channel_coded when needed, instead of always
 204         if (s->channel_coded[ch]) {
 205             init_exp(s, ch, fixed_exp);
 206         }
 207     }
 208
 209     for (ch = 0; ch < s->avctx->channels; ch++) {
 210         if (s->channel_coded[ch]) {
 211             WMACoef *coefs1;
 212             float *coefs, *exponents, mult;
 213             int i, n;
 214
 215             coefs1 = s->coefs1[ch];
 216             exponents = s->exponents[ch];
 217             mult = pow(10, total_gain * 0.05) / s->max_exponent[ch];
 218             mult *= mdct_norm;
 219             coefs = src_coefs[ch];
 220             if (s->use_noise_coding && 0) {
 221                 assert(0); //FIXME not implemented
 222             } else {
 223                 coefs += s->coefs_start;
 224                 n = nb_coefs[ch];
 225                 for(i = 0;i < n; i++){
 226                     double t= *coefs++ / (exponents[i] * mult);
 227                     if(t<-32768 || t>32767)
 228                         return -1;
 229
 230                     coefs1[i] = lrint(t);
 231                 }
 232             }
 233         }
 234     }
 235
 236     v = 0;
 237     for (ch = 0; ch < s->avctx->channels; ch++) {
 238         int a = s->channel_coded[ch];
 239         put_bits(&s->pb, 1, a);
 240         v |= a;
 241     }
 242
 243     if (!v)
 244         return 1;
 245
 246     for(v= total_gain-1; v>=127; v-= 127)
 247         put_bits(&s->pb, 7, 127);
 248     put_bits(&s->pb, 7, v);
 249
 250     coef_nb_bits= ff_wma_total_gain_to_bits(total_gain);
 251
 252     if (s->use_noise_coding) {
 253         for (ch = 0; ch < s->avctx->channels; ch++) {
 254             if (s->channel_coded[ch]) {
 255                 int i, n;
 256                 n = s->exponent_high_sizes[bsize];
 257                 for(i=0;i<n;i++) {
 258                     put_bits(&s->pb, 1, s->high_band_coded[ch][i]= 0);
 259                     if (0)
 260                         nb_coefs[ch] -= s->exponent_high_bands[bsize][i];
 261                 }
 262             }
 263         }
 264     }
 265
 266     parse_exponents = 1;
 267     if (s->block_len_bits != s->frame_len_bits) {
 268         put_bits(&s->pb, 1, parse_exponents);
 269     }
 270
 271     if (parse_exponents) {
 272         for (ch = 0; ch < s->avctx->channels; ch++) {
 273             if (s->channel_coded[ch]) {
 274                 if (s->use_exp_vlc) {
 275                     encode_exp_vlc(s, ch, fixed_exp);
 276                 } else {
 277                     assert(0); //FIXME not implemented
 278 //                    encode_exp_lsp(s, ch);
 279                 }
 280             }
 281         }
 282     } else {
 283         assert(0); //FIXME not implemented
 284     }
 285
 286     for (ch = 0; ch < s->avctx->channels; ch++) {
 287         if (s->channel_coded[ch]) {
 288             int run, tindex;
 289             WMACoef *ptr, *eptr;
 290             tindex = (ch == 1 && s->ms_stereo);
 291             ptr = &s->coefs1[ch][0];
 292             eptr = ptr + nb_coefs[ch];
 293
 294             run=0;
 295             for(;ptr < eptr; ptr++){
 296                 if(*ptr){
 297                     int level= *ptr;
 298                     int abs_level= FFABS(level);
 299                     int code= 0;
 300                     if(abs_level <= s->coef_vlcs[tindex]->max_level){
 301                         if(run < s->coef_vlcs[tindex]->levels[abs_level-1])
 302                             code= run + s->int_table[tindex][abs_level-1];
 303                     }
 304
 305                     assert(code < s->coef_vlcs[tindex]->n);
 306                     put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[code], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[code]);
 307
 308                     if(code == 0){
 309                         if(1<<coef_nb_bits <= abs_level)
 310                             return -1;
 311
 312                         put_bits(&s->pb, coef_nb_bits, abs_level);
 313                         put_bits(&s->pb, s->frame_len_bits, run);
 314                     }
 315                     put_bits(&s->pb, 1, level < 0); //FIXME the sign is fliped somewhere
 316                     run=0;
 317                 }else{
 318                     run++;
 319                 }
 320             }
 321             if(run)
 322                 put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[1], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[1]);
 323         }
