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         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many channels: got %i, need %i or fewer",
  38                avctx->channels, MAX_CHANNELS);
  39         return AVERROR(EINVAL);
  40     }
  41
  42     if (avctx->sample_rate > 48000) {
  43         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "sample rate is too high: %d > 48kHz",
  44                avctx->sample_rate);
  45         return AVERROR(EINVAL);
  46     }
  47
  48     if(avctx->bit_rate < 24*1000) {
  49         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "bitrate too low: got %i, need 24000 or higher\n",
  50                avctx->bit_rate);
  51         return AVERROR(EINVAL);
  52     }
  53
  54     /* extract flag infos */
  55     flags1 = 0;
  56     flags2 = 1;
  57     if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV1) {
  58         extradata= av_malloc(4);
  59         avctx->extradata_size= 4;
  60         AV_WL16(extradata, flags1);
  61         AV_WL16(extradata+2, flags2);
  62     } else if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV2) {
  63         extradata= av_mallocz(10);
  64         avctx->extradata_size= 10;
  65         AV_WL32(extradata, flags1);
  66         AV_WL16(extradata+4, flags2);
  67     }else
  68         assert(0);
  69     avctx->extradata= extradata;
  70     s->use_exp_vlc = flags2 & 0x0001;
  71     s->use_bit_reservoir = flags2 & 0x0002;
  72     s->use_variable_block_len = flags2 & 0x0004;
  73
  74     ff_wma_init(avctx, flags2);
  75
  76     /* init MDCT */
  77     for(i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
  78         ff_mdct_init(&s->mdct_ctx[i], s->frame_len_bits - i + 1, 0, 1.0);
  79
  80     s->block_align     = avctx->bit_rate * (int64_t)s->frame_len /
  81                          (avctx->sample_rate * 8);
  82     s->block_align     = FFMIN(s->block_align, MAX_CODED_SUPERFRAME_SIZE);
  83     avctx->block_align = s->block_align;
  84     avctx->bit_rate    = avctx->block_align * 8LL * avctx->sample_rate /
  85                          s->frame_len;
  86 //av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d %d\n", s->block_align, avctx->bit_rate, s->frame_len, avctx->sample_rate);
  87     avctx->frame_size= s->frame_len;
  88
  89     return 0;
  90 }
  91
  92
  93 static void apply_window_and_mdct(AVCodecContext * avctx, const signed short * audio, int len) {
  94     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
  95     int window_index= s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
  96     FFTContext *mdct = &s->mdct_ctx[window_index];
  97     int i, j, channel;
  98     const float * win = s->windows[window_index];
  99     int window_len = 1 << s->block_len_bits;
 100     float n = window_len/2;
 101
 102     for (channel = 0; channel < avctx->channels; channel++) {
 103         memcpy(s->output, s->frame_out[channel], sizeof(float)*window_len);
 104         j = channel;
 105         for (i = 0; i < len; i++, j += avctx->channels){
 106             s->output[i+window_len]  = audio[j] / n * win[window_len - i - 1];
 107             s->frame_out[channel][i] = audio[j] / n * win[i];
 108         }
 109         mdct->mdct_calc(mdct, s->coefs[channel], s->output);
 110     }
 111 }
 112
 113 //FIXME use for decoding too
 114 static void init_exp(WMACodecContext *s, int ch, const int *exp_param){
 115     int n;
 116     const uint16_t *ptr;
 117     float v, *q, max_scale, *q_end;
 118
 119     ptr = s->exponent_bands[s->frame_len_bits - s->block_len_bits];
 120     q = s->exponents[ch];
 121     q_end = q + s->block_len;
 122     max_scale = 0;
 123     while (q < q_end) {
 124         /* XXX: use a table */
 125         v = pow(10, *exp_param++ * (1.0 / 16.0));
 126         max_scale= FFMAX(max_scale, v);
 127         n = *ptr++;
 128         do {
 129             *q++ = v;
 130         } while (--n);
 131     }
 132     s->max_exponent[ch] = max_scale;
 133 }
 134
 135 static void encode_exp_vlc(WMACodecContext *s, int ch, const int *exp_param){
 136     int last_exp;
 137     const uint16_t *ptr;
 138     float *q, *q_end;
 139
 140     ptr = s->exponent_bands[s->frame_len_bits - s->block_len_bits];
 141     q = s->exponents[ch];
 142     q_end = q + s->block_len;
 143     if (s->version == 1) {
 144         last_exp= *exp_param++;
 145         assert(last_exp-10 >= 0 && last_exp-10 < 32);
 146         put_bits(&s->pb, 5, last_exp - 10);
 147         q+= *ptr++;
 148     }else
 149         last_exp = 36;
 150     while (q < q_end) {
 151         int exp = *exp_param++;
 152         int code = exp - last_exp + 60;
 153         assert(code >= 0 && code < 120);
 154         put_bits(&s->pb, ff_aac_scalefactor_bits[code], ff_aac_scalefactor_code[code]);
 155         /* XXX: use a table */
 156         q+= *ptr++;
 157         last_exp= exp;
 158     }
 159 }
 160
 161 static int encode_block(WMACodecContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], int total_gain){
 162     int v, bsize, ch, coef_nb_bits, parse_exponents;
