avcodec/aacsbr: Split pre dequantization noise factors table
[ffmpeg.git] / libavcodec / aacsbr.c
1 /*
2  * AAC Spectral Band Replication decoding functions
3  * Copyright (c) 2008-2009 Robert Swain ( rob opendot cl )
4  * Copyright (c) 2009-2010 Alex Converse <alex.converse@gmail.com>
5  *
6  * This file is part of FFmpeg.
7  *
8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
10  * License as published by the Free Software Foundation; either
11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
12  *
13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
16  * Lesser General Public License for more details.
17  *
18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
21  */
22
23 /**
24  * @file
25  * AAC Spectral Band Replication decoding functions
26  * @author Robert Swain ( rob opendot cl )
27  */
28 #define USE_FIXED 0
29
30 #include "aac.h"
31 #include "sbr.h"
32 #include "aacsbr.h"
33 #include "aacsbrdata.h"
34 #include "aacsbr_tablegen.h"
35 #include "fft.h"
36 #include "aacps.h"
37 #include "sbrdsp.h"
38 #include "libavutil/internal.h"
39 #include "libavutil/libm.h"
40 #include "libavutil/avassert.h"
41
42 #include <stdint.h>
43 #include <float.h>
44 #include <math.h>
45
46 #if ARCH_MIPS
47 #include "mips/aacsbr_mips.h"
48 #endif /* ARCH_MIPS */
49
50 static VLC vlc_sbr[10];
51 static void aacsbr_func_ptr_init(AACSBRContext *c);
52
53 static void make_bands(int16_t* bands, int start, int stop, int num_bands)
54 {
55     int k, previous, present;
56     float base, prod;
57
58     base = powf((float)stop / start, 1.0f / num_bands);
59     prod = start;
60     previous = start;
61
62     for (k = 0; k < num_bands-1; k++) {
63         prod *= base;
64         present  = lrintf(prod);
65         bands[k] = present - previous;
66         previous = present;
67     }
68     bands[num_bands-1] = stop - previous;
69 }
70
71 /// Dequantization and stereo decoding (14496-3 sp04 p203)
72 static void sbr_dequant(SpectralBandReplication *sbr, int id_aac)
73 {
74     int k, e;
75     int ch;
76
77     if (id_aac == TYPE_CPE && sbr->bs_coupling) {
78         float alpha      = sbr->data[0].bs_amp_res ?  1.0f :  0.5f;
79         float pan_offset = sbr->data[0].bs_amp_res ? 12.0f : 24.0f;
80         for (e = 1; e <= sbr->data[0].bs_num_env; e++) {
81             for (k = 0; k < sbr->n[sbr->data[0].bs_freq_res[e]]; k++) {
82                 float temp1 = exp2f(sbr->data[0].env_facs[e][k] * alpha + 7.0f);
83                 float temp2 = exp2f((pan_offset - sbr->data[1].env_facs[e][k]) * alpha);
84                 float fac;
85                 if (temp1 > 1E20) {
86                     av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "envelope scalefactor overflow in dequant\n");
87                     temp1 = 1;
88                 }
89                 fac   = temp1 / (1.0f + temp2);
90                 sbr->data[0].env_facs[e][k] = fac;
91                 sbr->data[1].env_facs[e][k] = fac * temp2;
92             }
93         }
94         for (e = 1; e <= sbr->data[0].bs_num_noise; e++) {
95             for (k = 0; k < sbr->n_q; k++) {
96                 float temp1 = exp2f(NOISE_FLOOR_OFFSET - sbr->data[0].noise_facs_q[e][k] + 1);
97                 float temp2 = exp2f(12 - sbr->data[1].noise_facs_q[e][k]);
98                 float fac;
99                 if (temp1 > 1E20) {
100                     av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "envelope scalefactor overflow in dequant\n");
101                     temp1 = 1;
102                 }
103                 fac = temp1 / (1.0f + temp2);
104                 sbr->data[0].noise_facs[e][k] = fac;
105                 sbr->data[1].noise_facs[e][k] = fac * temp2;
106             }
107         }
108     } else { // SCE or one non-coupled CPE
109         for (ch = 0; ch < (id_aac == TYPE_CPE) + 1; ch++) {
110             float alpha = sbr->data[ch].bs_amp_res ? 1.0f : 0.5f;
111             for (e = 1; e <= sbr->data[ch].bs_num_env; e++)
112                 for (k = 0; k < sbr->n[sbr->data[ch].bs_freq_res[e]]; k++){
113                     sbr->data[ch].env_facs[e][k] =
114                         exp2f(alpha * sbr->data[ch].env_facs[e][k] + 6.0f);
115                     if (sbr->data[ch].env_facs[e][k] > 1E20) {
116                         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "envelope scalefactor overflow in dequant\n");
117                         sbr->data[ch].env_facs[e][k] = 1;
118                     }
119                 }
120
121             for (e = 1; e <= sbr->data[ch].bs_num_noise; e++)
122                 for (k = 0; k < sbr->n_q; k++)
123                     sbr->data[ch].noise_facs[e][k] =
124                         exp2f(NOISE_FLOOR_OFFSET - sbr->data[ch].noise_facs_q[e][k]);
125         }
126     }
127 }
128
129 /** High Frequency Generation (14496-3 sp04 p214+) and Inverse Filtering
130  * (14496-3 sp04 p214)
131  * Warning: This routine does not seem numerically stable.
