447aba82661b00dfe65e8ed19beb3a2e0f15dc40
[ffmpeg.git] / libavcodec / wma.c
1 /*
2  * WMA compatible codec
3  * Copyright (c) 2002-2007 The Libav Project
4  *
5  * This file is part of Libav.
6  *
7  * Libav 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  * Libav 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 Libav; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 #include "libavutil/attributes.h"
23
24 #include "avcodec.h"
25 #include "sinewin.h"
26 #include "wma.h"
27 #include "wma_common.h"
28 #include "wmadata.h"
29
30 #undef NDEBUG
31 #include <assert.h>
32
33 /* XXX: use same run/length optimization as mpeg decoders */
34 // FIXME maybe split decode / encode or pass flag
35 static av_cold void init_coef_vlc(VLC *vlc, uint16_t **prun_table,
36                                   float **plevel_table, uint16_t **pint_table,
37                                   const CoefVLCTable *vlc_table)
38 {
39     int n                        = vlc_table->n;
40     const uint8_t  *table_bits   = vlc_table->huffbits;
41     const uint32_t *table_codes  = vlc_table->huffcodes;
42     const uint16_t *levels_table = vlc_table->levels;
43     uint16_t *run_table, *level_table, *int_table;
44     float *flevel_table;
45     int i, l, j, k, level;
46
47     init_vlc(vlc, VLCBITS, n, table_bits, 1, 1, table_codes, 4, 4, 0);
48
49     run_table    = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
50     level_table  = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
51     flevel_table = av_malloc(n * sizeof(*flevel_table));
52     int_table    = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
53     i            = 2;
54     level        = 1;
55     k            = 0;
56     while (i < n) {
57         int_table[k] = i;
58         l            = levels_table[k++];
59         for (j = 0; j < l; j++) {
60             run_table[i]    = j;
61             level_table[i]  = level;
62             flevel_table[i] = level;
63             i++;
64         }
65         level++;
66     }
67     *prun_table   = run_table;
68     *plevel_table = flevel_table;
69     *pint_table   = int_table;
70     av_free(level_table);
71 }
72
73 av_cold int ff_wma_init(AVCodecContext *avctx, int flags2)
74 {
75     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
76     int i;
77     float bps1, high_freq;
78     volatile float bps;
79     int sample_rate1;
80     int coef_vlc_table;
81
82     if (avctx->sample_rate <= 0 || avctx->sample_rate > 50000 ||
83         avctx->channels    <= 0 || avctx->channels    > 2     ||
84         avctx->bit_rate    <= 0)
85         return -1;
86
87     ff_fmt_convert_init(&s->fmt_conv, avctx);
88     avpriv_float_dsp_init(&s->fdsp, avctx->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT);
89
90     if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_WMAV1)
91         s->version = 1;
92     else
93         s->version = 2;
94
95     /* compute MDCT block size */
96     s->frame_len_bits = ff_wma_get_frame_len_bits(avctx->sample_rate,
97                                                   s->version, 0);
98     s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
99     s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
100     s->block_len_bits      = s->frame_len_bits;
101
102     s->frame_len = 1 << s->frame_len_bits;
103     if (s->use_variable_block_len) {
104         int nb_max, nb;
105         nb = ((flags2 >> 3) & 3) + 1;
106         if ((avctx->bit_rate / avctx->channels) >= 32000)
107             nb += 2;
108         nb_max = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS;
109         if (nb > nb_max)
110             nb = nb_max;
111         s->nb_block_sizes = nb + 1;
112     } else
113         s->nb_block_sizes = 1;
114
115     /* init rate dependent parameters */
116     s->use_noise_coding = 1;
117     high_freq           = avctx->sample_rate * 0.5;
118
119     /* if version 2, then the rates are normalized */
120     sample_rate1 = avctx->sample_rate;
121     if (s->version == 2) {
122         if (sample_rate1 >= 44100)
123             sample_rate1 = 44100;
124         else if (sample_rate1 >= 22050)
125             sample_rate1 = 22050;
126         else if (sample_rate1 >= 16000)
127             sample_rate1 = 16000;
128         else if (sample_rate1 >= 11025)
129             sample_rate1 = 11025;
130         else if (sample_rate1 >= 8000)
131             sample_rate1 = 8000;
132     }
133
134     bps                 = (float) avctx->bit_rate /
135                           (float) (avctx->channels * avctx->sample_rate);
136     s->byte_offset_bits = av_log2((int) (bps * s->frame_len / 8.0 + 0.5)) + 2;
137
138     /* compute high frequency value and choose if noise coding should
139      * be activated */
