aacenc_tns: disable coefficient compression by default
[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 "aacenc.h"
29 #include "aacenc_tns.h"
30 #include "aactab.h"
31 #include "aacenc_utils.h"
32 #include "aacenc_quantization.h"
33
34 /* Define this to save a bit, be warned decoders can't deal with it
35  * so it is not lossless despite what the specifications say */
36 // #define TNS_ENABLE_COEF_COMPRESSION
37
38 static inline int compress_coeffs(int *coef, int order, int c_bits)
39 {
40     int i;
41     const int low_idx   = c_bits ?  4 : 2;
42     const int shift_val = c_bits ?  8 : 4;
43     const int high_idx  = c_bits ? 11 : 5;
44 #ifndef TNS_ENABLE_COEF_COMPRESSION
45     return 0;
46 #endif /* TNS_ENABLE_COEF_COMPRESSION */
47     for (i = 0; i < order; i++)
48         if (coef[i] >= low_idx && coef[i] <= high_idx)
49             return 0;
50     for (i = 0; i < order; i++)
51         coef[i] -= (coef[i] > high_idx) ? shift_val : 0;
52     return 1;
53 }
54
55 /**
56  * Encode TNS data.
57  * Coefficient compression is simply not lossless as it should be
58  * on any decoder tested and as such is not active.
59  */
60 void ff_aac_encode_tns_info(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
61 {
62     int i, w, filt, coef_len, coef_compress = 0;
63     const int is8 = sce->ics.window_sequence[0] == EIGHT_SHORT_SEQUENCE;
64     TemporalNoiseShaping *tns = &sce->tns;
65     const int c_bits = is8 ? TNS_Q_BITS_SHORT == 4 : TNS_Q_BITS == 4;
66
67     if (!sce->tns.present)
68         return;
69
70     for (i = 0; i < sce->ics.num_windows; i++) {
71         put_bits(&s->pb, 2 - is8, sce->tns.n_filt[i]);
72         if (tns->n_filt[i]) {
73             put_bits(&s->pb, 1, c_bits);
74             for (filt = 0; filt < tns->n_filt[i]; filt++) {
75                 put_bits(&s->pb, 6 - 2 * is8, tns->length[i][filt]);
76                 put_bits(&s->pb, 5 - 2 * is8, tns->order[i][filt]);
77                 if (tns->order[i][filt]) {
78                     coef_compress = compress_coeffs(tns->coef_idx[i][filt],
79                                                     tns->order[i][filt], c_bits);
80                     put_bits(&s->pb, 1, !!tns->direction[i][filt]);
81                     put_bits(&s->pb, 1, !!coef_compress);
82                     coef_len = c_bits + 3 - coef_compress;
83                     for (w = 0; w < tns->order[i][filt]; w++)
84                         put_bits(&s->pb, coef_len, tns->coef_idx[i][filt][w]);
85                 }
86             }
87         }
88     }
89 }
90
91 /* Apply TNS filter */
92 void ff_aac_apply_tns(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
93 {
94     TemporalNoiseShaping *tns = &sce->tns;
95     IndividualChannelStream *ics = &sce->ics;
96     int w, filt, m, i, top, order, bottom, start, end, size, inc;
97     const int mmm = FFMIN(ics->tns_max_bands, ics->max_sfb);
98     float lpc[TNS_MAX_ORDER], tmp[TNS_MAX_ORDER+1];
99
100     for (w = 0; w < ics->num_windows; w++) {
101         bottom = ics->num_swb;
102         for (filt = 0; filt < tns->n_filt[w]; filt++) {
103             top    = bottom;
104             bottom = FFMAX(0, top - tns->length[w][filt]);
105             order  = tns->order[w][filt];
106             if (order == 0)
107                 continue;
108
109             // tns_decode_coef
110             compute_lpc_coefs(tns->coef[w][filt], order, lpc, 0, 0, 0);
111
112             start = ics->swb_offset[FFMIN(bottom, mmm)];
113             end   = ics->swb_offset[FFMIN(   top, mmm)];
114             if ((size = end - start) <= 0)
115                 continue;
116             if (tns->direction[w][filt]) {
117                 inc = -1;
118                 start = end - 1;
119             } else {
120                 inc = 1;
121             }
122             start += w * 128;
123
124             if (!s->options.ltp) {     // ar filter
125                 for (m = 0; m < size; m++, start += inc) {
126                     for (i = 1; i <= FFMIN(m, order); i++) {
127                         sce->coeffs[start] += lpc[i-1]*sce->pcoeffs[start - i*inc];
128                     }
129                 }
130             } else {                   // ma filter
131                 for (m = 0; m < size; m++, start += inc) {
132                     tmp[0] = sce->pcoeffs[start];
133                     for (i = 1; i <= FFMIN(m, order); i++)
