dxva2_h264: fix reference field marking in long slice struct
[ffmpeg.git] / libavcodec / aacenc_tns.c
1 /*
2  * AAC encoder TNS
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 temporal noise shaping
25  * @author Rostislav Pehlivanov ( atomnuker gmail com )
26  */
27
28 #include "libavutil/libm.h"
29 #include "aacenc.h"
30 #include "aacenc_tns.h"
31 #include "aactab.h"
32 #include "aacenc_utils.h"
33 #include "aacenc_quantization.h"
34
35 /* Could be set to 3 to save an additional bit at the cost of little quality */
36 #define TNS_Q_BITS 4
37
38 /* Coefficient resolution in short windows */
39 #define TNS_Q_BITS_IS8 4
40
41 /* We really need the bits we save here elsewhere */
42 #define TNS_ENABLE_COEF_COMPRESSION
43
44 /* TNS will only be used if the LPC gain is within these margins */
45 #define TNS_GAIN_THRESHOLD_LOW      1.4f
46 #define TNS_GAIN_THRESHOLD_HIGH     1.16f*TNS_GAIN_THRESHOLD_LOW
47
48 static inline int compress_coeffs(int *coef, int order, int c_bits)
49 {
50     int i;
51     const int low_idx   = c_bits ?  4 : 2;
52     const int shift_val = c_bits ?  8 : 4;
53     const int high_idx  = c_bits ? 11 : 5;
54 #ifndef TNS_ENABLE_COEF_COMPRESSION
55     return 0;
56 #endif /* TNS_ENABLE_COEF_COMPRESSION */
57     for (i = 0; i < order; i++)
58         if (coef[i] >= low_idx && coef[i] <= high_idx)
59             return 0;
60     for (i = 0; i < order; i++)
61         coef[i] -= (coef[i] > high_idx) ? shift_val : 0;
62     return 1;
63 }
64
65 /**
66  * Encode TNS data.
67  * Coefficient compression is simply not lossless as it should be
68  * on any decoder tested and as such is not active.
69  */
70 void ff_aac_encode_tns_info(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
71 {
72     TemporalNoiseShaping *tns = &sce->tns;
73     int i, w, filt, coef_compress = 0, coef_len;
74     const int is8 = sce->ics.window_sequence[0] == EIGHT_SHORT_SEQUENCE;
75     const int c_bits = is8 ? TNS_Q_BITS_IS8 == 4 : TNS_Q_BITS == 4;
76
77     if (!sce->tns.present)
78         return;
79
80     for (i = 0; i < sce->ics.num_windows; i++) {
81         put_bits(&s->pb, 2 - is8, sce->tns.n_filt[i]);
82         if (!tns->n_filt[i])
83             continue;
84         put_bits(&s->pb, 1, c_bits);
85         for (filt = 0; filt < tns->n_filt[i]; filt++) {
86             put_bits(&s->pb, 6 - 2 * is8, tns->length[i][filt]);
87             put_bits(&s->pb, 5 - 2 * is8, tns->order[i][filt]);
88             if (!tns->order[i][filt])
89                 continue;
90             put_bits(&s->pb, 1, tns->direction[i][filt]);
91             coef_compress = compress_coeffs(tns->coef_idx[i][filt],
92                                             tns->order[i][filt], c_bits);
93             put_bits(&s->pb, 1, coef_compress);
94             coef_len = c_bits + 3 - coef_compress;
95             for (w = 0; w < tns->order[i][filt]; w++)
96                 put_bits(&s->pb, coef_len, tns->coef_idx[i][filt][w]);
97         }
98     }
99 }
100
101 /* Apply TNS filter */
102 void ff_aac_apply_tns(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
103 {
104     TemporalNoiseShaping *tns = &sce->tns;
105     IndividualChannelStream *ics = &sce->ics;
106     int w, filt, m, i, top, order, bottom, start, end, size, inc;
107     const int mmm = FFMIN(ics->tns_max_bands, ics->max_sfb);
108     float lpc[TNS_MAX_ORDER];
109
110     for (w = 0; w < ics->num_windows; w++) {
111         bottom = ics->num_swb;
112         for (filt = 0; filt < tns->n_filt[w]; filt++) {
113             top    = bottom;
114             bottom = FFMAX(0, top - tns->length[w][filt]);
115             order  = tns->order[w][filt];
116             if (order == 0)
117                 continue;
118
119             // tns_decode_coef
120             compute_lpc_coefs(tns->coef[w][filt], order, lpc, 0, 0, 0);
121
122             start = ics->swb_offset[FFMIN(bottom, mmm)];