 163     float mdct_norm;
 164     int nb_coefs[MAX_CHANNELS];
 165     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};
 166
 167     //FIXME remove duplication relative to decoder
 168     if (s->use_variable_block_len) {
 169         assert(0); //FIXME not implemented
 170     }else{
 171         /* fixed block len */
 172         s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 173         s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 174         s->block_len_bits = s->frame_len_bits;
 175     }
 176
 177     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
 178 //     assert((s->block_pos + s->block_len) <= s->frame_len);
 179     bsize = s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
 180
 181     //FIXME factor
 182     v = s->coefs_end[bsize] - s->coefs_start;
 183     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++)
 184         nb_coefs[ch] = v;
 185     {
 186         int n4 = s->block_len / 2;
 187         mdct_norm = 1.0 / (float)n4;
 188         if (s->version == 1) {
 189             mdct_norm *= sqrt(n4);
 190         }
 191     }
 192
 193     if (s->nb_channels == 2) {
 194         put_bits(&s->pb, 1, s->ms_stereo= 1);
 195     }
 196
 197     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 198         s->channel_coded[ch] = 1; //FIXME only set channel_coded when needed, instead of always
 199         if (s->channel_coded[ch]) {
 200             init_exp(s, ch, fixed_exp);
 201         }
 202     }
 203
 204     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 205         if (s->channel_coded[ch]) {
 206             WMACoef *coefs1;
 207             float *coefs, *exponents, mult;
 208             int i, n;
 209
 210             coefs1 = s->coefs1[ch];
 211             exponents = s->exponents[ch];
 212             mult = pow(10, total_gain * 0.05) / s->max_exponent[ch];
 213             mult *= mdct_norm;
 214             coefs = src_coefs[ch];
 215             if (s->use_noise_coding && 0) {
 216                 assert(0); //FIXME not implemented
 217             } else {
 218                 coefs += s->coefs_start;
 219                 n = nb_coefs[ch];
 220                 for(i = 0;i < n; i++){
 221                     double t= *coefs++ / (exponents[i] * mult);
 222                     if(t<-32768 || t>32767)
 223                         return -1;
 224
 225                     coefs1[i] = lrint(t);
 226                 }
 227             }
 228         }
 229     }
 230
 231     v = 0;
 232     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 233         int a = s->channel_coded[ch];
 234         put_bits(&s->pb, 1, a);
 235         v |= a;
 236     }
 237
 238     if (!v)
 239         return 1;
 240
 241     for(v= total_gain-1; v>=127; v-= 127)
 242         put_bits(&s->pb, 7, 127);
 243     put_bits(&s->pb, 7, v);
 244
 245     coef_nb_bits= ff_wma_total_gain_to_bits(total_gain);
 246
 247     if (s->use_noise_coding) {
 248         for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 249             if (s->channel_coded[ch]) {
 250                 int i, n;
 251                 n = s->exponent_high_sizes[bsize];
 252                 for(i=0;i<n;i++) {
 253                     put_bits(&s->pb, 1, s->high_band_coded[ch][i]= 0);
 254                     if (0)
 255                         nb_coefs[ch] -= s->exponent_high_bands[bsize][i];
 256                 }
 257             }
 258         }
 259     }
 260
 261     parse_exponents = 1;
 262     if (s->block_len_bits != s->frame_len_bits) {
 263         put_bits(&s->pb, 1, parse_exponents);
 264     }
 265
 266     if (parse_exponents) {
 267         for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 268             if (s->channel_coded[ch]) {
 269                 if (s->use_exp_vlc) {
 270                     encode_exp_vlc(s, ch, fixed_exp);
 271                 } else {
 272                     assert(0); //FIXME not implemented
 273 //                    encode_exp_lsp(s, ch);
 274                 }
 275             }
 276         }
 277     } else {
 278         assert(0); //FIXME not implemented
 279     }
 280
 281     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 282         if (s->channel_coded[ch]) {
 283             int run, tindex;
 284             WMACoef *ptr, *eptr;
 285             tindex = (ch == 1 && s->ms_stereo);
 286             ptr = &s->coefs1[ch][0];
 287             eptr = ptr + nb_coefs[ch];
 288
 289             run=0;
 290             for(;ptr < eptr; ptr++){
 291                 if(*ptr){
 292                     int level= *ptr;
 293                     int abs_level= FFABS(level);
 294                     int code= 0;
 295                     if(abs_level <= s->coef_vlcs[tindex]->max_level){
 296                         if(run < s->coef_vlcs[tindex]->levels[abs_level-1])
 297                             code= run + s->int_table[tindex][abs_level-1];
 298                     }
 299
 300                     assert(code < s->coef_vlcs[tindex]->n);