140     bps1 = bps;
141     if (avctx->channels == 2)
142         bps1 = bps * 1.6;
143     if (sample_rate1 == 44100) {
144         if (bps1 >= 0.61)
145             s->use_noise_coding = 0;
146         else
147             high_freq = high_freq * 0.4;
148     } else if (sample_rate1 == 22050) {
149         if (bps1 >= 1.16)
150             s->use_noise_coding = 0;
151         else if (bps1 >= 0.72)
152             high_freq = high_freq * 0.7;
153         else
154             high_freq = high_freq * 0.6;
155     } else if (sample_rate1 == 16000) {
156         if (bps > 0.5)
157             high_freq = high_freq * 0.5;
158         else
159             high_freq = high_freq * 0.3;
160     } else if (sample_rate1 == 11025)
161         high_freq = high_freq * 0.7;
162     else if (sample_rate1 == 8000) {
163         if (bps <= 0.625)
164             high_freq = high_freq * 0.5;
165         else if (bps > 0.75)
166             s->use_noise_coding = 0;
167         else
168             high_freq = high_freq * 0.65;
169     } else {
170         if (bps >= 0.8)
171             high_freq = high_freq * 0.75;
172         else if (bps >= 0.6)
173             high_freq = high_freq * 0.6;
174         else
175             high_freq = high_freq * 0.5;
176     }
177     av_dlog(s->avctx, "flags2=0x%x\n", flags2);
178     av_dlog(s->avctx, "version=%d channels=%d sample_rate=%d bitrate=%d block_align=%d\n",
179             s->version, avctx->channels, avctx->sample_rate, avctx->bit_rate,
180             avctx->block_align);
181     av_dlog(s->avctx, "bps=%f bps1=%f high_freq=%f bitoffset=%d\n",
182             bps, bps1, high_freq, s->byte_offset_bits);
183     av_dlog(s->avctx, "use_noise_coding=%d use_exp_vlc=%d nb_block_sizes=%d\n",
184             s->use_noise_coding, s->use_exp_vlc, s->nb_block_sizes);
185
186     /* compute the scale factor band sizes for each MDCT block size */
187     {
188         int a, b, pos, lpos, k, block_len, i, j, n;
189         const uint8_t *table;
190
191         if (s->version == 1)
192             s->coefs_start = 3;
193         else
194             s->coefs_start = 0;
195         for (k = 0; k < s->nb_block_sizes; k++) {
196             block_len = s->frame_len >> k;
197
198             if (s->version == 1) {
199                 lpos = 0;
200                 for (i = 0; i < 25; i++) {
201                     a   = ff_wma_critical_freqs[i];
202                     b   = avctx->sample_rate;
203                     pos = ((block_len * 2 * a) + (b >> 1)) / b;
204                     if (pos > block_len)
205                         pos = block_len;
206                     s->exponent_bands[0][i] = pos - lpos;
207                     if (pos >= block_len) {
208                         i++;
209                         break;
210                     }
211                     lpos = pos;
212                 }
213                 s->exponent_sizes[0] = i;
214             } else {
215                 /* hardcoded tables */
216                 table = NULL;
217                 a     = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS - k;
218                 if (a < 3) {
219                     if (avctx->sample_rate >= 44100)
220                         table = exponent_band_44100[a];
221                     else if (avctx->sample_rate >= 32000)
222                         table = exponent_band_32000[a];
223                     else if (avctx->sample_rate >= 22050)
224                         table = exponent_band_22050[a];
225                 }
226                 if (table) {
227                     n = *table++;
228                     for (i = 0; i < n; i++)
229                         s->exponent_bands[k][i] = table[i];
230                     s->exponent_sizes[k] = n;
231                 } else {
232                     j    = 0;
233                     lpos = 0;
234                     for (i = 0; i < 25; i++) {
235                         a     = ff_wma_critical_freqs[i];
236                         b     = avctx->sample_rate;
237                         pos   = ((block_len * 2 * a) + (b << 1)) / (4 * b);
238                         pos <<= 2;
239                         if (pos > block_len)
240                             pos = block_len;
241                         if (pos > lpos)
242                             s->exponent_bands[k][j++] = pos - lpos;
243                         if (pos >= block_len)
244                             break;
245                         lpos = pos;
246                     }
247                     s->exponent_sizes[k] = j;
248                 }
249             }
250
251             /* max number of coefs */
252             s->coefs_end[k] = (s->frame_len - ((s->frame_len * 9) / 100)) >> k;
