Optimize decodeplane32().
[ffmpeg.git] / libavcodec / wma.c
1 /*
2  * WMA compatible codec
3  * Copyright (c) 2002-2007 The FFmpeg Project
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 #include "avcodec.h"
23 #include "wma.h"
24 #include "wmadata.h"
25
26 #undef NDEBUG
27 #include <assert.h>
28
29 /* XXX: use same run/length optimization as mpeg decoders */
30 //FIXME maybe split decode / encode or pass flag
31 static void init_coef_vlc(VLC *vlc, uint16_t **prun_table,
32                           float **plevel_table, uint16_t **pint_table,
33                           const CoefVLCTable *vlc_table)
34 {
35     int n = vlc_table->n;
36     const uint8_t  *table_bits   = vlc_table->huffbits;
37     const uint32_t *table_codes  = vlc_table->huffcodes;
38     const uint16_t *levels_table = vlc_table->levels;
39     uint16_t *run_table, *level_table, *int_table;
40     float *flevel_table;
41     int i, l, j, k, level;
42
43     init_vlc(vlc, VLCBITS, n, table_bits, 1, 1, table_codes, 4, 4, 0);
44
45     run_table   = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
46     level_table = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
47     flevel_table= av_malloc(n * sizeof(*flevel_table));
48     int_table   = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
49     i = 2;
50     level = 1;
51     k = 0;
52     while (i < n) {
53         int_table[k] = i;
54         l = levels_table[k++];
55         for (j = 0; j < l; j++) {
56             run_table[i]   = j;
57             level_table[i] = level;
58             flevel_table[i]= level;
59             i++;
60         }
61         level++;
62     }
63     *prun_table   = run_table;
64     *plevel_table = flevel_table;
65     *pint_table   = int_table;
66     av_free(level_table);
67 }
68
69 /**
70  *@brief Get the samples per frame for this stream.
71  *@param sample_rate output sample_rate
72  *@param version wma version
73  *@param decode_flags codec compression features
74  *@return log2 of the number of output samples per frame
75  */
76 int av_cold ff_wma_get_frame_len_bits(int sample_rate, int version,
77                                       unsigned int decode_flags)
78 {
79
80     int frame_len_bits;
81
82     if (sample_rate <= 16000) {
83         frame_len_bits = 9;
84     } else if (sample_rate <= 22050 ||
85              (sample_rate <= 32000 && version == 1)) {
86         frame_len_bits = 10;
87     } else if (sample_rate <= 48000) {
88         frame_len_bits = 11;
89     } else if (sample_rate <= 96000) {
90         frame_len_bits = 12;
91     } else {
92         frame_len_bits = 13;
93     }
94
95     if (version == 3) {
96         int tmp = decode_flags & 0x6;
97         if (tmp == 0x2) {
98             ++frame_len_bits;
99         } else if (tmp == 0x4) {
100             --frame_len_bits;
101         } else if (tmp == 0x6) {
102             frame_len_bits -= 2;
103         }
104     }
105
106     return frame_len_bits;
107 }
108
109 int ff_wma_init(AVCodecContext *avctx, int flags2)
110 {
111     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
112     int i;
113     float bps1, high_freq;
114     volatile float bps;
115     int sample_rate1;
116     int coef_vlc_table;
117
118     if (   avctx->sample_rate <= 0 || avctx->sample_rate > 50000
119         || avctx->channels    <= 0 || avctx->channels    > 8
120         || avctx->bit_rate    <= 0)
121         return -1;
122
123     s->sample_rate = avctx->sample_rate;
124     s->nb_channels = avctx->channels;
125     s->bit_rate    = avctx->bit_rate;
126     s->block_align = avctx->block_align;
127
128     dsputil_init(&s->dsp, avctx);
129
130     if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV1) {
131         s->version = 1;
132     } else {
133         s->version = 2;
134     }
135
136     /* compute MDCT block size */
137     s->frame_len_bits = ff_wma_get_frame_len_bits(s->sample_rate, s->version, 0);
138
139     s->frame_len = 1 << s->frame_len_bits;
140     if (s->use_variable_block_len) {
141         int nb_max, nb;
142         nb = ((flags2 >> 3) & 3) + 1;
143         if ((s->bit_rate / s->nb_channels) >= 32000)
144             nb += 2;
145         nb_max = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS;
146         if (nb > nb_max)
147             nb = nb_max;
148         s->nb_block_sizes = nb + 1;
149     } else {
150         s->nb_block_sizes = 1;
151     }
152
153     /* init rate dependent parameters */
154     s->use_noise_coding = 1;
155     high_freq = s->sample_rate * 0.5;
156
157     /* if version 2, then the rates are normalized */
158     sample_rate1 = s->sample_rate;
159     if (s->version == 2) {
160         if (sample_rate1 >= 44100) {
161             sample_rate1 = 44100;
162         } else if (sample_rate1 >= 22050) {