132  */
133 static void sbr_hf_inverse_filter(SBRDSPContext *dsp,
134                                   float (*alpha0)[2], float (*alpha1)[2],
135                                   const float X_low[32][40][2], int k0)
136 {
137     int k;
138     for (k = 0; k < k0; k++) {
139         LOCAL_ALIGNED_16(float, phi, [3], [2][2]);
140         float dk;
141
142         dsp->autocorrelate(X_low[k], phi);
143
144         dk =  phi[2][1][0] * phi[1][0][0] -
145              (phi[1][1][0] * phi[1][1][0] + phi[1][1][1] * phi[1][1][1]) / 1.000001f;
146
147         if (!dk) {
148             alpha1[k][0] = 0;
149             alpha1[k][1] = 0;
150         } else {
151             float temp_real, temp_im;
152             temp_real = phi[0][0][0] * phi[1][1][0] -
153                         phi[0][0][1] * phi[1][1][1] -
154                         phi[0][1][0] * phi[1][0][0];
155             temp_im   = phi[0][0][0] * phi[1][1][1] +
156                         phi[0][0][1] * phi[1][1][0] -
157                         phi[0][1][1] * phi[1][0][0];
158
159             alpha1[k][0] = temp_real / dk;
160             alpha1[k][1] = temp_im   / dk;
161         }
162
163         if (!phi[1][0][0]) {
164             alpha0[k][0] = 0;
165             alpha0[k][1] = 0;
166         } else {
167             float temp_real, temp_im;
168             temp_real = phi[0][0][0] + alpha1[k][0] * phi[1][1][0] +
169                                        alpha1[k][1] * phi[1][1][1];
170             temp_im   = phi[0][0][1] + alpha1[k][1] * phi[1][1][0] -
171                                        alpha1[k][0] * phi[1][1][1];
172
173             alpha0[k][0] = -temp_real / phi[1][0][0];
174             alpha0[k][1] = -temp_im   / phi[1][0][0];
175         }
176
177         if (alpha1[k][0] * alpha1[k][0] + alpha1[k][1] * alpha1[k][1] >= 16.0f ||
178            alpha0[k][0] * alpha0[k][0] + alpha0[k][1] * alpha0[k][1] >= 16.0f) {
179             alpha1[k][0] = 0;
180             alpha1[k][1] = 0;
181             alpha0[k][0] = 0;
182             alpha0[k][1] = 0;
183         }
184     }
185 }
186
187 /// Chirp Factors (14496-3 sp04 p214)
188 static void sbr_chirp(SpectralBandReplication *sbr, SBRData *ch_data)
189 {
190     int i;
191     float new_bw;
192     static const float bw_tab[] = { 0.0f, 0.75f, 0.9f, 0.98f };
193
194     for (i = 0; i < sbr->n_q; i++) {
195         if (ch_data->bs_invf_mode[0][i] + ch_data->bs_invf_mode[1][i] == 1) {
196             new_bw = 0.6f;
197         } else
198             new_bw = bw_tab[ch_data->bs_invf_mode[0][i]];
199
200         if (new_bw < ch_data->bw_array[i]) {
201             new_bw = 0.75f    * new_bw + 0.25f    * ch_data->bw_array[i];
202         } else
203             new_bw = 0.90625f * new_bw + 0.09375f * ch_data->bw_array[i];
204         ch_data->bw_array[i] = new_bw < 0.015625f ? 0.0f : new_bw;
205     }
206 }
207
208 /**
209  * Calculation of levels of additional HF signal components (14496-3 sp04 p219)
210  * and Calculation of gain (14496-3 sp04 p219)
211  */
212 static void sbr_gain_calc(AACContext *ac, SpectralBandReplication *sbr,
213                           SBRData *ch_data, const int e_a[2])
214 {
215     int e, k, m;
216     // max gain limits : -3dB, 0dB, 3dB, inf dB (limiter off)
217     static const float limgain[4] = { 0.70795, 1.0, 1.41254, 10000000000 };
218
219     for (e = 0; e < ch_data->bs_num_env; e++) {
220         int delta = !((e == e_a[1]) || (e == e_a[0]));