 301                     put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[code], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[code]);
 302
 303                     if(code == 0){
 304                         if(1<<coef_nb_bits <= abs_level)
 305                             return -1;
 306
 307
 308                         //Workaround minor rounding differences for the regression tests, FIXME we should find and replace the problematic float by fixpoint for reg tests
 309                         if(abs_level == 0x71B && (s->avctx->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT)) abs_level=0x71A;
 310
 311                         put_bits(&s->pb, coef_nb_bits, abs_level);
 312                         put_bits(&s->pb, s->frame_len_bits, run);
 313                     }
 314                     put_bits(&s->pb, 1, level < 0); //FIXME the sign is fliped somewhere
 315                     run=0;
 316                 }else{
 317                     run++;
 318                 }
 319             }
 320             if(run)
 321                 put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[1], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[1]);
 322         }
 323         if (s->version == 1 && s->nb_channels >= 2) {
 324             avpriv_align_put_bits(&s->pb);
 325         }
 326     }
 327     return 0;
 328 }
 329
 330 static int encode_frame(WMACodecContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], uint8_t *buf, int buf_size, int total_gain){
 331     init_put_bits(&s->pb, buf, buf_size);
 332
 333     if (s->use_bit_reservoir) {
 334         assert(0);//FIXME not implemented
 335     }else{
 336         if(encode_block(s, src_coefs, total_gain) < 0)
 337             return INT_MAX;
 338     }
 339
 340     avpriv_align_put_bits(&s->pb);
 341
 342     return put_bits_count(&s->pb)/8 - s->block_align;
 343 }
 344
 345 static int encode_superframe(AVCodecContext *avctx,
 346                             unsigned char *buf, int buf_size, void *data){
 347     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 348     const short *samples = data;
 349     int i, total_gain;
 350
 351     s->block_len_bits= s->frame_len_bits; //required by non variable block len
 352     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
 353
 354     apply_window_and_mdct(avctx, samples, avctx->frame_size);
 355
 356     if (s->ms_stereo) {
 357         float a, b;
 358         int i;
 359
 360         for(i = 0; i < s->block_len; i++) {
 361             a = s->coefs[0][i]*0.5;
 362             b = s->coefs[1][i]*0.5;
 363             s->coefs[0][i] = a + b;
 364             s->coefs[1][i] = a - b;
 365         }
 366     }
 367
 368 #if 1
 369     total_gain= 128;
 370     for(i=64; i; i>>=1){
 371         int error= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain-i);
 372         if(error<0)
 373             total_gain-= i;
 374     }
 375 #else
 376     total_gain= 90;
 377     best= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain);
 378     for(i=32; i; i>>=1){
 379         int scoreL= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain-i);
 380         int scoreR= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain+i);
 381         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d (%d)\n", scoreL, best, scoreR, total_gain);
 382         if(scoreL < FFMIN(best, scoreR)){
 383             best = scoreL;
 384             total_gain -= i;
 385         }else if(scoreR < best){
 386             best = scoreR;
 387             total_gain += i;
 388         }
 389     }
 390 #endif
 391
 392     encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain);
 393     assert((put_bits_count(&s->pb) & 7) == 0);
 394     i= s->block_align - (put_bits_count(&s->pb)+7)/8;
 395     assert(i>=0);
 396     while(i--)
 397         put_bits(&s->pb, 8, 'N');
 398
 399     flush_put_bits(&s->pb);
 400     return put_bits_ptr(&s->pb) - s->pb.buf;
 401 }
 402
 403 AVCodec ff_wmav1_encoder = {
 404     .name           = "wmav1",
 405     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 406     .id             = CODEC_ID_WMAV1,
 407     .priv_data_size = sizeof(WMACodecContext),
 408     .init           = encode_init,
 409     .encode         = encode_superframe,
 410     .close          = ff_wma_end,
 411     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){AV_SAMPLE_FMT_S16,AV_SAMPLE_FMT_NONE},
 412     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Windows Media Audio 1"),
 413 };
 414
 415 AVCodec ff_wmav2_encoder = {
 416     .name           = "wmav2",
 417     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 418     .id             = CODEC_ID_WMAV2,
 419     .priv_data_size = sizeof(WMACodecContext),
 420     .init           = encode_init,
 421     .encode         = encode_superframe,
 422     .close          = ff_wma_end,
 423     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){AV_SAMPLE_FMT_S16,AV_SAMPLE_FMT_NONE},
 424     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Windows Media Audio 2"),
 425 };