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
  25 #undef NDEBUG
  26 #include <assert.h>
  27
  28
  29 static int encode_init(AVCodecContext * avctx){
  30     WMADecodeContext *s = avctx->priv_data;
  31     int i, flags1, flags2;
  32     uint8_t *extradata;
  33
  34     if(avctx->channels > MAX_CHANNELS)
  35         return -1;
  36
  37     /* extract flag infos */
  38     flags1 = 0;
  39     flags2 = 1;
  40     if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV1) {
  41         extradata= av_malloc(4);
  42         avctx->extradata_size= 4;
  43         extradata[0] = flags1;
  44         extradata[1] = flags1>>8;
  45         extradata[2] = flags2;
  46         extradata[3] = flags2>>8;
  47     } else if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV2) {
  48         extradata= av_mallocz(10);
  49         avctx->extradata_size= 10;
  50         extradata[0] = flags1;
  51         extradata[1] = flags1>>8;
  52         extradata[2] = flags1>>16;
  53         extradata[3] = flags1>>24;
  54         extradata[4] = flags2;
  55         extradata[5] = flags2>>8;
  56     }else
  57         assert(0);
  58     avctx->extradata= extradata;
  59     s->use_exp_vlc = flags2 & 0x0001;
  60     s->use_bit_reservoir = flags2 & 0x0002;
  61     s->use_variable_block_len = flags2 & 0x0004;
  62
  63     ff_wma_init(avctx, flags2);
  64
  65     /* init MDCT */
  66     for(i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
  67         ff_mdct_init(&s->mdct_ctx[i], s->frame_len_bits - i + 1, 0);
  68
  69     avctx->block_align=
  70     s->block_align= avctx->bit_rate*(int64_t)s->frame_len / (avctx->sample_rate*8);
  71 //av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d %d\n", s->block_align, avctx->bit_rate, s->frame_len, avctx->sample_rate);
  72     avctx->frame_size= s->frame_len;
  73
  74     return 0;
  75 }
  76
  77
  78 static void apply_window_and_mdct(AVCodecContext * avctx, signed short * audio, int len) {
  79     WMADecodeContext *s = avctx->priv_data;
  80     int window_index= s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
  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[i];
  91             s->frame_out[channel][i] = audio[j] / n * win[window_len - i - 1];
  92         }
  93         ff_mdct_calc(&s->mdct_ctx[window_index], s->coefs[channel], s->output, s->mdct_tmp);
  94     }
  95 }
  96
  97 //FIXME use for decoding too
  98 static void init_exp(WMADecodeContext *s, int ch, 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(WMADecodeContext *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_wma_scale_huffbits[code], ff_wma_scale_huffcodes[code]);
 139         /* XXX: use a table */
 140         q+= *ptr++;
 141         last_exp= exp;
 142     }
 143 }
 144
 145 static int encode_block(WMADecodeContext *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         if (s->channel_coded[ch]= 1) { //FIXME
 183             init_exp(s, ch, fixed_exp);
 184         }
 185     }
 186
 187     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 188         if (s->channel_coded[ch]) {
 189             int16_t *coefs1;
 190             float *coefs, *exponents, mult;
 191             int i, n;
 192
 193             coefs1 = s->coefs1[ch];
 194             exponents = s->exponents[ch];
 195             mult = pow(10, total_gain * 0.05) / s->max_exponent[ch];
 196             mult *= mdct_norm;
 197             coefs = src_coefs[ch];
 198             if (s->use_noise_coding && 0) {
 199                 assert(0); //FIXME not implemented
 200             } else {
 201                 coefs += s->coefs_start;
 202                 n = nb_coefs[ch];
 203                 for(i = 0;i < n; i++){
 204                     double t= *coefs++ / (exponents[i] * mult);
 205                     if(t<-32768 || t>32767)
 206                         return -1;
 207
 208                     coefs1[i] = lrint(t);
 209                 }
 210             }
 211         }
 212     }
 213
 214     v = 0;
 215     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 216         int a = s->channel_coded[ch];
 217         put_bits(&s->pb, 1, a);
 218         v |= a;
 219     }
 220
 221     if (!v)
 222         return 1;
 223
 224     for(v= total_gain-1; v>=127; v-= 127)
 225         put_bits(&s->pb, 7, 127);
 226     put_bits(&s->pb, 7, v);
 227
 228     coef_nb_bits= ff_wma_total_gain_to_bits(total_gain);
 229
 230     if (s->use_noise_coding) {
 231         for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 232             if (s->channel_coded[ch]) {
 233                 int i, n;
 234                 n = s->exponent_high_sizes[bsize];
 235                 for(i=0;i<n;i++) {
 236                     put_bits(&s->pb, 1, s->high_band_coded[ch][i]= 0);
 237                     if (0)
 238                         nb_coefs[ch] -= s->exponent_high_bands[bsize][i];
 239                 }
 240             }
 241         }
 242     }
 243
 244     parse_exponents = 1;
 245     if (s->block_len_bits != s->frame_len_bits) {
 246         put_bits(&s->pb, 1, parse_exponents);
 247     }
 248
 249     if (parse_exponents) {
 250         for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 251             if (s->channel_coded[ch]) {
 252                 if (s->use_exp_vlc) {
