Merge remote-tracking branch 'qatar/master'
[ffmpeg.git] / libavcodec / ac3.h
1 /*
2  * Common code between the AC-3 encoder and decoder
3  * Copyright (c) 2000, 2001, 2002 Fabrice Bellard
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  * Common code between the AC-3 encoder and decoder.
25  */
26
27 #ifndef AVCODEC_AC3_H
28 #define AVCODEC_AC3_H
29
30 #define AC3_MAX_CODED_FRAME_SIZE 3840 /* in bytes */
31 #define AC3_MAX_CHANNELS 7            /**< maximum number of channels, including coupling channel */
32 #define CPL_CH 0                      /**< coupling channel index */
33
34 #define AC3_MAX_COEFS   256
35 #define AC3_BLOCK_SIZE  256
36 #define AC3_MAX_BLOCKS    6
37 #define AC3_FRAME_SIZE (AC3_MAX_BLOCKS * 256)
38 #define AC3_WINDOW_SIZE (AC3_BLOCK_SIZE * 2)
39 #define AC3_CRITICAL_BANDS 50
40 #define AC3_MAX_CPL_BANDS  18
41
42 #include "libavutil/opt.h"
43 #include "avcodec.h"
44 #include "ac3tab.h"
45
46 /* exponent encoding strategy */
47 #define EXP_REUSE 0
48 #define EXP_NEW   1
49
50 #define EXP_D15   1
51 #define EXP_D25   2
52 #define EXP_D45   3
53
54 /* pre-defined gain values */
55 #define LEVEL_PLUS_3DB          1.4142135623730950
56 #define LEVEL_PLUS_1POINT5DB    1.1892071150027209
57 #define LEVEL_MINUS_1POINT5DB   0.8408964152537145
58 #define LEVEL_MINUS_3DB         0.7071067811865476
59 #define LEVEL_MINUS_4POINT5DB   0.5946035575013605
60 #define LEVEL_MINUS_6DB         0.5000000000000000
61 #define LEVEL_MINUS_9DB         0.3535533905932738
62 #define LEVEL_ZERO              0.0000000000000000
63 #define LEVEL_ONE               1.0000000000000000
64
65 /** Delta bit allocation strategy */
66 typedef enum {
67     DBA_REUSE = 0,
68     DBA_NEW,
69     DBA_NONE,
70     DBA_RESERVED
71 } AC3DeltaStrategy;
72
73 /** Channel mode (audio coding mode) */
74 typedef enum {
75     AC3_CHMODE_DUALMONO = 0,
76     AC3_CHMODE_MONO,
77     AC3_CHMODE_STEREO,
78     AC3_CHMODE_3F,
79     AC3_CHMODE_2F1R,
80     AC3_CHMODE_3F1R,
81     AC3_CHMODE_2F2R,
82     AC3_CHMODE_3F2R
83 } AC3ChannelMode;
84
85 typedef struct AC3BitAllocParameters {
86     int sr_code;
87     int sr_shift;
88     int slow_gain, slow_decay, fast_decay, db_per_bit, floor;
89     int cpl_fast_leak, cpl_slow_leak;
90 } AC3BitAllocParameters;
91
92 /**
93  * @struct AC3HeaderInfo
94  * Coded AC-3 header values up to the lfeon element, plus derived values.
95  */
96 typedef struct {
97     /** @defgroup coded Coded elements
98      * @{
99      */
100     uint16_t sync_word;
101     uint16_t crc1;
102     uint8_t sr_code;
103     uint8_t bitstream_id;
104     uint8_t bitstream_mode;
105     uint8_t channel_mode;
106     uint8_t lfe_on;
107     uint8_t frame_type;
108     int substreamid;                        ///< substream identification
109     int center_mix_level;                   ///< Center mix level index
110     int surround_mix_level;                 ///< Surround mix level index
111     uint16_t channel_map;
112     int num_blocks;                         ///< number of audio blocks
113     /** @} */
114
115     /** @defgroup derived Derived values
116      * @{
117      */
118     uint8_t sr_shift;
119     uint16_t sample_rate;
120     uint32_t bit_rate;
121     uint8_t channels;
122     uint16_t frame_size;
123     int64_t channel_layout;
124     /** @} */
125 } AC3HeaderInfo;
126
127 typedef enum {
128     EAC3_FRAME_TYPE_INDEPENDENT = 0,
129     EAC3_FRAME_TYPE_DEPENDENT,
130     EAC3_FRAME_TYPE_AC3_CONVERT,
131     EAC3_FRAME_TYPE_RESERVED
132 } EAC3FrameType;
133
134 /**
135  * Encoding Options used by AVOption.
