lavc/j2kenc: Support AV_PIX_FMT_PAL8.
[ffmpeg.git] / libavcodec / sbcenc.c
1 /*
2  * Bluetooth low-complexity, subband codec (SBC)
3  *
4  * Copyright (C) 2017  Aurelien Jacobs <aurel@gnuage.org>
5  * Copyright (C) 2012-2013  Intel Corporation
6  * Copyright (C) 2008-2010  Nokia Corporation
7  * Copyright (C) 2004-2010  Marcel Holtmann <marcel@holtmann.org>
8  * Copyright (C) 2004-2005  Henryk Ploetz <henryk@ploetzli.ch>
9  * Copyright (C) 2005-2008  Brad Midgley <bmidgley@xmission.com>
10  *
11  * This file is part of FFmpeg.
12  *
13  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
14  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
15  * License as published by the Free Software Foundation; either
16  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
17  *
18  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
19  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
20  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
21  * Lesser General Public License for more details.
22  *
23  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
24  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
25  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
26  */
27
28 /**
29  * @file
30  * SBC encoder implementation
31  */
32
33 #include <stdbool.h>
34 #include "libavutil/opt.h"
35 #include "avcodec.h"
36 #include "internal.h"
37 #include "profiles.h"
38 #include "put_bits.h"
39 #include "sbc.h"
40 #include "sbcdsp.h"
41
42 typedef struct SBCEncContext {
43     AVClass *class;
44     int64_t max_delay;
45     int msbc;
46     DECLARE_ALIGNED(SBC_ALIGN, struct sbc_frame, frame);
47     DECLARE_ALIGNED(SBC_ALIGN, SBCDSPContext, dsp);
48 } SBCEncContext;
49
50 static int sbc_analyze_audio(SBCDSPContext *s, struct sbc_frame *frame)
51 {
52     int ch, blk;
53     int16_t *x;
54
55     switch (frame->subbands) {
56     case 4:
57         for (ch = 0; ch < frame->channels; ch++) {
58             x = &s->X[ch][s->position - 4 *
59                     s->increment + frame->blocks * 4];
60             for (blk = 0; blk < frame->blocks;
61                         blk += s->increment) {
62                 s->sbc_analyze_4s(
63                     s, x,
64                     frame->sb_sample_f[blk][ch],
65                     frame->sb_sample_f[blk + 1][ch] -
66                     frame->sb_sample_f[blk][ch]);
67                 x -= 4 * s->increment;
68             }
69         }
70         return frame->blocks * 4;
71
72     case 8:
73         for (ch = 0; ch < frame->channels; ch++) {
74             x = &s->X[ch][s->position - 8 *
75                     s->increment + frame->blocks * 8];
76             for (blk = 0; blk < frame->blocks;
77                         blk += s->increment) {
78                 s->sbc_analyze_8s(
79                     s, x,
80                     frame->sb_sample_f[blk][ch],
81                     frame->sb_sample_f[blk + 1][ch] -
82                     frame->sb_sample_f[blk][ch]);
83                 x -= 8 * s->increment;
84             }
85         }
86         return frame->blocks * 8;
87
88     default:
89         return AVERROR(EIO);
90     }
91 }
92
93 /*
94  * Packs the SBC frame from frame into the memory in avpkt.
95  * Returns the length of the packed frame.
96  */
97 static size_t sbc_pack_frame(AVPacket *avpkt, struct sbc_frame *frame,
98                              int joint, bool msbc)
99 {
100     PutBitContext pb;
101
102     /* Will copy the header parts for CRC-8 calculation here */
103     uint8_t crc_header[11] = { 0 };
104     int crc_pos;
105
106     uint32_t audio_sample;
107
108     int ch, sb, blk;        /* channel, subband, block and bit counters */
109     int bits[2][8];         /* bits distribution */
110     uint32_t levels[2][8];  /* levels are derived from that */
111     uint32_t sb_sample_delta[2][8];
112
113     if (msbc) {
114         avpkt->data[0] = MSBC_SYNCWORD;
115         avpkt->data[1] = 0;
116         avpkt->data[2] = 0;
117     } else {
118         avpkt->data[0] = SBC_SYNCWORD;
119
120         avpkt->data[1]  = (frame->frequency           & 0x03) << 6;
121         avpkt->data[1] |= (((frame->blocks >> 2) - 1) & 0x03) << 4;
122         avpkt->data[1] |= (frame->mode                & 0x03) << 2;
123         avpkt->data[1] |= (frame->allocation          & 0x01) << 1;
124         avpkt->data[1] |= ((frame->subbands == 8)     & 0x01) << 0;
125
126         avpkt->data[2] = frame->bitpool;
127
128         if (frame->bitpool > frame->subbands << (4 + (frame->mode == STEREO
129                                                    || frame->mode == JOINT_STEREO)))
130             return -5;
131     }
132
133     /* Can't fill in crc yet */
134     crc_header[0] = avpkt->data[1];