 324         if (s->version == 1 && s->avctx->channels >= 2) {
 325             avpriv_align_put_bits(&s->pb);
 326         }
 327     }
 328     return 0;
 329 }
 330
 331 static int encode_frame(WMACodecContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], uint8_t *buf, int buf_size, int total_gain){
 332     init_put_bits(&s->pb, buf, buf_size);
 333
 334     if (s->use_bit_reservoir) {
 335         assert(0);//FIXME not implemented
 336     }else{
 337         if(encode_block(s, src_coefs, total_gain) < 0)
 338             return INT_MAX;
 339     }
 340
 341     avpriv_align_put_bits(&s->pb);
 342
 343     return put_bits_count(&s->pb) / 8 - s->avctx->block_align;
 344 }
 345
 346 static int encode_superframe(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
 347                              const AVFrame *frame, int *got_packet_ptr)
 348 {
 349     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 350     int i, total_gain, ret;
 351
 352     s->block_len_bits= s->frame_len_bits; //required by non variable block len
 353     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
 354
 355     apply_window_and_mdct(avctx, frame);
 356
 357     if (s->ms_stereo) {
 358         float a, b;
 359         int i;
 360
 361         for(i = 0; i < s->block_len; i++) {
 362             a = s->coefs[0][i]*0.5;
 363             b = s->coefs[1][i]*0.5;
 364             s->coefs[0][i] = a + b;
 365             s->coefs[1][i] = a - b;
 366         }
 367     }
 368
 369     if ((ret = ff_alloc_packet(avpkt, 2 * MAX_CODED_SUPERFRAME_SIZE))) {
 370         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error getting output packet\n");
 371         return ret;
 372     }
 373
 374 #if 1
 375     total_gain= 128;
 376     for(i=64; i; i>>=1){
 377         int error = encode_frame(s, s->coefs, avpkt->data, avpkt->size,
 378                                  total_gain - i);
 379         if(error<0)
 380             total_gain-= i;
 381     }
 382 #else
 383     total_gain= 90;
 384     best = encode_frame(s, s->coefs, avpkt->data, avpkt->size, total_gain);
 385     for(i=32; i; i>>=1){
 386         int scoreL = encode_frame(s, s->coefs, avpkt->data, avpkt->size, total_gain - i);
 387         int scoreR = encode_frame(s, s->coefs, avpkt->data, avpkt->size, total_gain + i);
 388         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d (%d)\n", scoreL, best, scoreR, total_gain);
 389         if(scoreL < FFMIN(best, scoreR)){
 390             best = scoreL;
 391             total_gain -= i;
 392         }else if(scoreR < best){
 393             best = scoreR;
 394             total_gain += i;
 395         }
 396     }
 397 #endif
 398
 399     if ((i = encode_frame(s, s->coefs, avpkt->data, avpkt->size, total_gain)) >= 0) {
 400         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "required frame size too large. please "
 401                "use a higher bit rate.\n");
 402         return AVERROR(EINVAL);
 403     }
 404     assert((put_bits_count(&s->pb) & 7) == 0);
 405     while (i++)
 406         put_bits(&s->pb, 8, 'N');
 407
 408     flush_put_bits(&s->pb);
 409
 410     if (frame->pts != AV_NOPTS_VALUE)
 411         avpkt->pts = frame->pts - ff_samples_to_time_base(avctx, avctx->delay);
 412
 413     avpkt->size = avctx->block_align;
 414     *got_packet_ptr = 1;
 415     return 0;
 416 }
 417
 418 AVCodec ff_wmav1_encoder = {
 419     .name           = "wmav1",
 420     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Windows Media Audio 1"),
 421     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 422     .id             = AV_CODEC_ID_WMAV1,
 423     .priv_data_size = sizeof(WMACodecContext),
 424     .init           = encode_init,
 425     .encode2        = encode_superframe,
 426     .close          = ff_wma_end,
 427     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_FLTP,
 428                                                      AV_SAMPLE_FMT_NONE },
 429 };
 430
 431 AVCodec ff_wmav2_encoder = {
 432     .name           = "wmav2",
 433     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Windows Media Audio 2"),
 434     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 435     .id             = AV_CODEC_ID_WMAV2,
 436     .priv_data_size = sizeof(WMACodecContext),
 437     .init           = encode_init,
 438     .encode2        = encode_superframe,
 439     .close          = ff_wma_end,
 440     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_FLTP,
 441                                                      AV_SAMPLE_FMT_NONE },
 442 };