221         for (k = 0; k < sbr->n_lim; k++) {
222             float gain_boost, gain_max;
223             float sum[2] = { 0.0f, 0.0f };
224             for (m = sbr->f_tablelim[k] - sbr->kx[1]; m < sbr->f_tablelim[k + 1] - sbr->kx[1]; m++) {
225                 const float temp = sbr->e_origmapped[e][m] / (1.0f + sbr->q_mapped[e][m]);
226                 sbr->q_m[e][m] = sqrtf(temp * sbr->q_mapped[e][m]);
227                 sbr->s_m[e][m] = sqrtf(temp * ch_data->s_indexmapped[e + 1][m]);
228                 if (!sbr->s_mapped[e][m]) {
229                     sbr->gain[e][m] = sqrtf(sbr->e_origmapped[e][m] /
230                                             ((1.0f + sbr->e_curr[e][m]) *
231                                              (1.0f + sbr->q_mapped[e][m] * delta)));
232                 } else {
233                     sbr->gain[e][m] = sqrtf(sbr->e_origmapped[e][m] * sbr->q_mapped[e][m] /
234                                             ((1.0f + sbr->e_curr[e][m]) *
235                                              (1.0f + sbr->q_mapped[e][m])));
236                 }
237             }
238             for (m = sbr->f_tablelim[k] - sbr->kx[1]; m < sbr->f_tablelim[k + 1] - sbr->kx[1]; m++) {
239                 sum[0] += sbr->e_origmapped[e][m];
240                 sum[1] += sbr->e_curr[e][m];
241             }
242             gain_max = limgain[sbr->bs_limiter_gains] * sqrtf((FLT_EPSILON + sum[0]) / (FLT_EPSILON + sum[1]));
243             gain_max = FFMIN(100000.f, gain_max);
244             for (m = sbr->f_tablelim[k] - sbr->kx[1]; m < sbr->f_tablelim[k + 1] - sbr->kx[1]; m++) {
245                 float q_m_max   = sbr->q_m[e][m] * gain_max / sbr->gain[e][m];
246                 sbr->q_m[e][m]  = FFMIN(sbr->q_m[e][m], q_m_max);
247                 sbr->gain[e][m] = FFMIN(sbr->gain[e][m], gain_max);
248             }
249             sum[0] = sum[1] = 0.0f;
250             for (m = sbr->f_tablelim[k] - sbr->kx[1]; m < sbr->f_tablelim[k + 1] - sbr->kx[1]; m++) {
251                 sum[0] += sbr->e_origmapped[e][m];
252                 sum[1] += sbr->e_curr[e][m] * sbr->gain[e][m] * sbr->gain[e][m]
253                           + sbr->s_m[e][m] * sbr->s_m[e][m]
254                           + (delta && !sbr->s_m[e][m]) * sbr->q_m[e][m] * sbr->q_m[e][m];
255             }
256             gain_boost = sqrtf((FLT_EPSILON + sum[0]) / (FLT_EPSILON + sum[1]));
257             gain_boost = FFMIN(1.584893192f, gain_boost);
258             for (m = sbr->f_tablelim[k] - sbr->kx[1]; m < sbr->f_tablelim[k + 1] - sbr->kx[1]; m++) {
259                 sbr->gain[e][m] *= gain_boost;
260                 sbr->q_m[e][m]  *= gain_boost;
261                 sbr->s_m[e][m]  *= gain_boost;
262             }
263         }
264     }
265 }
266
267 /// Assembling HF Signals (14496-3 sp04 p220)
268 static void sbr_hf_assemble(float Y1[38][64][2],
269                             const float X_high[64][40][2],
270                             SpectralBandReplication *sbr, SBRData *ch_data,
271                             const int e_a[2])
272 {
273     int e, i, j, m;
274     const int h_SL = 4 * !sbr->bs_smoothing_mode;
275     const int kx = sbr->kx[1];
276     const int m_max = sbr->m[1];
277     static const float h_smooth[5] = {
278         0.33333333333333,
279         0.30150283239582,
280         0.21816949906249,
281         0.11516383427084,
282         0.03183050093751,
283     };