135     crc_header[1] = avpkt->data[2];
136     crc_pos = 16;
137
138     init_put_bits(&pb, avpkt->data + 4, avpkt->size);
139
140     if (frame->mode == JOINT_STEREO) {
141         put_bits(&pb, frame->subbands, joint);
142         crc_header[crc_pos >> 3] = joint;
143         crc_pos += frame->subbands;
144     }
145
146     for (ch = 0; ch < frame->channels; ch++) {
147         for (sb = 0; sb < frame->subbands; sb++) {
148             put_bits(&pb, 4, frame->scale_factor[ch][sb] & 0x0F);
149             crc_header[crc_pos >> 3] <<= 4;
150             crc_header[crc_pos >> 3] |= frame->scale_factor[ch][sb] & 0x0F;
151             crc_pos += 4;
152         }
153     }
154
155     /* align the last crc byte */
156     if (crc_pos % 8)
157         crc_header[crc_pos >> 3] <<= 8 - (crc_pos % 8);
158
159     avpkt->data[3] = ff_sbc_crc8(frame->crc_ctx, crc_header, crc_pos);
160
161     ff_sbc_calculate_bits(frame, bits);
162
163     for (ch = 0; ch < frame->channels; ch++) {
164         for (sb = 0; sb < frame->subbands; sb++) {
165             levels[ch][sb] = ((1 << bits[ch][sb]) - 1) <<
166                 (32 - (frame->scale_factor[ch][sb] +
167                     SCALE_OUT_BITS + 2));
168             sb_sample_delta[ch][sb] = (uint32_t) 1 <<
169                 (frame->scale_factor[ch][sb] +
170                     SCALE_OUT_BITS + 1);
171         }
172     }
173
174     for (blk = 0; blk < frame->blocks; blk++) {
175         for (ch = 0; ch < frame->channels; ch++) {
176             for (sb = 0; sb < frame->subbands; sb++) {
177
178                 if (bits[ch][sb] == 0)
179                     continue;
180
181                 audio_sample = ((uint64_t) levels[ch][sb] *
182                     (sb_sample_delta[ch][sb] +
183                     frame->sb_sample_f[blk][ch][sb])) >> 32;
184
185                 put_bits(&pb, bits[ch][sb], audio_sample);
186             }
187         }
188     }
189
190     flush_put_bits(&pb);
191
192     return (put_bits_count(&pb) + 7) / 8;
193 }
194
195 static int sbc_encode_init(AVCodecContext *avctx)
196 {
197     SBCEncContext *sbc = avctx->priv_data;
198     struct sbc_frame *frame = &sbc->frame;
199
200     if (avctx->profile == FF_PROFILE_SBC_MSBC)
201         sbc->msbc = 1;
202
203     if (sbc->msbc) {
204         if (avctx->channels != 1) {
205             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "mSBC require mono channel.\n");
206             return AVERROR(EINVAL);
207         }
208
209         if (avctx->sample_rate != 16000) {
210             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "mSBC require 16 kHz samplerate.\n");
211             return AVERROR(EINVAL);
212         }
213
214         frame->mode = SBC_MODE_MONO;
215         frame->subbands = 8;
216         frame->blocks = MSBC_BLOCKS;
217         frame->allocation = SBC_AM_LOUDNESS;
218         frame->bitpool = 26;
219
220         avctx->frame_size = 8 * MSBC_BLOCKS;
221     } else {
222         int d;
223
224         if (avctx->global_quality > 255*FF_QP2LAMBDA) {
225             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "bitpool > 255 is not allowed.\n");
226             return AVERROR(EINVAL);
227         }
228
229         if (avctx->channels == 1) {
230             frame->mode = SBC_MODE_MONO;
231             if (sbc->max_delay <= 3000 || avctx->bit_rate > 270000)
232                 frame->subbands = 4;
233             else
234                 frame->subbands = 8;
235         } else {
236             if (avctx->bit_rate < 180000 || avctx->bit_rate > 420000)
237                 frame->mode = SBC_MODE_JOINT_STEREO;
238             else
239                 frame->mode = SBC_MODE_STEREO;
240             if (sbc->max_delay <= 4000 || avctx->bit_rate > 420000)
241                 frame->subbands = 4;
242             else
243                 frame->subbands = 8;
244         }
245         /* sbc algorithmic delay is ((blocks + 10) * subbands - 2) / sample_rate */
246         frame->blocks = av_clip(((sbc->max_delay * avctx->sample_rate + 2)
247                                / (1000000 * frame->subbands)) - 10, 4, 16) & ~3;
248
249         frame->allocation = SBC_AM_LOUDNESS;
250
251         d = frame->blocks * ((frame->mode == SBC_MODE_DUAL_CHANNEL) + 1);
252         frame->bitpool = (((avctx->bit_rate * frame->subbands * frame->blocks) / avctx->sample_rate)
253                           - 4 * frame->subbands * avctx->channels
254                           - (frame->mode == SBC_MODE_JOINT_STEREO)*frame->subbands - 32 + d/2) / d;
255         if (avctx->global_quality > 0)
256             frame->bitpool = avctx->global_quality / FF_QP2LAMBDA;
257
258         avctx->frame_size = 4*((frame->subbands >> 3) + 1) * 4*(frame->blocks >> 2);
