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 "avcodec.h"
  23 #include "wma.h"
  24
  25 #undef NDEBUG
  26 #include <assert.h>
  27
  28
  29 static int encode_init(AVCodecContext * avctx){
  30     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
  31     int i, flags1, flags2;
  32     uint8_t *extradata;
  33
  34     s->avctx = avctx;
  35
  36     if(avctx->channels > MAX_CHANNELS)
  37         return -1;
  38
  39     if(avctx->bit_rate < 24*1000)
  40         return -1;
  41
  42     /* extract flag infos */
  43     flags1 = 0;
  44     flags2 = 1;
  45     if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV1) {
  46         extradata= av_malloc(4);
  47         avctx->extradata_size= 4;
  48         AV_WL16(extradata, flags1);
  49         AV_WL16(extradata+2, flags2);
  50     } else if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV2) {
  51         extradata= av_mallocz(10);
  52         avctx->extradata_size= 10;
  53         AV_WL32(extradata, flags1);
  54         AV_WL16(extradata+4, flags2);
  55     }else
  56         assert(0);
  57     avctx->extradata= extradata;
  58     s->use_exp_vlc = flags2 & 0x0001;
  59     s->use_bit_reservoir = flags2 & 0x0002;
  60     s->use_variable_block_len = flags2 & 0x0004;
  61
  62     ff_wma_init(avctx, flags2);
  63
  64     /* init MDCT */
  65     for(i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
  66         ff_mdct_init(&s->mdct_ctx[i], s->frame_len_bits - i + 1, 0, 1.0);
  67
  68     avctx->block_align=
  69     s->block_align= avctx->bit_rate*(int64_t)s->frame_len / (avctx->sample_rate*8);
  70 //av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d %d\n", s->block_align, avctx->bit_rate, s->frame_len, avctx->sample_rate);
  71     avctx->frame_size= s->frame_len;
  72
  73     return 0;
  74 }
  75
  76
  77 static void apply_window_and_mdct(AVCodecContext * avctx, const signed short * audio, int len) {
  78     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
  79     int window_index= s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
  80     FFTContext *mdct = &s->mdct_ctx[window_index];
  81     int i, j, channel;
  82     const float * win = s->windows[window_index];
  83     int window_len = 1 << s->block_len_bits;
  84     float n = window_len/2;
  85
  86     for (channel = 0; channel < avctx->channels; channel++) {
  87         memcpy(s->output, s->frame_out[channel], sizeof(float)*window_len);
  88         j = channel;
  89         for (i = 0; i < len; i++, j += avctx->channels){
  90             s->output[i+window_len]  = audio[j] / n * win[window_len - i - 1];
  91             s->frame_out[channel][i] = audio[j] / n * win[i];
  92         }
  93         mdct->mdct_calc(mdct, s->coefs[channel], s->output);
  94     }
  95 }
  96
  97 //FIXME use for decoding too
  98 static void init_exp(WMACodecContext *s, int ch, const int *exp_param){
  99     int n;
 100     const uint16_t *ptr;
 101     float v, *q, max_scale, *q_end;
 102
 103     ptr = s->exponent_bands[s->frame_len_bits - s->block_len_bits];
 104     q = s->exponents[ch];
 105     q_end = q + s->block_len;
 106     max_scale = 0;
 107     while (q < q_end) {
 108         /* XXX: use a table */
 109         v = pow(10, *exp_param++ * (1.0 / 16.0));
 110         max_scale= FFMAX(max_scale, v);
 111         n = *ptr++;
 112         do {
 113             *q++ = v;
 114         } while (--n);
 115     }
 116     s->max_exponent[ch] = max_scale;
 117 }
 118
 119 static void encode_exp_vlc(WMACodecContext *s, int ch, const int *exp_param){
 120     int last_exp;
 121     const uint16_t *ptr;
 122     float *q, *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     if (s->version == 1) {
 128         last_exp= *exp_param++;
 129         assert(last_exp-10 >= 0 && last_exp-10 < 32);
 130         put_bits(&s->pb, 5, last_exp - 10);
 131         q+= *ptr++;
 132     }else
 133         last_exp = 36;
 134     while (q < q_end) {
 135         int exp = *exp_param++;
 136         int code = exp - last_exp + 60;
 137         assert(code >= 0 && code < 120);
 138         put_bits(&s->pb, ff_aac_scalefactor_bits[code], ff_aac_scalefactor_code[code]);
 139         /* XXX: use a table */
 140         q+= *ptr++;
 141         last_exp= exp;
 142     }
 143 }
 144
 145 static int encode_block(WMACodecContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], int total_gain){
 146     int v, bsize, ch, coef_nb_bits, parse_exponents;
 147     float mdct_norm;
 148     int nb_coefs[MAX_CHANNELS];
 149     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};
 150
 151     //FIXME remove duplication relative to decoder
 152     if (s->use_variable_block_len) {
 153         assert(0); //FIXME not implemented
 154     }else{