 253                     encode_exp_vlc(s, ch, fixed_exp);
 254                 } else {
 255                     assert(0); //FIXME not implemented
 256 //                    encode_exp_lsp(s, ch);
 257                 }
 258             }
 259         }
 260     } else {
 261         assert(0); //FIXME not implemented
 262     }
 263
 264     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
 265         if (s->channel_coded[ch]) {
 266             int run, tindex;
 267             int16_t *ptr, *eptr;
 268             tindex = (ch == 1 && s->ms_stereo);
 269             ptr = &s->coefs1[ch][0];
 270             eptr = ptr + nb_coefs[ch];
 271
 272             run=0;
 273             for(;ptr < eptr; ptr++){
 274                 if(*ptr){
 275                     int level= *ptr;
 276                     int abs_level= FFABS(level);
 277                     int code= 0;
 278                     if(abs_level <= s->coef_vlcs[tindex]->max_level){
 279                         if(run < s->coef_vlcs[tindex]->levels[abs_level-1])
 280                             code= run + s->int_table[tindex][abs_level-1];
 281                     }
 282
 283                     assert(code < s->coef_vlcs[tindex]->n);
 284                     put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[code], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[code]);
 285
 286                     if(code == 0){
 287                         if(1<<coef_nb_bits <= abs_level)
 288                             return -1;
 289
 290                         put_bits(&s->pb, coef_nb_bits, abs_level);
 291                         put_bits(&s->pb, s->frame_len_bits, run);
 292                     }
 293                     put_bits(&s->pb, 1, level < 0); //FIXME the sign is fliped somewhere
 294                     run=0;
 295                 }else{
 296                     run++;
 297                 }
 298             }
 299             if(run)
 300                 put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[1], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[1]);
 301         }
 302         if (s->version == 1 && s->nb_channels >= 2) {
 303             align_put_bits(&s->pb);
 304         }
 305     }
 306     return 0;
 307 }
 308
 309 static int encode_frame(WMADecodeContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], uint8_t *buf, int buf_size, int total_gain){
 310     init_put_bits(&s->pb, buf, buf_size);
 311
 312     if (s->use_bit_reservoir) {
 313         assert(0);//FIXME not implemented
 314     }else{
 315         if(encode_block(s, src_coefs, total_gain) < 0)
 316             return INT_MAX;
 317     }
 318
 319     align_put_bits(&s->pb);
 320
 321     return put_bits_count(&s->pb)/8 - s->block_align;
 322 }
 323
 324 static int encode_superframe(AVCodecContext *avctx,
 325                             unsigned char *buf, int buf_size, void *data){
 326     WMADecodeContext *s = avctx->priv_data;
 327     short *samples = data;
 328     int i, total_gain, best;
 329
 330     s->block_len_bits= s->frame_len_bits; //required by non variable block len
 331     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
 332
 333     apply_window_and_mdct(avctx, samples, avctx->frame_size);
 334
 335     if (s->ms_stereo) {
 336         float a, b;
 337         int i;
 338
 339         for(i = 0; i < s->block_len; i++) {
 340             a = s->coefs[0][i]*0.5;
 341             b = s->coefs[1][i]*0.5;
 342             s->coefs[0][i] = a + b;
 343             s->coefs[1][i] = a - b;
 344         }
 345     }
 346
 347 #if 1
 348     total_gain= 128;
 349     for(i=64; i; i>>=1){
 350         int error= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain-i);
 351         if(error<0)
 352             total_gain-= i;
 353     }
 354 #else
 355     total_gain= 90;
 356     best= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain);
 357     for(i=32; i; i>>=1){
 358         int scoreL= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain-i);
 359         int scoreR= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain+i);
 360         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d (%d)\n", scoreL, best, scoreR, total_gain);
 361         if(scoreL < FFMIN(best, scoreR)){
 362             best = scoreL;
 363             total_gain -= i;
 364         }else if(scoreR < best){
 365             best = scoreR;
 366             total_gain += i;
 367         }
 368     }
 369 #endif
 370
 371     encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain);
 372     assert((put_bits_count(&s->pb) & 7) == 0);
 373     i= s->block_align - (put_bits_count(&s->pb)+7)/8;
 374     assert(i>=0);
 375     while(i--)
 376         put_bits(&s->pb, 8, 'N');
 377
 378     flush_put_bits(&s->pb);
 379     return pbBufPtr(&s->pb) - s->pb.buf;
 380 }
 381
 382 AVCodec wmav1_encoder =
 383 {
 384     "wmav1",
 385     CODEC_TYPE_AUDIO,
 386     CODEC_ID_WMAV1,
 387     sizeof(WMADecodeContext),
 388     encode_init,
 389     encode_superframe,
 390     ff_wma_end,
 391 };
 392
 393 AVCodec wmav2_encoder =
 394 {
 395     "wmav2",
 396     CODEC_TYPE_AUDIO,
 397     CODEC_ID_WMAV2,
 398     sizeof(WMADecodeContext),
 399     encode_init,
 400     encode_superframe,
 401     ff_wma_end,
 402 };