aacenc_ltp: adjust and speed up autocorrelation calculations
[ffmpeg.git] / libavcodec / aacenc_ltp.c
1 /*
2  * AAC encoder long term prediction extension
3  * Copyright (C) 2015 Rostislav Pehlivanov
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 /**
23  * @file
24  * AAC encoder long term prediction extension
25  * @author Rostislav Pehlivanov ( atomnuker gmail com )
26  */
27
28 #include "aacenc_ltp.h"
29 #include "aacenc_quantization.h"
30 #include "aacenc_utils.h"
31
32 /**
33  * Encode LTP data.
34  */
35 void ff_aac_encode_ltp_info(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce,
36                             int common_window)
37 {
38     int i;
39     IndividualChannelStream *ics = &sce->ics;
40     if (s->profile != FF_PROFILE_AAC_LTP || !ics->predictor_present)
41         return;
42     if (common_window)
43         put_bits(&s->pb, 1, 0);
44     put_bits(&s->pb, 1, ics->ltp.present);
45     if (!ics->ltp.present)
46         return;
47     put_bits(&s->pb, 11, ics->ltp.lag);
48     put_bits(&s->pb, 3,  ics->ltp.coef_idx);
49     for (i = 0; i < FFMIN(ics->max_sfb, MAX_LTP_LONG_SFB); i++)
50         put_bits(&s->pb, 1, ics->ltp.used[i]);
51 }
52
53 void ff_aac_ltp_insert_new_frame(AACEncContext *s)
54 {
55     int i, ch, tag, chans, cur_channel, start_ch = 0;
56     ChannelElement *cpe;
57     SingleChannelElement *sce;
58     for (i = 0; i < s->chan_map[0]; i++) {
59         cpe = &s->cpe[i];
60         tag      = s->chan_map[i+1];
61         chans    = tag == TYPE_CPE ? 2 : 1;
62         for (ch = 0; ch < chans; ch++) {
63             sce = &cpe->ch[ch];
64             cur_channel = start_ch + ch;
65             /* New sample + overlap */
66             memcpy(&sce->ltp_state[0],    &sce->ltp_state[1024], 1024*sizeof(sce->ltp_state[0]));
67             memcpy(&sce->ltp_state[1024], &s->planar_samples[cur_channel][2048], 1024*sizeof(sce->ltp_state[0]));
68             memcpy(&sce->ltp_state[2048], &sce->ret_buf[0], 1024*sizeof(sce->ltp_state[0]));
69             sce->ics.ltp.lag = 0;
70         }
71         start_ch += chans;
72     }
73 }
74
75 /**
76  * Process LTP parameters
77  * @see Patent WO2006070265A1
78  */
79 void ff_aac_update_ltp(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
80 {
81     int i, j, lag, samples_num;
82     float corr, max_ratio, max_corr;
83     float *pred_signal = &sce->ltp_state[0];
84     const float *samples = &s->planar_samples[s->cur_channel][1024];
85
86     if (s->profile != FF_PROFILE_AAC_LTP)
87         return;
88
89     /* Calculate lag */
90     max_corr = 0.0f;
91     for (i = 0; i < 2048; i++) {
92         float s0 = 0.0f, s1 = 0.0f;
93         const int start = FFMAX(0, i - 1024);
94         for (j = start; j < 2048; j++) {
95             const int idx = j - i + 1024;
96             s0 += samples[j]*pred_signal[idx];
97             s1 += pred_signal[idx]*pred_signal[idx];
98         }
99         corr = s1 > 0.0f ? s0/sqrt(s1) : 0.0f;
100         if (corr > max_corr) {
101             max_corr = corr;
102             lag = i;
103             max_ratio = corr/(2048-start);
104         }
105     }
106
107     if (lag < 1)
108         return;
109
110     sce->ics.ltp.lag = lag = av_clip_uintp2(lag, 11);
111     sce->ics.ltp.coef_idx  = quant_array_idx(max_ratio, ltp_coef, 8);
112     sce->ics.ltp.coef      = ltp_coef[sce->ics.ltp.coef_idx];
113
114     /* Predict the new samples */
115     samples_num = 1024 + (lag < 1024 ? lag : 1024);
116     for (i = 1024; i < samples_num + 1024; i++)
117         pred_signal[i] = sce->ics.ltp.coef*pred_signal[i-lag];
118     memset(&pred_signal[samples_num], 0, (2048 - samples_num)*sizeof(float));
119 }
120
121 void ff_aac_adjust_common_ltp(AACEncContext *s, ChannelElement *cpe)
122 {
123     int sfb, count = 0;
124     SingleChannelElement *sce0 = &cpe->ch[0];
125     SingleChannelElement *sce1 = &cpe->ch[1];
126
127     if (!cpe->common_window ||
128         sce0->ics.window_sequence[0] == EIGHT_SHORT_SEQUENCE ||
129         sce1->ics.window_sequence[0] == EIGHT_SHORT_SEQUENCE)
130         return;
131
132     for (sfb = 0; sfb < FFMIN(sce0->ics.max_sfb, MAX_LTP_LONG_SFB); sfb++) {