 155         /* fixed block len */
 156         s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 157         s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 158         s->block_len_bits = s->frame_len_bits;
 159     }
 160
 161     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
 162 //     assert((s->block_pos + s->block_len) <= s->frame_len);
 163     bsize = s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
 164
 165     //FIXME factor
 166     v = s->coefs_end[bsize] - s->coefs_start;
 167     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++)
 168         nb_coefs[ch] = v;
 169     {
 170         int n4 = s->block_len / 2;
 171         mdct_norm = 1.0 / (float)n4;
 172         if (s->version == 1) {
 173             mdct_norm *= sqrt(n4);
 174         }
 175     }
 176
 177     if (s->nb_channels == 2) {
 178         put_bits(&s->pb, 1, s->ms_stereo= 1);
 179     }
 180
 181     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 182         s->channel_coded[ch] = 1; //FIXME only set channel_coded when needed, instead of always
 183         if (s->channel_coded[ch]) {
 184             init_exp(s, ch, fixed_exp);
 185         }
 186     }
 187
 188     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 189         if (s->channel_coded[ch]) {
 190             WMACoef *coefs1;
 191             float *coefs, *exponents, mult;
 192             int i, n;
 193
 194             coefs1 = s->coefs1[ch];
 195             exponents = s->exponents[ch];
 196             mult = pow(10, total_gain * 0.05) / s->max_exponent[ch];
 197             mult *= mdct_norm;
 198             coefs = src_coefs[ch];
 199             if (s->use_noise_coding && 0) {
 200                 assert(0); //FIXME not implemented
 201             } else {
 202                 coefs += s->coefs_start;
 203                 n = nb_coefs[ch];
 204                 for(i = 0;i < n; i++){
 205                     double t= *coefs++ / (exponents[i] * mult);
 206                     if(t<-32768 || t>32767)
 207                         return -1;
 208
 209                     coefs1[i] = lrint(t);
 210                 }
 211             }
 212         }
 213     }
 214
 215     v = 0;
 216     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 217         int a = s->channel_coded[ch];
 218         put_bits(&s->pb, 1, a);
 219         v |= a;
 220     }
 221
 222     if (!v)
 223         return 1;
 224
 225     for(v= total_gain-1; v>=127; v-= 127)
 226         put_bits(&s->pb, 7, 127);
 227     put_bits(&s->pb, 7, v);
 228
 229     coef_nb_bits= ff_wma_total_gain_to_bits(total_gain);
 230
 231     if (s->use_noise_coding) {
 232         for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 233             if (s->channel_coded[ch]) {
 234                 int i, n;
 235                 n = s->exponent_high_sizes[bsize];
 236                 for(i=0;i<n;i++) {
 237                     put_bits(&s->pb, 1, s->high_band_coded[ch][i]= 0);
 238                     if (0)
 239                         nb_coefs[ch] -= s->exponent_high_bands[bsize][i];
 240                 }
 241             }
 242         }
 243     }
 244
 245     parse_exponents = 1;
 246     if (s->block_len_bits != s->frame_len_bits) {
 247         put_bits(&s->pb, 1, parse_exponents);
 248     }
 249
 250     if (parse_exponents) {
 251         for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 252             if (s->channel_coded[ch]) {
 253                 if (s->use_exp_vlc) {
 254                     encode_exp_vlc(s, ch, fixed_exp);
 255                 } else {
 256                     assert(0); //FIXME not implemented
 257 //                    encode_exp_lsp(s, ch);
 258                 }
 259             }
 260         }
 261     } else {
 262         assert(0); //FIXME not implemented
 263     }
 264
 265     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 266         if (s->channel_coded[ch]) {
 267             int run, tindex;
 268             WMACoef *ptr, *eptr;
 269             tindex = (ch == 1 && s->ms_stereo);
 270             ptr = &s->coefs1[ch][0];
 271             eptr = ptr + nb_coefs[ch];
 272
 273             run=0;
 274             for(;ptr < eptr; ptr++){
 275                 if(*ptr){
 276                     int level= *ptr;
 277                     int abs_level= FFABS(level);
 278                     int code= 0;
 279                     if(abs_level <= s->coef_vlcs[tindex]->max_level){
 280                         if(run < s->coef_vlcs[tindex]->levels[abs_level-1])
 281                             code= run + s->int_table[tindex][abs_level-1];
 282                     }
 283
 284                     assert(code < s->coef_vlcs[tindex]->n);