163             sample_rate1 = 22050;
164         } else if (sample_rate1 >= 16000) {
165             sample_rate1 = 16000;
166         } else if (sample_rate1 >= 11025) {
167             sample_rate1 = 11025;
168         } else if (sample_rate1 >= 8000) {
169             sample_rate1 = 8000;
170         }
171     }
172
173     bps = (float)s->bit_rate / (float)(s->nb_channels * s->sample_rate);
174     s->byte_offset_bits = av_log2((int)(bps * s->frame_len / 8.0 + 0.5)) + 2;
175
176     /* compute high frequency value and choose if noise coding should
177        be activated */
178     bps1 = bps;
179     if (s->nb_channels == 2)
180         bps1 = bps * 1.6;
181     if (sample_rate1 == 44100) {
182         if (bps1 >= 0.61) {
183             s->use_noise_coding = 0;
184         } else {
185             high_freq = high_freq * 0.4;
186         }
187     } else if (sample_rate1 == 22050) {
188         if (bps1 >= 1.16) {
189             s->use_noise_coding = 0;
190         } else if (bps1 >= 0.72) {
191             high_freq = high_freq * 0.7;
192         } else {
193             high_freq = high_freq * 0.6;
194         }
195     } else if (sample_rate1 == 16000) {
196         if (bps > 0.5) {
197             high_freq = high_freq * 0.5;
198         } else {
199             high_freq = high_freq * 0.3;
200         }
201     } else if (sample_rate1 == 11025) {
202         high_freq = high_freq * 0.7;
203     } else if (sample_rate1 == 8000) {
204         if (bps <= 0.625) {
205             high_freq = high_freq * 0.5;
206         } else if (bps > 0.75) {
207             s->use_noise_coding = 0;
208         } else {
209             high_freq = high_freq * 0.65;
210         }
211     } else {
212         if (bps >= 0.8) {
213             high_freq = high_freq * 0.75;
214         } else if (bps >= 0.6) {
215             high_freq = high_freq * 0.6;
216         } else {
217             high_freq = high_freq * 0.5;
218         }
219     }
220     dprintf(s->avctx, "flags2=0x%x\n", flags2);
221     dprintf(s->avctx, "version=%d channels=%d sample_rate=%d bitrate=%d block_align=%d\n",
222             s->version, s->nb_channels, s->sample_rate, s->bit_rate,
223             s->block_align);
224     dprintf(s->avctx, "bps=%f bps1=%f high_freq=%f bitoffset=%d\n",
225             bps, bps1, high_freq, s->byte_offset_bits);
226     dprintf(s->avctx, "use_noise_coding=%d use_exp_vlc=%d nb_block_sizes=%d\n",
227             s->use_noise_coding, s->use_exp_vlc, s->nb_block_sizes);
228
229     /* compute the scale factor band sizes for each MDCT block size */
230     {
231         int a, b, pos, lpos, k, block_len, i, j, n;
232         const uint8_t *table;
233
234         if (s->version == 1) {
235             s->coefs_start = 3;
236         } else {
237             s->coefs_start = 0;
238         }
239         for (k = 0; k < s->nb_block_sizes; k++) {
240             block_len = s->frame_len >> k;
241
242             if (s->version == 1) {
243                 lpos = 0;
244                 for (i = 0; i < 25; i++) {
245                     a = ff_wma_critical_freqs[i];
246                     b = s->sample_rate;
247                     pos = ((block_len * 2 * a) + (b >> 1)) / b;
248                     if (pos > block_len)
249                         pos = block_len;
250                     s->exponent_bands[0][i] = pos - lpos;
251                     if (pos >= block_len) {
252                         i++;
253                         break;
254                     }
255                     lpos = pos;
256                 }
257                 s->exponent_sizes[0] = i;
258             } else {
259                 /* hardcoded tables */
260                 table = NULL;
261                 a = s->frame_len_bits - BLOCK_MIN_BITS - k;
262                 if (a < 3) {
263                     if (s->sample_rate >= 44100) {
264                         table = exponent_band_44100[a];
265                     } else if (s->sample_rate >= 32000) {
266                         table = exponent_band_32000[a];
267                     } else if (s->sample_rate >= 22050) {
268                         table = exponent_band_22050[a];
269                     }
270                 }
271                 if (table) {
272                     n = *table++;
273                     for (i = 0; i < n; i++)
274                         s->exponent_bands[k][i] = table[i];
275                     s->exponent_sizes[k] = n;
276                 } else {
277                     j = 0;
278                     lpos = 0;
279                     for (i = 0; i < 25; i++) {
280                         a = ff_wma_critical_freqs[i];
281                         b = s->sample_rate;
282                         pos = ((block_len * 2 * a) + (b << 1)) / (4 * b);