284     float (*g_temp)[48] = ch_data->g_temp, (*q_temp)[48] = ch_data->q_temp;
285     int indexnoise = ch_data->f_indexnoise;
286     int indexsine  = ch_data->f_indexsine;
287
288     if (sbr->reset) {
289         for (i = 0; i < h_SL; i++) {
290             memcpy(g_temp[i + 2*ch_data->t_env[0]], sbr->gain[0], m_max * sizeof(sbr->gain[0][0]));
291             memcpy(q_temp[i + 2*ch_data->t_env[0]], sbr->q_m[0],  m_max * sizeof(sbr->q_m[0][0]));
292         }
293     } else if (h_SL) {
294         for (i = 0; i < 4; i++) {
295             memcpy(g_temp[i + 2 * ch_data->t_env[0]],
296                    g_temp[i + 2 * ch_data->t_env_num_env_old],
297                    sizeof(g_temp[0]));
298             memcpy(q_temp[i + 2 * ch_data->t_env[0]],
299                    q_temp[i + 2 * ch_data->t_env_num_env_old],
300                    sizeof(q_temp[0]));
301         }
302     }
303
304     for (e = 0; e < ch_data->bs_num_env; e++) {
305         for (i = 2 * ch_data->t_env[e]; i < 2 * ch_data->t_env[e + 1]; i++) {
306             memcpy(g_temp[h_SL + i], sbr->gain[e], m_max * sizeof(sbr->gain[0][0]));
307             memcpy(q_temp[h_SL + i], sbr->q_m[e],  m_max * sizeof(sbr->q_m[0][0]));
308         }
309     }
310
311     for (e = 0; e < ch_data->bs_num_env; e++) {
312         for (i = 2 * ch_data->t_env[e]; i < 2 * ch_data->t_env[e + 1]; i++) {
313             LOCAL_ALIGNED_16(float, g_filt_tab, [48]);
314             LOCAL_ALIGNED_16(float, q_filt_tab, [48]);
315             float *g_filt, *q_filt;
316
317             if (h_SL && e != e_a[0] && e != e_a[1]) {
318                 g_filt = g_filt_tab;
319                 q_filt = q_filt_tab;
320                 for (m = 0; m < m_max; m++) {
321                     const int idx1 = i + h_SL;
322                     g_filt[m] = 0.0f;
323                     q_filt[m] = 0.0f;
324                     for (j = 0; j <= h_SL; j++) {
325                         g_filt[m] += g_temp[idx1 - j][m] * h_smooth[j];
326                         q_filt[m] += q_temp[idx1 - j][m] * h_smooth[j];
327                     }
328                 }
329             } else {
330                 g_filt = g_temp[i + h_SL];
331                 q_filt = q_temp[i];
332             }
333
334             sbr->dsp.hf_g_filt(Y1[i] + kx, X_high + kx, g_filt, m_max,
335                                i + ENVELOPE_ADJUSTMENT_OFFSET);
336
337             if (e != e_a[0] && e != e_a[1]) {
338                 sbr->dsp.hf_apply_noise[indexsine](Y1[i] + kx, sbr->s_m[e],
339                                                    q_filt, indexnoise,
340                                                    kx, m_max);
341             } else {
342                 int idx = indexsine&1;
343                 int A = (1-((indexsine+(kx & 1))&2));
344                 int B = (A^(-idx)) + idx;
345                 float *out = &Y1[i][kx][idx];
346                 float *in  = sbr->s_m[e];
347                 for (m = 0; m+1 < m_max; m+=2) {
348                     out[2*m  ] += in[m  ] * A;
349                     out[2*m+2] += in[m+1] * B;
350                 }
351                 if(m_max&1)
352                     out[2*m  ] += in[m  ] * A;
353             }
354             indexnoise = (indexnoise + m_max) & 0x1ff;
355             indexsine = (indexsine + 1) & 3;
356         }
357     }
358     ch_data->f_indexnoise = indexnoise;
359     ch_data->f_indexsine  = indexsine;
360 }
361
362 #include "aacsbr_template.c"