253             /* high freq computation */
254             s->high_band_start[k] = (int) ((block_len * 2 * high_freq) /
255                                            avctx->sample_rate + 0.5);
256             n   = s->exponent_sizes[k];
257             j   = 0;
258             pos = 0;
259             for (i = 0; i < n; i++) {
260                 int start, end;
261                 start = pos;
262                 pos  += s->exponent_bands[k][i];
263                 end   = pos;
264                 if (start < s->high_band_start[k])
265                     start = s->high_band_start[k];
266                 if (end > s->coefs_end[k])
267                     end = s->coefs_end[k];
268                 if (end > start)
269                     s->exponent_high_bands[k][j++] = end - start;
270             }
271             s->exponent_high_sizes[k] = j;
272 #if 0
273             tprintf(s->avctx, "%5d: coefs_end=%d high_band_start=%d nb_high_bands=%d: ",
274                     s->frame_len >> k,
275                     s->coefs_end[k],
276                     s->high_band_start[k],
277                     s->exponent_high_sizes[k]);
278             for (j = 0; j < s->exponent_high_sizes[k]; j++)
279                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_high_bands[k][j]);
280             tprintf(s->avctx, "\n");
281 #endif /* 0 */
282         }
283     }
284
285 #ifdef TRACE
286     {
287         int i, j;
288         for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
289             tprintf(s->avctx, "%5d: n=%2d:",
290                     s->frame_len >> i,
291                     s->exponent_sizes[i]);
292             for (j = 0; j < s->exponent_sizes[i]; j++)
293                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_bands[i][j]);
294             tprintf(s->avctx, "\n");
295         }
296     }
297 #endif /* TRACE */
298
299     /* init MDCT windows : simple sine window */
300     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
301         ff_init_ff_sine_windows(s->frame_len_bits - i);
302         s->windows[i] = ff_sine_windows[s->frame_len_bits - i];
303     }
304
305     s->reset_block_lengths = 1;
306
307     if (s->use_noise_coding) {
308         /* init the noise generator */
309         if (s->use_exp_vlc)
310             s->noise_mult = 0.02;
311         else
312             s->noise_mult = 0.04;
313
314 #ifdef TRACE
315         for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++)
316             s->noise_table[i] = 1.0 * s->noise_mult;
317 #else
318         {
319             unsigned int seed;
320             float norm;
321             seed = 1;
322             norm = (1.0 / (float) (1LL << 31)) * sqrt(3) * s->noise_mult;
323             for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++) {
324                 seed              = seed * 314159 + 1;
325                 s->noise_table[i] = (float) ((int) seed) * norm;
326             }
327         }
328 #endif /* TRACE */
329     }
330
331     /* choose the VLC tables for the coefficients */
332     coef_vlc_table = 2;
333     if (avctx->sample_rate >= 32000) {
334         if (bps1 < 0.72)
335             coef_vlc_table = 0;
336         else if (bps1 < 1.16)
337             coef_vlc_table = 1;
338     }
339     s->coef_vlcs[0] = &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2];
340     s->coef_vlcs[1] = &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2 + 1];
341     init_coef_vlc(&s->coef_vlc[0], &s->run_table[0], &s->level_table[0],
342                   &s->int_table[0], s->coef_vlcs[0]);
343     init_coef_vlc(&s->coef_vlc[1], &s->run_table[1], &s->level_table[1],
344                   &s->int_table[1], s->coef_vlcs[1]);
345
346     return 0;
347 }
348
349 int ff_wma_total_gain_to_bits(int total_gain)
350 {
351     if (total_gain < 15)
352         return 13;
353     else if (total_gain < 32)
354         return 12;
355     else if (total_gain < 40)
356         return 11;
357     else if (total_gain < 45)
358         return 10;
359     else
360         return  9;
361 }
362
363 int ff_wma_end(AVCodecContext *avctx)
364 {
365     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
366     int i;
367
368     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
369         ff_mdct_end(&s->mdct_ctx[i]);
370
371     if (s->use_exp_vlc)
372         ff_free_vlc(&s->exp_vlc);
373     if (s->use_noise_coding)
374         ff_free_vlc(&s->hgain_vlc);
375     for (i = 0; i < 2; i++) {
376         ff_free_vlc(&s->coef_vlc[i]);
377         av_free(s->run_table[i]);
378         av_free(s->level_table[i]);
379         av_free(s->int_table[i]);
380     }
381
382     return 0;
383 }
384
385 /**
386  * Decode an uncompressed coefficient.