123             end   = ics->swb_offset[FFMIN(   top, mmm)];
124             if ((size = end - start) <= 0)
125                 continue;
126             if (tns->direction[w][filt]) {
127                 inc = -1;
128                 start = end - 1;
129             } else {
130                 inc = 1;
131             }
132             start += w * 128;
133
134             /* AR filter */
135             for (m = 0; m < size; m++, start += inc) {
136                 for (i = 1; i <= FFMIN(m, order); i++) {
137                     sce->coeffs[start] += lpc[i-1]*sce->pcoeffs[start - i*inc];
138                 }
139             }
140         }
141     }
142 }
143
144 /*
145  * c_bits - 1 if 4 bit coefficients, 0 if 3 bit coefficients
146  */
147 static inline void quantize_coefs(double *coef, int *idx, float *lpc, int order,
148                                   int c_bits)
149 {
150     int i;
151     const float *quant_arr = tns_tmp2_map[c_bits];
152     for (i = 0; i < order; i++) {
153         idx[i] = quant_array_idx(coef[i], quant_arr, c_bits ? 16 : 8);
154         lpc[i] = quant_arr[idx[i]];
155     }
156 }
157
158 /*
159  * 3 bits per coefficient with 8 short windows
160  */
161 void ff_aac_search_for_tns(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
162 {
163     TemporalNoiseShaping *tns = &sce->tns;
164     int w, g, count = 0;
165     double gain, coefs[MAX_LPC_ORDER];
166     const int mmm = FFMIN(sce->ics.tns_max_bands, sce->ics.max_sfb);
167     const int is8 = sce->ics.window_sequence[0] == EIGHT_SHORT_SEQUENCE;
168     const int c_bits = is8 ? TNS_Q_BITS_IS8 == 4 : TNS_Q_BITS == 4;
169     const int sfb_start = av_clip(tns_min_sfb[is8][s->samplerate_index], 0, mmm);
170     const int sfb_end   = av_clip(sce->ics.num_swb, 0, mmm);
171     const int order = is8 ? 7 : s->profile == FF_PROFILE_AAC_LOW ? 12 : TNS_MAX_ORDER;
172     const int slant = sce->ics.window_sequence[0] == LONG_STOP_SEQUENCE  ? 1 :
173                       sce->ics.window_sequence[0] == LONG_START_SEQUENCE ? 0 : 2;
174     const int sfb_len = sfb_end - sfb_start;
175     const int coef_len = sce->ics.swb_offset[sfb_end] - sce->ics.swb_offset[sfb_start];
176
177     if (coef_len <= 0 || sfb_len <= 0) {
178         sce->tns.present = 0;
179         return;
180     }
181
182     for (w = 0; w < sce->ics.num_windows; w++) {
183         float en[2] = {0.0f, 0.0f};
184         int oc_start = 0, os_start = 0;
185         int coef_start = sce->ics.swb_offset[sfb_start];
186
187         for (g = sfb_start; g < sce->ics.num_swb && g <= sfb_end; g++) {
188             FFPsyBand *band = &s->psy.ch[s->cur_channel].psy_bands[w*16+g];
189             if (g > sfb_start + (sfb_len/2))
190                 en[1] += band->energy;
191             else
192                 en[0] += band->energy;
193         }
194
195         /* LPC */
196         gain = ff_lpc_calc_ref_coefs_f(&s->lpc, &sce->coeffs[w*128 + coef_start],
197                                        coef_len, order, coefs);
198
199         if (!order || !isfinite(gain) || gain < TNS_GAIN_THRESHOLD_LOW || gain > TNS_GAIN_THRESHOLD_HIGH)
200             continue;
201
202         tns->n_filt[w] = is8 ? 1 : order != TNS_MAX_ORDER ? 2 : 3;
203         for (g = 0; g < tns->n_filt[w]; g++) {
204             tns->direction[w][g] = slant != 2 ? slant : en[g] < en[!g];
205             tns->order[w][g] = g < tns->n_filt[w] ? order/tns->n_filt[w] : order - oc_start;
206             tns->length[w][g] = g < tns->n_filt[w] ? sfb_len/tns->n_filt[w] : sfb_len - os_start;
207             quantize_coefs(&coefs[oc_start], tns->coef_idx[w][g], tns->coef[w][g],
208                             tns->order[w][g], c_bits);
209             oc_start += tns->order[w][g];
210             os_start += tns->length[w][g];
211         }
212         count++;
213     }
214     sce->tns.present = !!count;
215 }