134                         sce->coeffs[start] += lpc[i-1]*tmp[i];
135                     for (i = order; i > 0; i--)
136                         tmp[i] = tmp[i - 1];
137                 }
138             }
139         }
140     }
141 }
142
143 /*
144  * c_bits - 1 if 4 bit coefficients, 0 if 3 bit coefficients
145  */
146 static inline void quantize_coefs(double *coef, int *idx, float *lpc, int order,
147                                   int c_bits)
148 {
149     int i;
150     const float *quant_arr = tns_tmp2_map[c_bits];
151     for (i = 0; i < order; i++) {
152         idx[i] = quant_array_idx((float)coef[i], quant_arr, c_bits ? 16 : 8);
153         lpc[i] = quant_arr[idx[i]];
154     }
155 }
156
157 /*
158  * 3 bits per coefficient with 8 short windows
159  */
160 void ff_aac_search_for_tns(AACEncContext *s, SingleChannelElement *sce)
161 {
162     TemporalNoiseShaping *tns = &sce->tns;
163     int w, w2, g, count = 0;
164     const int mmm = FFMIN(sce->ics.tns_max_bands, sce->ics.max_sfb);
165     const int is8 = sce->ics.window_sequence[0] == EIGHT_SHORT_SEQUENCE;
166     const int c_bits = is8 ? TNS_Q_BITS_SHORT == 4 : TNS_Q_BITS == 4;
167
168     int sfb_start = av_clip(tns_min_sfb[is8][s->samplerate_index], 0, mmm);
169     int sfb_end   = av_clip(sce->ics.num_swb, 0, mmm);
170
171     for (w = 0; w < sce->ics.num_windows; w++) {
172         int use_tns;
173         int order = is8 ? 5 : s->profile == FF_PROFILE_AAC_LOW ? 12 : TNS_MAX_ORDER;
174         int coef_start = w*sce->ics.num_swb + sce->ics.swb_offset[sfb_start];
175         int coef_len = sce->ics.swb_offset[sfb_end] - sce->ics.swb_offset[sfb_start];
176         float e_ratio = 0.0f, threshold = 0.0f, spread = 0.0f, en[2] = {0.0, 0.0f};
177         double gain = 0.0f, coefs[MAX_LPC_ORDER] = {0};
178
179         for (g = 0;  g < sce->ics.num_swb; g++) {
180             if (w*16+g < sfb_start || w*16+g > sfb_end)
181                 continue;
182             for (w2 = 0; w2 < sce->ics.group_len[w]; w2++) {
183                 FFPsyBand *band = &s->psy.ch[s->cur_channel].psy_bands[(w+w2)*16+g];
184                 if ((w+w2)*16+g > sfb_start + ((sfb_end - sfb_start)/2))
185                     en[1] += band->energy;
186                 else
187                     en[0] += band->energy;
188                 threshold += band->threshold;
189                 spread    += band->spread;
190             }
191         }
192
193         if (coef_len <= 0 || (sfb_end - sfb_start) <= 0)
194             continue;
195
196         /* LPC */
197         gain = ff_lpc_calc_ref_coefs_f(&s->lpc, &sce->coeffs[coef_start],
198                                        coef_len, order, coefs);
199
200         if (!order || gain < TNS_GAIN_THRESHOLD_LOW || gain > TNS_GAIN_THRESHOLD_HIGH)
201             use_tns = 0;
202         else if ((en[0]+en[1]) < TNS_GAIN_THRESHOLD_LOW*threshold || spread < TNS_SPREAD_THRESHOLD)
203             use_tns = 0;
204         else
205             use_tns = 1;
206
207         if (use_tns) {
208             e_ratio = en[0]/en[1];
209             if (is8 || order < 2 || (e_ratio > TNS_E_RATIO_LOW && e_ratio < TNS_E_RATIO_HIGH)) {
210                 tns->n_filt[w] = 1;
211                 for (g = 0; g < tns->n_filt[w]; g++) {
212                     tns->length[w][g] = sfb_end - sfb_start;
213                     tns->direction[w][g] = en[0] < en[1];
214                     tns->order[w][g] = order;
215                     quantize_coefs(coefs, tns->coef_idx[w][g], tns->coef[w][g],
216                                    order, c_bits);
217                 }
218             } else {  /* 2 filters due to energy disbalance */
219                 tns->n_filt[w] = 2;
220                 for (g = 0; g < tns->n_filt[w]; g++) {
221                     tns->direction[w][g] = en[g] < en[!g];
222                     tns->order[w][g] = !g ? order/2 : order - tns->order[w][g-1];
223                     tns->length[w][g] = !g ? (sfb_end - sfb_start)/2 : \
224                                     (sfb_end - sfb_start) - tns->length[w][g-1];
225                     quantize_coefs(&coefs[!g ? 0 : order - tns->order[w][g-1]],
226                                    tns->coef_idx[w][g], tns->coef[w][g],
227                                    tns->order[w][g], c_bits);
228                 }
229             }
230             count++;
231         }
232     }
233     sce->tns.present = !!count;
234 }