133         int sum = sce0->ics.ltp.used[sfb] + sce1->ics.ltp.used[sfb];
134         if (sum != 2) {
135             sce0->ics.ltp.used[sfb] = 0;
136         } else if (sum == 2) {
137             count++;
138         }
139     }
140
141     sce0->ics.ltp.present = !!count;
142     sce0->ics.predictor_present = !!count;
143 }
144
145 /**
146  * Mark LTP sfb's
147  */
148 void ff_aac_search_for_ltp(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce,
149                            int common_window)
150 {
151     int w, g, w2, i, start = 0, count = 0;
152     int saved_bits = -(15 + FFMIN(sce->ics.max_sfb, MAX_LTP_LONG_SFB));
153     float *C34 = &s->scoefs[128*0], *PCD = &s->scoefs[128*1];
154     float *PCD34 = &s->scoefs[128*2];
155     const int max_ltp = FFMIN(sce->ics.max_sfb, MAX_LTP_LONG_SFB);
156
157     if (sce->ics.window_sequence[0] == EIGHT_SHORT_SEQUENCE) {
158         if (sce->ics.ltp.lag) {
159             memset(&sce->lcoeffs[0], 0.0f, 3072*sizeof(sce->lcoeffs[0]));
160             memset(&sce->ics.ltp, 0, sizeof(LongTermPrediction));
161         }
162         return;
163     }
164
165     if (!sce->ics.ltp.lag)
166         return;
167
168     for (w = 0; w < sce->ics.num_windows; w += sce->ics.group_len[w]) {
169         start = 0;
170         for (g = 0;  g < sce->ics.num_swb; g++) {
171             int bits1 = 0, bits2 = 0;
172             float dist1 = 0.0f, dist2 = 0.0f;
173             if (w*16+g > max_ltp) {
174                 start += sce->ics.swb_sizes[g];
175                 continue;
176             }
177             for (w2 = 0; w2 < sce->ics.group_len[w]; w2++) {
178                 int bits_tmp1, bits_tmp2;
179                 FFPsyBand *band = &s->psy.ch[s->cur_channel].psy_bands[(w+w2)*16+g];
180                 for (i = 0; i < sce->ics.swb_sizes[g]; i++)
181                     PCD[i] = sce->coeffs[start+(w+w2)*128+i] - sce->lcoeffs[start+(w+w2)*128+i];
182                 abs_pow34_v(C34,  &sce->coeffs[start+(w+w2)*128],  sce->ics.swb_sizes[g]);
183                 abs_pow34_v(PCD34, PCD, sce->ics.swb_sizes[g]);
184                 dist1 += quantize_band_cost(s, &sce->coeffs[start+(w+w2)*128], C34, sce->ics.swb_sizes[g],
185                                             sce->sf_idx[(w+w2)*16+g], sce->band_type[(w+w2)*16+g],
186                                             s->lambda/band->threshold, INFINITY, &bits_tmp1, NULL, 0);
187                 dist2 += quantize_band_cost(s, PCD, PCD34, sce->ics.swb_sizes[g],
188                                             sce->sf_idx[(w+w2)*16+g],
189                                             sce->band_type[(w+w2)*16+g],
190                                             s->lambda/band->threshold, INFINITY, &bits_tmp2, NULL, 0);
191                 bits1 += bits_tmp1;
192                 bits2 += bits_tmp2;
193             }
194             if (dist2 < dist1 && bits2 < bits1) {
195                 for (w2 = 0; w2 < sce->ics.group_len[w]; w2++)
196                     for (i = 0; i < sce->ics.swb_sizes[g]; i++)
197                         sce->coeffs[start+(w+w2)*128+i] -= sce->lcoeffs[start+(w+w2)*128+i];
198                 sce->ics.ltp.used[w*16+g] = 1;
199                 saved_bits += bits1 - bits2;
200                 count++;
201             }
202             start += sce->ics.swb_sizes[g];
203         }
204     }
205
206     sce->ics.ltp.present = !!count && (saved_bits >= 0);
207     sce->ics.predictor_present = !!sce->ics.ltp.present;
208
209     /* Reset any marked sfbs */
210     if (!sce->ics.ltp.present && !!count) {
211         for (w = 0; w < sce->ics.num_windows; w += sce->ics.group_len[w]) {
212             start = 0;
213             for (g = 0;  g < sce->ics.num_swb; g++) {
214                 if (sce->ics.ltp.used[w*16+g]) {
215                     for (w2 = 0; w2 < sce->ics.group_len[w]; w2++) {
216                         for (i = 0; i < sce->ics.swb_sizes[g]; i++) {
217                             sce->coeffs[start+(w+w2)*128+i] += sce->lcoeffs[start+(w+w2)*128+i];
218                         }
219                     }
220                 }
221                 start += sce->ics.swb_sizes[g];
222             }
223         }
224     }
225 }