136  */
137 typedef struct AC3EncOptions {
138     /* AC-3 metadata options*/
139     int dialogue_level;
140     int bitstream_mode;
141     float center_mix_level;
142     float surround_mix_level;
143     int dolby_surround_mode;
144     int audio_production_info;
145     int mixing_level;
146     int room_type;
147     int copyright;
148     int original;
149     int extended_bsi_1;
150     int preferred_stereo_downmix;
151     float ltrt_center_mix_level;
152     float ltrt_surround_mix_level;
153     float loro_center_mix_level;
154     float loro_surround_mix_level;
155     int extended_bsi_2;
156     int dolby_surround_ex_mode;
157     int dolby_headphone_mode;
158     int ad_converter_type;
159
160     /* other encoding options */
161     int allow_per_frame_metadata;
162     int stereo_rematrixing;
163     int channel_coupling;
164     int cpl_start;    
165 } AC3EncOptions;
166
167 void ff_ac3_common_init(void);
168
169 extern const int64_t ff_ac3_channel_layouts[];
170 extern const AVOption ff_ac3_options[];
171
172 extern AVCodec ff_ac3_float_encoder;
173 extern AVCodec ff_ac3_fixed_encoder;
174
175 /**
176  * Calculate the log power-spectral density of the input signal.
177  * This gives a rough estimate of signal power in the frequency domain by using
178  * the spectral envelope (exponents).  The psd is also separately grouped
179  * into critical bands for use in the calculating the masking curve.
180  * 128 units in psd = -6 dB.  The dbknee parameter in AC3BitAllocParameters
181  * determines the reference level.
182  *
183  * @param[in]  exp        frequency coefficient exponents
184  * @param[in]  start      starting bin location
185  * @param[in]  end        ending bin location
186  * @param[out] psd        signal power for each frequency bin
187  * @param[out] band_psd   signal power for each critical band
188  */
189 void ff_ac3_bit_alloc_calc_psd(int8_t *exp, int start, int end, int16_t *psd,
190                                int16_t *band_psd);
191
192 /**
193  * Calculate the masking curve.
194  * First, the excitation is calculated using parameters in s and the signal
195  * power in each critical band.  The excitation is compared with a predefined
196  * hearing threshold table to produce the masking curve.  If delta bit
197  * allocation information is provided, it is used for adjusting the masking
198  * curve, usually to give a closer match to a better psychoacoustic model.
199  *
200  * @param[in]  s            adjustable bit allocation parameters
201  * @param[in]  band_psd     signal power for each critical band
202  * @param[in]  start        starting bin location
203  * @param[in]  end          ending bin location
204  * @param[in]  fast_gain    fast gain (estimated signal-to-mask ratio)
205  * @param[in]  is_lfe       whether or not the channel being processed is the LFE
206  * @param[in]  dba_mode     delta bit allocation mode (none, reuse, or new)
207  * @param[in]  dba_nsegs    number of delta segments
208  * @param[in]  dba_offsets  location offsets for each segment
209  * @param[in]  dba_lengths  length of each segment
210  * @param[in]  dba_values   delta bit allocation for each segment
211  * @param[out] mask         calculated masking curve
212  * @return returns 0 for success, non-zero for error
213  */
214 int ff_ac3_bit_alloc_calc_mask(AC3BitAllocParameters *s, int16_t *band_psd,
215                                int start, int end, int fast_gain, int is_lfe,
216                                int dba_mode, int dba_nsegs, uint8_t *dba_offsets,
217                                uint8_t *dba_lengths, uint8_t *dba_values,
218                                int16_t *mask);
219
220 #endif /* AVCODEC_AC3_H */