ac3enc: add channel coupling support
[ffmpeg.git] / libavcodec / ac3dec.h
1 /*
2  * Common code between the AC-3 and E-AC-3 decoders
3  * Copyright (c) 2007 Bartlomiej Wolowiec <bartek.wolowiec@gmail.com>
4  *
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6  *
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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 and E-AC-3 decoders.
25  *
26  * Summary of MDCT Coefficient Grouping:
27  * The individual MDCT coefficient indices are often referred to in the
28  * (E-)AC-3 specification as frequency bins.  These bins are grouped together
29  * into subbands of 12 coefficients each.  The subbands are grouped together
30  * into bands as defined in the bitstream by the band structures, which
31  * determine the number of bands and the size of each band.  The full spectrum
32  * of 256 frequency bins is divided into 1 DC bin + 21 subbands = 253 bins.
33  * This system of grouping coefficients is used for channel bandwidth, stereo
34  * rematrixing, channel coupling, enhanced coupling, and spectral extension.
35  *
36  * +-+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+
37  * |1|  |12|  |  [12|12|12|12]  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |3|
38  * +-+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+
39  * ~~~  ~~~~     ~~~~~~~~~~~~~                                      ~~~
40  *  |     |            |                                             |
41  *  |     |            |                    3 unused frequency bins--+
42  *  |     |            |
43  *  |     |            +--1 band containing 4 subbands
44  *  |     |
45  *  |     +--1 subband of 12 frequency bins
46  *  |
47  *  +--DC frequency bin
48  */
49
50 #ifndef AVCODEC_AC3DEC_H
51 #define AVCODEC_AC3DEC_H
52
53 #include "libavutil/lfg.h"
54 #include "ac3.h"
55 #include "ac3dsp.h"
56 #include "get_bits.h"
57 #include "dsputil.h"
58 #include "fft.h"
59 #include "fmtconvert.h"
60
61 #define AC3_OUTPUT_LFEON  8
62
63 #define SPX_MAX_BANDS    17
64
65 typedef struct {
66     AVCodecContext *avctx;                  ///< parent context
67     GetBitContext gbc;                      ///< bitstream reader
68     uint8_t *input_buffer;                  ///< temp buffer to prevent overread
69
70 ///@defgroup bsi bit stream information
71 ///@{
72     int frame_type;                         ///< frame type                             (strmtyp)
73     int substreamid;                        ///< substream identification
74     int frame_size;                         ///< current frame size, in bytes
75     int bit_rate;                           ///< stream bit rate, in bits-per-second
76     int sample_rate;                        ///< sample frequency, in Hz
77     int num_blocks;                         ///< number of audio blocks
78     int bitstream_mode;                     ///< bitstream mode                         (bsmod)
79     int channel_mode;                       ///< channel mode                           (acmod)
80     int channel_layout;                     ///< channel layout
81     int lfe_on;                             ///< lfe channel in use
82     int channel_map;                        ///< custom channel map
83     int center_mix_level;                   ///< Center mix level index
84     int surround_mix_level;                 ///< Surround mix level index
85     int eac3;                               ///< indicates if current frame is E-AC-3
86 ///@}
87
88 ///@defgroup audfrm frame syntax parameters
89     int snr_offset_strategy;                ///< SNR offset strategy                    (snroffststr)
90     int block_switch_syntax;                ///< block switch syntax enabled            (blkswe)
91     int dither_flag_syntax;                 ///< dither flag syntax enabled             (dithflage)
92     int bit_allocation_syntax;              ///< bit allocation model syntax enabled    (bamode)
93     int fast_gain_syntax;                   ///< fast gain codes enabled                (frmfgaincode)
94     int dba_syntax;                         ///< delta bit allocation syntax enabled    (dbaflde)
