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 "internal.h"
  24 #include "wma.h"
  25 #include "libavutil/avassert.h"
  26
  27 #undef NDEBUG
  28 #include <assert.h>
  29
  30
  31 static int encode_init(AVCodecContext * avctx){
  32     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
  33     int i, flags1, flags2;
  34     uint8_t *extradata;
  35
  36     s->avctx = avctx;
  37
  38     if(avctx->channels > MAX_CHANNELS) {
  39         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many channels: got %i, need %i or fewer",
  40                avctx->channels, MAX_CHANNELS);
  41         return AVERROR(EINVAL);
  42     }
  43
  44     if (avctx->sample_rate > 48000) {
  45         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "sample rate is too high: %d > 48kHz",
  46                avctx->sample_rate);
  47         return AVERROR(EINVAL);
  48     }
  49
  50     if(avctx->bit_rate < 24*1000) {
  51         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "bitrate too low: got %i, need 24000 or higher\n",
  52                avctx->bit_rate);
  53         return AVERROR(EINVAL);
  54     }
  55
  56     /* extract flag infos */
  57     flags1 = 0;
  58     flags2 = 1;
  59     if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV1) {
  60         extradata= av_malloc(4);
  61         avctx->extradata_size= 4;
  62         AV_WL16(extradata, flags1);
  63         AV_WL16(extradata+2, flags2);
  64     } else if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV2) {
  65         extradata= av_mallocz(10);
  66         avctx->extradata_size= 10;
  67         AV_WL32(extradata, flags1);
  68         AV_WL16(extradata+4, flags2);
  69     }else
  70         assert(0);
  71     avctx->extradata= extradata;
  72     s->use_exp_vlc = flags2 & 0x0001;
  73     s->use_bit_reservoir = flags2 & 0x0002;
  74     s->use_variable_block_len = flags2 & 0x0004;
  75     if (avctx->channels == 2)
  76         s->ms_stereo = 1;
  77
  78     ff_wma_init(avctx, flags2);
  79
  80     /* init MDCT */
  81     for(i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
  82         ff_mdct_init(&s->mdct_ctx[i], s->frame_len_bits - i + 1, 0, 1.0);
  83
  84     s->block_align     = avctx->bit_rate * (int64_t)s->frame_len /
  85                          (avctx->sample_rate * 8);
  86     s->block_align     = FFMIN(s->block_align, MAX_CODED_SUPERFRAME_SIZE);
  87     avctx->block_align = s->block_align;
  88     avctx->bit_rate    = avctx->block_align * 8LL * avctx->sample_rate /
  89                          s->frame_len;
  90 //av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d %d\n", s->block_align, avctx->bit_rate, s->frame_len, avctx->sample_rate);
  91     avctx->frame_size = avctx->delay = s->frame_len;
  92
  93 #if FF_API_OLD_ENCODE_AUDIO
  94     avctx->coded_frame = &s->frame;
  95     avcodec_get_frame_defaults(avctx->coded_frame);
  96 #endif
  97
  98     return 0;
  99 }
 100
 101
 102 static void apply_window_and_mdct(AVCodecContext * avctx, const signed short * audio, int len) {
 103     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 104     int window_index= s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
 105     FFTContext *mdct = &s->mdct_ctx[window_index];
 106     int i, j, channel;
 107     const float * win = s->windows[window_index];
 108     int window_len = 1 << s->block_len_bits;
 109     float n = window_len/2;
 110
 111     for (channel = 0; channel < avctx->channels; channel++) {
 112         memcpy(s->output, s->frame_out[channel], sizeof(float)*window_len);
 113         j = channel;
 114         for (i = 0; i < len; i++, j += avctx->channels){
 115             s->output[i+window_len]  = audio[j] / n * win[window_len - i - 1];
 116             s->frame_out[channel][i] = audio[j] / n * win[i];
 117         }
 118         mdct->mdct_calc(mdct, s->coefs[channel], s->output);
 119     }
 120 }
 121
 122 //FIXME use for decoding too
 123 static void init_exp(WMACodecContext *s, int ch, const int *exp_param){