 285                     put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[code], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[code]);
 286
 287                     if(code == 0){
 288                         if(1<<coef_nb_bits <= abs_level)
 289                             return -1;
 290
 291
 292                         //Workaround minor rounding differences for the regression tests, FIXME we should find and replace the problematic float by fixpoint for reg tests
 293                         if(abs_level == 0x71B && (s->avctx->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT)) abs_level=0x71A;
 294
 295                         put_bits(&s->pb, coef_nb_bits, abs_level);
 296                         put_bits(&s->pb, s->frame_len_bits, run);
 297                     }
 298                     put_bits(&s->pb, 1, level < 0); //FIXME the sign is fliped somewhere
 299                     run=0;
 300                 }else{
 301                     run++;
 302                 }
 303             }
 304             if(run)
 305                 put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[1], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[1]);
 306         }
 307         if (s->version == 1 && s->nb_channels >= 2) {
 308             align_put_bits(&s->pb);
 309         }
 310     }
 311     return 0;
 312 }
 313
 314 static int encode_frame(WMACodecContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], uint8_t *buf, int buf_size, int total_gain){
 315     init_put_bits(&s->pb, buf, buf_size);
 316
 317     if (s->use_bit_reservoir) {
 318         assert(0);//FIXME not implemented
 319     }else{
 320         if(encode_block(s, src_coefs, total_gain) < 0)
 321             return INT_MAX;
 322     }
 323
 324     align_put_bits(&s->pb);
 325
 326     return put_bits_count(&s->pb)/8 - s->block_align;
 327 }
 328
 329 static int encode_superframe(AVCodecContext *avctx,
 330                             unsigned char *buf, int buf_size, void *data){
 331     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 332     const short *samples = data;
 333     int i, total_gain;
 334
 335     s->block_len_bits= s->frame_len_bits; //required by non variable block len
 336     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
 337
 338     apply_window_and_mdct(avctx, samples, avctx->frame_size);
 339
 340     if (s->ms_stereo) {
 341         float a, b;
 342         int i;
 343
 344         for(i = 0; i < s->block_len; i++) {
 345             a = s->coefs[0][i]*0.5;
 346             b = s->coefs[1][i]*0.5;
 347             s->coefs[0][i] = a + b;
 348             s->coefs[1][i] = a - b;
 349         }
 350     }
 351
 352 #if 1
 353     total_gain= 128;
 354     for(i=64; i; i>>=1){
 355         int error= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain-i);
 356         if(error<0)
 357             total_gain-= i;
 358     }
 359 #else
 360     total_gain= 90;
 361     best= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain);
 362     for(i=32; i; i>>=1){
 363         int scoreL= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain-i);
 364         int scoreR= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain+i);
 365         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d (%d)\n", scoreL, best, scoreR, total_gain);
 366         if(scoreL < FFMIN(best, scoreR)){
 367             best = scoreL;
 368             total_gain -= i;
 369         }else if(scoreR < best){
 370             best = scoreR;
 371             total_gain += i;
 372         }
 373     }
 374 #endif
 375
 376     encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain);
 377     assert((put_bits_count(&s->pb) & 7) == 0);
 378     i= s->block_align - (put_bits_count(&s->pb)+7)/8;
 379     assert(i>=0);
 380     while(i--)
 381         put_bits(&s->pb, 8, 'N');
 382
 383     flush_put_bits(&s->pb);
 384     return put_bits_ptr(&s->pb) - s->pb.buf;
 385 }
 386
 387 AVCodec ff_wmav1_encoder =
 388 {
 389     "wmav1",
 390     AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 391     CODEC_ID_WMAV1,
 392     sizeof(WMACodecContext),
 393     encode_init,
 394     encode_superframe,
 395     ff_wma_end,
 396     .sample_fmts = (const enum AVSampleFormat[]){AV_SAMPLE_FMT_S16,AV_SAMPLE_FMT_NONE},
 397     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Windows Media Audio 1"),
 398 };
 399
 400 AVCodec ff_wmav2_encoder =
 401 {
 402     "wmav2",
 403     AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 404     CODEC_ID_WMAV2,
 405     sizeof(WMACodecContext),
 406     encode_init,
 407     encode_superframe,
 408     ff_wma_end,
 409     .sample_fmts = (const enum AVSampleFormat[]){AV_SAMPLE_FMT_S16,AV_SAMPLE_FMT_NONE},
 410     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Windows Media Audio 2"),
 411 };