259     }
260
261     for (int i = 0; avctx->codec->supported_samplerates[i]; i++)
262         if (avctx->sample_rate == avctx->codec->supported_samplerates[i])
263             frame->frequency = i;
264
265     frame->channels = avctx->channels;
266     frame->codesize = frame->subbands * frame->blocks * avctx->channels * 2;
267     frame->crc_ctx = av_crc_get_table(AV_CRC_8_EBU);
268
269     memset(&sbc->dsp.X, 0, sizeof(sbc->dsp.X));
270     sbc->dsp.position = (SBC_X_BUFFER_SIZE - frame->subbands * 9) & ~7;
271     sbc->dsp.increment = sbc->msbc ? 1 : 4;
272     ff_sbcdsp_init(&sbc->dsp);
273
274     return 0;
275 }
276
277 static int sbc_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
278                             const AVFrame *av_frame, int *got_packet_ptr)
279 {
280     SBCEncContext *sbc = avctx->priv_data;
281     struct sbc_frame *frame = &sbc->frame;
282     uint8_t joint = frame->mode == SBC_MODE_JOINT_STEREO;
283     uint8_t dual  = frame->mode == SBC_MODE_DUAL_CHANNEL;
284     int ret, j = 0;
285
286     int frame_length = 4 + (4 * frame->subbands * frame->channels) / 8
287                      + ((frame->blocks * frame->bitpool * (1 + dual)
288                      + joint * frame->subbands) + 7) / 8;
289
290     /* input must be large enough to encode a complete frame */
291     if (av_frame->nb_samples * frame->channels * 2 < frame->codesize)
292         return 0;
293
294     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, avpkt, frame_length, 0)) < 0)
295         return ret;
296
297     /* Select the needed input data processing function and call it */
298     if (frame->subbands == 8)
299         sbc->dsp.position = sbc->dsp.sbc_enc_process_input_8s(
300                 sbc->dsp.position, av_frame->data[0], sbc->dsp.X,
301                 frame->subbands * frame->blocks, frame->channels);
302     else
303         sbc->dsp.position = sbc->dsp.sbc_enc_process_input_4s(
304                 sbc->dsp.position, av_frame->data[0], sbc->dsp.X,
305                 frame->subbands * frame->blocks, frame->channels);
306
307     sbc_analyze_audio(&sbc->dsp, &sbc->frame);
308
309     if (frame->mode == JOINT_STEREO)
310         j = sbc->dsp.sbc_calc_scalefactors_j(frame->sb_sample_f,
311                                              frame->scale_factor,
312                                              frame->blocks,
313                                              frame->subbands);
314     else
315         sbc->dsp.sbc_calc_scalefactors(frame->sb_sample_f,
316                                        frame->scale_factor,
317                                        frame->blocks,
318                                        frame->channels,
319                                        frame->subbands);
320     emms_c();
321     sbc_pack_frame(avpkt, frame, j, sbc->msbc);
322
323     *got_packet_ptr = 1;
324     return 0;
325 }
326
327 #define OFFSET(x) offsetof(SBCEncContext, x)
328 #define AE AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
329 static const AVOption options[] = {
330     { "sbc_delay", "set maximum algorithmic latency",
331       OFFSET(max_delay), AV_OPT_TYPE_DURATION, {.i64 = 13000}, 1000,13000, AE },
332     { "msbc",      "use mSBC mode (wideband speech mono SBC)",
333       OFFSET(msbc),      AV_OPT_TYPE_BOOL,     {.i64 = 0},        0,    1, AE },
334     { NULL },
335 };
336
337 static const AVClass sbc_class = {
338     .class_name = "sbc encoder",
339     .item_name  = av_default_item_name,
340     .option     = options,
341     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
342 };
343
344 AVCodec ff_sbc_encoder = {
345     .name                  = "sbc",
346     .long_name             = NULL_IF_CONFIG_SMALL("SBC (low-complexity subband codec)"),
347     .type                  = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
348     .id                    = AV_CODEC_ID_SBC,
349     .priv_data_size        = sizeof(SBCEncContext),
350     .init                  = sbc_encode_init,
351     .encode2               = sbc_encode_frame,
352     .capabilities          = AV_CODEC_CAP_SMALL_LAST_FRAME,
353     .caps_internal         = FF_CODEC_CAP_INIT_THREADSAFE,
354     .channel_layouts       = (const uint64_t[]) { AV_CH_LAYOUT_MONO,
355                                                   AV_CH_LAYOUT_STEREO, 0},
356     .sample_fmts           = (const enum AVSampleFormat[]) { AV_SAMPLE_FMT_S16,
357                                                              AV_SAMPLE_FMT_NONE },
358     .supported_samplerates = (const int[]) { 16000, 32000, 44100, 48000, 0 },
359     .priv_class            = &sbc_class,
360     .profiles              = NULL_IF_CONFIG_SMALL(ff_sbc_profiles),
361 };