 124     int n;
 125     const uint16_t *ptr;
 126     float v, *q, max_scale, *q_end;
 127
 128     ptr = s->exponent_bands[s->frame_len_bits - s->block_len_bits];
 129     q = s->exponents[ch];
 130     q_end = q + s->block_len;
 131     max_scale = 0;
 132     while (q < q_end) {
 133         /* XXX: use a table */
 134         v = pow(10, *exp_param++ * (1.0 / 16.0));
 135         max_scale= FFMAX(max_scale, v);
 136         n = *ptr++;
 137         do {
 138             *q++ = v;
 139         } while (--n);
 140     }
 141     s->max_exponent[ch] = max_scale;
 142 }
 143
 144 static void encode_exp_vlc(WMACodecContext *s, int ch, const int *exp_param){
 145     int last_exp;
 146     const uint16_t *ptr;
 147     float *q, *q_end;
 148
 149     ptr = s->exponent_bands[s->frame_len_bits - s->block_len_bits];
 150     q = s->exponents[ch];
 151     q_end = q + s->block_len;
 152     if (s->version == 1) {
 153         last_exp= *exp_param++;
 154         assert(last_exp-10 >= 0 && last_exp-10 < 32);
 155         put_bits(&s->pb, 5, last_exp - 10);
 156         q+= *ptr++;
 157     }else
 158         last_exp = 36;
 159     while (q < q_end) {
 160         int exp = *exp_param++;
 161         int code = exp - last_exp + 60;
 162         assert(code >= 0 && code < 120);
 163         put_bits(&s->pb, ff_aac_scalefactor_bits[code], ff_aac_scalefactor_code[code]);
 164         /* XXX: use a table */
 165         q+= *ptr++;
 166         last_exp= exp;
 167     }
 168 }
 169
 170 static int encode_block(WMACodecContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], int total_gain){
 171     int v, bsize, ch, coef_nb_bits, parse_exponents;
 172     float mdct_norm;
 173     int nb_coefs[MAX_CHANNELS];
 174     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};
 175
 176     //FIXME remove duplication relative to decoder
 177     if (s->use_variable_block_len) {
 178         assert(0); //FIXME not implemented
 179     }else{
 180         /* fixed block len */
 181         s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 182         s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
 183         s->block_len_bits = s->frame_len_bits;
 184     }
 185
 186     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
 187 //     assert((s->block_pos + s->block_len) <= s->frame_len);
 188     bsize = s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
 189
 190     //FIXME factor
 191     v = s->coefs_end[bsize] - s->coefs_start;
 192     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++)
 193         nb_coefs[ch] = v;
 194     {
 195         int n4 = s->block_len / 2;
 196         mdct_norm = 1.0 / (float)n4;
 197         if (s->version == 1) {
 198             mdct_norm *= sqrt(n4);
 199         }
 200     }
 201
 202     if (s->nb_channels == 2) {
 203         put_bits(&s->pb, 1, !!s->ms_stereo);
 204     }
 205
 206     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 207         s->channel_coded[ch] = 1; //FIXME only set channel_coded when needed, instead of always
 208         if (s->channel_coded[ch]) {
 209             init_exp(s, ch, fixed_exp);
 210         }
 211     }
 212
 213     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 214         if (s->channel_coded[ch]) {
 215             WMACoef *coefs1;
 216             float *coefs, *exponents, mult;
 217             int i, n;
 218
 219             coefs1 = s->coefs1[ch];
 220             exponents = s->exponents[ch];
 221             mult = pow(10, total_gain * 0.05) / s->max_exponent[ch];
 222             mult *= mdct_norm;
 223             coefs = src_coefs[ch];
 224             if (s->use_noise_coding && 0) {
 225                 assert(0); //FIXME not implemented
 226             } else {
 227                 coefs += s->coefs_start;
 228                 n = nb_coefs[ch];
 229                 for(i = 0;i < n; i++){
 230                     double t= *coefs++ / (exponents[i] * mult);
 231                     if(t<-32768 || t>32767)