387  * @param gb GetBitContext
388  * @return the decoded coefficient
389  */
390 unsigned int ff_wma_get_large_val(GetBitContext *gb)
391 {
392     /** consumes up to 34 bits */
393     int n_bits = 8;
394     /** decode length */
395     if (get_bits1(gb)) {
396         n_bits += 8;
397         if (get_bits1(gb)) {
398             n_bits += 8;
399             if (get_bits1(gb))
400                 n_bits += 7;
401         }
402     }
403     return get_bits_long(gb, n_bits);
404 }
405
406 /**
407  * Decode run level compressed coefficients.
408  * @param avctx codec context
409  * @param gb bitstream reader context
410  * @param vlc vlc table for get_vlc2
411  * @param level_table level codes
412  * @param run_table run codes
413  * @param version 0 for wma1,2 1 for wmapro
414  * @param ptr output buffer
415  * @param offset offset in the output buffer
416  * @param num_coefs number of input coefficents
417  * @param block_len input buffer length (2^n)
418  * @param frame_len_bits number of bits for escaped run codes
419  * @param coef_nb_bits number of bits for escaped level codes
420  * @return 0 on success, -1 otherwise
421  */
422 int ff_wma_run_level_decode(AVCodecContext *avctx, GetBitContext *gb,
423                             VLC *vlc, const float *level_table,
424                             const uint16_t *run_table, int version,
425                             WMACoef *ptr, int offset, int num_coefs,
426                             int block_len, int frame_len_bits,
427                             int coef_nb_bits)
428 {
429     int code, level, sign;
430     const uint32_t *ilvl = (const uint32_t *) level_table;
431     uint32_t *iptr = (uint32_t *) ptr;
432     const unsigned int coef_mask = block_len - 1;
433     for (; offset < num_coefs; offset++) {
434         code = get_vlc2(gb, vlc->table, VLCBITS, VLCMAX);
435         if (code > 1) {
436             /** normal code */
437             offset                  += run_table[code];
438             sign                     = get_bits1(gb) - 1;
439             iptr[offset & coef_mask] = ilvl[code] ^ sign << 31;
440         } else if (code == 1) {
441             /** EOB */
442             break;
443         } else {
444             /** escape */
445             if (!version) {
446                 level = get_bits(gb, coef_nb_bits);
447                 /** NOTE: this is rather suboptimal. reading
448                  *  block_len_bits would be better */
449                 offset += get_bits(gb, frame_len_bits);
450             } else {
451                 level = ff_wma_get_large_val(gb);
452                 /** escape decode */
453                 if (get_bits1(gb)) {
454                     if (get_bits1(gb)) {
455                         if (get_bits1(gb)) {
456                             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
457                                    "broken escape sequence\n");
458                             return -1;
459                         } else
460                             offset += get_bits(gb, frame_len_bits) + 4;
461                     } else
462                         offset += get_bits(gb, 2) + 1;
463                 }
464             }
465             sign                    = get_bits1(gb) - 1;
466             ptr[offset & coef_mask] = (level ^ sign) - sign;
467         }
468     }
469     /** NOTE: EOB can be omitted */
470     if (offset > num_coefs) {
471         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "overflow in spectral RLE, ignoring\n");
472         return -1;
473     }
474
475     return 0;
476 }