95     int skip_syntax;                        ///< skip field syntax enabled              (skipflde)
96  ///@}
97
98 ///@defgroup cpl standard coupling
99     int cpl_in_use[AC3_MAX_BLOCKS];         ///< coupling in use                        (cplinu)
100     int cpl_strategy_exists[AC3_MAX_BLOCKS];///< coupling strategy exists               (cplstre)
101     int channel_in_cpl[AC3_MAX_CHANNELS];   ///< channel in coupling                    (chincpl)
102     int phase_flags_in_use;                 ///< phase flags in use                     (phsflginu)
103     int phase_flags[AC3_MAX_CPL_BANDS];     ///< phase flags                            (phsflg)
104     int num_cpl_bands;                      ///< number of coupling bands               (ncplbnd)
105     uint8_t cpl_band_sizes[AC3_MAX_CPL_BANDS]; ///< number of coeffs in each coupling band
106     int firstchincpl;                       ///< first channel in coupling
107     int first_cpl_coords[AC3_MAX_CHANNELS]; ///< first coupling coordinates states      (firstcplcos)
108     int cpl_coords[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_CPL_BANDS]; ///< coupling coordinates      (cplco)
109 ///@}
110
111 ///@defgroup spx spectral extension
112 ///@{
113     int spx_in_use;                             ///< spectral extension in use              (spxinu)
114     uint8_t channel_uses_spx[AC3_MAX_CHANNELS]; ///< channel uses spectral extension        (chinspx)
115     int8_t spx_atten_code[AC3_MAX_CHANNELS];    ///< spx attenuation code                   (spxattencod)
116     int spx_src_start_freq;                     ///< spx start frequency bin
117     int spx_dst_end_freq;                       ///< spx end frequency bin
118     int spx_dst_start_freq;                     ///< spx starting frequency bin for copying (copystartmant)
119                                                 ///< the copy region ends at the start of the spx region.
120     int num_spx_bands;                          ///< number of spx bands                    (nspxbnds)
121     uint8_t spx_band_sizes[SPX_MAX_BANDS];      ///< number of bins in each spx band
122     uint8_t first_spx_coords[AC3_MAX_CHANNELS]; ///< first spx coordinates states           (firstspxcos)
123     float spx_noise_blend[AC3_MAX_CHANNELS][SPX_MAX_BANDS]; ///< spx noise blending factor  (nblendfact)
124     float spx_signal_blend[AC3_MAX_CHANNELS][SPX_MAX_BANDS];///< spx signal blending factor (sblendfact)
125 ///@}
126
127 ///@defgroup aht adaptive hybrid transform
128     int channel_uses_aht[AC3_MAX_CHANNELS];                         ///< channel AHT in use (chahtinu)
129     int pre_mantissa[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS][AC3_MAX_BLOCKS];  ///< pre-IDCT mantissas
130 ///@}
131
132 ///@defgroup channel channel
133     int fbw_channels;                           ///< number of full-bandwidth channels
134     int channels;                               ///< number of total channels
135     int lfe_ch;                                 ///< index of LFE channel
136     float downmix_coeffs[AC3_MAX_CHANNELS][2];  ///< stereo downmix coefficients
137     int downmixed;                              ///< indicates if coeffs are currently downmixed
138     int output_mode;                            ///< output channel configuration
139     int out_channels;                           ///< number of output channels
140 ///@}
141
142 ///@defgroup dynrng dynamic range
143     float dynamic_range[2];                 ///< dynamic range
144 ///@}
145
146 ///@defgroup bandwidth bandwidth
147     int start_freq[AC3_MAX_CHANNELS];       ///< start frequency bin                    (strtmant)
148     int end_freq[AC3_MAX_CHANNELS];         ///< end frequency bin                      (endmant)
149 ///@}
150
151 ///@defgroup rematrixing rematrixing
152     int num_rematrixing_bands;              ///< number of rematrixing bands            (nrematbnd)
153     int rematrixing_flags[4];               ///< rematrixing flags                      (rematflg)
154 ///@}
155
156 ///@defgroup exponents exponents
157     int num_exp_groups[AC3_MAX_CHANNELS];           ///< Number of exponent groups      (nexpgrp)