 232                         return -1;
 233
 234                     coefs1[i] = lrint(t);
 235                 }
 236             }
 237         }
 238     }
 239
 240     v = 0;
 241     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 242         int a = s->channel_coded[ch];
 243         put_bits(&s->pb, 1, a);
 244         v |= a;
 245     }
 246
 247     if (!v)
 248         return 1;
 249
 250     for(v= total_gain-1; v>=127; v-= 127)
 251         put_bits(&s->pb, 7, 127);
 252     put_bits(&s->pb, 7, v);
 253
 254     coef_nb_bits= ff_wma_total_gain_to_bits(total_gain);
 255
 256     if (s->use_noise_coding) {
 257         for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 258             if (s->channel_coded[ch]) {
 259                 int i, n;
 260                 n = s->exponent_high_sizes[bsize];
 261                 for(i=0;i<n;i++) {
 262                     put_bits(&s->pb, 1, s->high_band_coded[ch][i]= 0);
 263                     if (0)
 264                         nb_coefs[ch] -= s->exponent_high_bands[bsize][i];
 265                 }
 266             }
 267         }
 268     }
 269
 270     parse_exponents = 1;
 271     if (s->block_len_bits != s->frame_len_bits) {
 272         put_bits(&s->pb, 1, parse_exponents);
 273     }
 274
 275     if (parse_exponents) {
 276         for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 277             if (s->channel_coded[ch]) {
 278                 if (s->use_exp_vlc) {
 279                     encode_exp_vlc(s, ch, fixed_exp);
 280                 } else {
 281                     assert(0); //FIXME not implemented
 282 //                    encode_exp_lsp(s, ch);
 283                 }
 284             }
 285         }
 286     } else {
 287         assert(0); //FIXME not implemented
 288     }
 289
 290     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 291         if (s->channel_coded[ch]) {
 292             int run, tindex;
 293             WMACoef *ptr, *eptr;
 294             tindex = (ch == 1 && s->ms_stereo);
 295             ptr = &s->coefs1[ch][0];
 296             eptr = ptr + nb_coefs[ch];
 297
 298             run=0;
 299             for(;ptr < eptr; ptr++){
 300                 if(*ptr){
 301                     int level= *ptr;
 302                     int abs_level= FFABS(level);
 303                     int code= 0;
 304                     if(abs_level <= s->coef_vlcs[tindex]->max_level){
 305                         if(run < s->coef_vlcs[tindex]->levels[abs_level-1])
 306                             code= run + s->int_table[tindex][abs_level-1];
 307                     }
 308
 309                     assert(code < s->coef_vlcs[tindex]->n);
 310                     put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[code], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[code]);
 311
 312                     if(code == 0){
 313                         if(1<<coef_nb_bits <= abs_level)
 314                             return -1;
 315
 316                         put_bits(&s->pb, coef_nb_bits, abs_level);
 317                         put_bits(&s->pb, s->frame_len_bits, run);
 318                     }
 319                     put_bits(&s->pb, 1, level < 0); //FIXME the sign is fliped somewhere
 320                     run=0;
 321                 }else{
 322                     run++;
 323                 }
 324             }
 325             if(run)
 326                 put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[1], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[1]);
 327         }
 328         if (s->version == 1 && s->nb_channels >= 2) {
 329             avpriv_align_put_bits(&s->pb);
 330         }
 331     }
 332     return 0;
 333 }
 334
 335 static int encode_frame(WMACodecContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], uint8_t *buf, int buf_size, int total_gain){
 336     init_put_bits(&s->pb, buf, buf_size);
 337
 338     if (s->use_bit_reservoir) {
 339         assert(0);//FIXME not implemented
 340     }else{