158     int8_t dexps[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];  ///< decoded exponents
159     int exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS]; ///< exponent strategies        (expstr)
160 ///@}
161
162 ///@defgroup bitalloc bit allocation
163     AC3BitAllocParameters bit_alloc_params;         ///< bit allocation parameters
164     int first_cpl_leak;                             ///< first coupling leak state      (firstcplleak)
165     int snr_offset[AC3_MAX_CHANNELS];               ///< signal-to-noise ratio offsets  (snroffst)
166     int fast_gain[AC3_MAX_CHANNELS];                ///< fast gain values/SMR's         (fgain)
167     uint8_t bap[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];   ///< bit allocation pointers
168     int16_t psd[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];   ///< scaled exponents
169     int16_t band_psd[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_CRITICAL_BANDS]; ///< interpolated exponents
170     int16_t mask[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_CRITICAL_BANDS];     ///< masking curve values
171     int dba_mode[AC3_MAX_CHANNELS];                 ///< delta bit allocation mode
172     int dba_nsegs[AC3_MAX_CHANNELS];                ///< number of delta segments
173     uint8_t dba_offsets[AC3_MAX_CHANNELS][8];       ///< delta segment offsets
174     uint8_t dba_lengths[AC3_MAX_CHANNELS][8];       ///< delta segment lengths
175     uint8_t dba_values[AC3_MAX_CHANNELS][8];        ///< delta values for each segment
176 ///@}
177
178 ///@defgroup dithering zero-mantissa dithering
179     int dither_flag[AC3_MAX_CHANNELS];      ///< dither flags                           (dithflg)
180     AVLFG dith_state;                       ///< for dither generation
181 ///@}
182
183 ///@defgroup imdct IMDCT
184     int block_switch[AC3_MAX_CHANNELS];     ///< block switch flags                     (blksw)
185     FFTContext imdct_512;                   ///< for 512 sample IMDCT
186     FFTContext imdct_256;                   ///< for 256 sample IMDCT
187 ///@}
188
189 ///@defgroup opt optimization
190     DSPContext dsp;                         ///< for optimization
191     AC3DSPContext ac3dsp;
192     FmtConvertContext fmt_conv;             ///< optimized conversion functions
193     float mul_bias;                         ///< scaling for float_to_int16 conversion
194 ///@}
195
196 ///@defgroup arrays aligned arrays
197     DECLARE_ALIGNED(16, int,   fixed_coeffs)[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];       ///> fixed-point transform coefficients
198     DECLARE_ALIGNED(32, float, transform_coeffs)[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];   ///< transform coefficients
199     DECLARE_ALIGNED(32, float, delay)[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_BLOCK_SIZE];             ///< delay - added to the next block
200     DECLARE_ALIGNED(32, float, window)[AC3_BLOCK_SIZE];                              ///< window coefficients
201     DECLARE_ALIGNED(32, float, tmp_output)[AC3_BLOCK_SIZE];                          ///< temporary storage for output before windowing
202     DECLARE_ALIGNED(32, float, output)[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_BLOCK_SIZE];            ///< output after imdct transform and windowing
203 ///@}
204 } AC3DecodeContext;
205
206 /**
207  * Parse the E-AC-3 frame header.
208  * This parses both the bit stream info and audio frame header.
209  */
210 int ff_eac3_parse_header(AC3DecodeContext *s);
211
212 /**
213  * Decode mantissas in a single channel for the entire frame.
214  * This is used when AHT mode is enabled.
215  */
216 void ff_eac3_decode_transform_coeffs_aht_ch(AC3DecodeContext *s, int ch);
217
218 void ff_ac3_downmix_c(float (*samples)[256], float (*matrix)[2],
219                       int out_ch, int in_ch, int len);
220
221 /**
222  * Apply spectral extension to each channel by copying lower frequency
223  * coefficients to higher frequency bins and applying side information to
224  * approximate the original high frequency signal.
225  */
226 void ff_eac3_apply_spectral_extension(AC3DecodeContext *s);
227
228 #endif /* AVCODEC_AC3DEC_H */