 341         if(encode_block(s, src_coefs, total_gain) < 0)
 342             return INT_MAX;
 343     }
 344
 345     avpriv_align_put_bits(&s->pb);
 346
 347     return put_bits_count(&s->pb)/8 - s->block_align;
 348 }
 349
 350 static int encode_superframe(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
 351                              const AVFrame *frame, int *got_packet_ptr)
 352 {
 353     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
 354     const int16_t *samples = (const int16_t *)frame->data[0];
 355     int i, total_gain, ret;
 356
 357     s->block_len_bits= s->frame_len_bits; //required by non variable block len
 358     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
 359
 360     apply_window_and_mdct(avctx, samples, frame->nb_samples);
 361
 362     if (s->ms_stereo) {
 363         float a, b;
 364         int i;
 365
 366         for(i = 0; i < s->block_len; i++) {
 367             a = s->coefs[0][i]*0.5;
 368             b = s->coefs[1][i]*0.5;
 369             s->coefs[0][i] = a + b;
 370             s->coefs[1][i] = a - b;
 371         }
 372     }
 373
 374     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, avpkt, 2 * MAX_CODED_SUPERFRAME_SIZE)))
 375         return ret;
 376
 377 #if 1
 378     total_gain= 128;
 379     for(i=64; i; i>>=1){
 380         int error = encode_frame(s, s->coefs, avpkt->data, avpkt->size,
 381                                  total_gain - i);
 382         if(error<0)
 383             total_gain-= i;
 384     }
 385 #else
 386     total_gain= 90;
 387     best = encode_frame(s, s->coefs, avpkt->data, avpkt->size, total_gain);
 388     for(i=32; i; i>>=1){
 389         int scoreL = encode_frame(s, s->coefs, avpkt->data, avpkt->size, total_gain - i);
 390         int scoreR = encode_frame(s, s->coefs, avpkt->data, avpkt->size, total_gain + i);
 391         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d (%d)\n", scoreL, best, scoreR, total_gain);
 392         if(scoreL < FFMIN(best, scoreR)){
 393             best = scoreL;
 394             total_gain -= i;
 395         }else if(scoreR < best){
 396             best = scoreR;
 397             total_gain += i;
 398         }
 399     }
 400 #endif
 401
 402     encode_frame(s, s->coefs, avpkt->data, avpkt->size, total_gain);
 403     av_assert0((put_bits_count(&s->pb) & 7) == 0);
 404     i= s->block_align - (put_bits_count(&s->pb)+7)/8;
 405     av_assert0(i>=0);
 406     while(i--)
 407         put_bits(&s->pb, 8, 'N');
 408
 409     flush_put_bits(&s->pb);
 410     av_assert0(put_bits_ptr(&s->pb) - s->pb.buf == s->block_align);
 411
 412     if (frame->pts != AV_NOPTS_VALUE)
 413         avpkt->pts = frame->pts - ff_samples_to_time_base(avctx, avctx->delay);
 414
 415     avpkt->size = s->block_align;
 416     *got_packet_ptr = 1;
 417     return 0;
 418 }
 419
 420 AVCodec ff_wmav1_encoder = {
 421     .name           = "wmav1",
 422     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 423     .id             = CODEC_ID_WMAV1,
 424     .priv_data_size = sizeof(WMACodecContext),
 425     .init           = encode_init,
 426     .encode2        = encode_superframe,
 427     .close          = ff_wma_end,
 428     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_S16,
 429                                                      AV_SAMPLE_FMT_NONE },
 430     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Windows Media Audio 1"),
 431 };
 432
 433 AVCodec ff_wmav2_encoder = {
 434     .name           = "wmav2",
 435     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 436     .id             = CODEC_ID_WMAV2,
 437     .priv_data_size = sizeof(WMACodecContext),
 438     .init           = encode_init,
 439     .encode2        = encode_superframe,
 440     .close          = ff_wma_end,
 441     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_S16,
 442                                                      AV_SAMPLE_FMT_NONE },
 443     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Windows Media Audio 2"),
 444 };