283                         pos <<= 2;
284                         if (pos > block_len)
285                             pos = block_len;
286                         if (pos > lpos)
287                             s->exponent_bands[k][j++] = pos - lpos;
288                         if (pos >= block_len)
289                             break;
290                         lpos = pos;
291                     }
292                     s->exponent_sizes[k] = j;
293                 }
294             }
295
296             /* max number of coefs */
297             s->coefs_end[k] = (s->frame_len - ((s->frame_len * 9) / 100)) >> k;
298             /* high freq computation */
299             s->high_band_start[k] = (int)((block_len * 2 * high_freq) /
300                                           s->sample_rate + 0.5);
301             n = s->exponent_sizes[k];
302             j = 0;
303             pos = 0;
304             for (i = 0; i < n; i++) {
305                 int start, end;
306                 start = pos;
307                 pos += s->exponent_bands[k][i];
308                 end = pos;
309                 if (start < s->high_band_start[k])
310                     start = s->high_band_start[k];
311                 if (end > s->coefs_end[k])
312                     end = s->coefs_end[k];
313                 if (end > start)
314                     s->exponent_high_bands[k][j++] = end - start;
315             }
316             s->exponent_high_sizes[k] = j;
317 #if 0
318             tprintf(s->avctx, "%5d: coefs_end=%d high_band_start=%d nb_high_bands=%d: ",
319                     s->frame_len >> k,
320                     s->coefs_end[k],
321                     s->high_band_start[k],
322                     s->exponent_high_sizes[k]);
323             for (j = 0; j < s->exponent_high_sizes[k]; j++)
324                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_high_bands[k][j]);
325             tprintf(s->avctx, "\n");
326 #endif
327         }
328     }
329
330 #ifdef TRACE
331     {
332         int i, j;
333         for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
334             tprintf(s->avctx, "%5d: n=%2d:",
335                     s->frame_len >> i,
336                     s->exponent_sizes[i]);
337             for (j = 0; j < s->exponent_sizes[i]; j++)
338                 tprintf(s->avctx, " %d", s->exponent_bands[i][j]);
339             tprintf(s->avctx, "\n");
340         }
341     }
342 #endif
343
344     /* init MDCT windows : simple sinus window */
345     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++) {
346         ff_init_ff_sine_windows(s->frame_len_bits - i);
347         s->windows[i] = ff_sine_windows[s->frame_len_bits - i];
348     }
349
350     s->reset_block_lengths = 1;
351
352     if (s->use_noise_coding) {
353
354         /* init the noise generator */
355         if (s->use_exp_vlc) {
356             s->noise_mult = 0.02;
357         } else {
358             s->noise_mult = 0.04;
359         }
360
361 #ifdef TRACE
362         for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++)
363             s->noise_table[i] = 1.0 * s->noise_mult;
364 #else
365         {
366             unsigned int seed;
367             float norm;
368             seed = 1;
369             norm = (1.0 / (float)(1LL << 31)) * sqrt(3) * s->noise_mult;
370             for (i = 0; i < NOISE_TAB_SIZE; i++) {
371                 seed = seed * 314159 + 1;
372                 s->noise_table[i] = (float)((int)seed) * norm;
373             }
374         }
375 #endif
376     }
377
378     /* choose the VLC tables for the coefficients */
379     coef_vlc_table = 2;
380     if (s->sample_rate >= 32000) {
381         if (bps1 < 0.72) {
382             coef_vlc_table = 0;
383         } else if (bps1 < 1.16) {
384             coef_vlc_table = 1;
385         }
386     }
387     s->coef_vlcs[0]= &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2    ];
388     s->coef_vlcs[1]= &coef_vlcs[coef_vlc_table * 2 + 1];
389     init_coef_vlc(&s->coef_vlc[0], &s->run_table[0], &s->level_table[0], &s->int_table[0],
390                   s->coef_vlcs[0]);
391     init_coef_vlc(&s->coef_vlc[1], &s->run_table[1], &s->level_table[1], &s->int_table[1],
392                   s->coef_vlcs[1]);
393
394     return 0;
395 }
396
397 int ff_wma_total_gain_to_bits(int total_gain)
398 {
399          if (total_gain < 15) return 13;
400     else if (total_gain < 32) return 12;
401     else if (total_gain < 40) return 11;
402     else if (total_gain < 45) return 10;
403     else                      return  9;
404 }
405
406 int ff_wma_end(AVCodecContext *avctx)
407 {
408     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
409     int i;
410
411     for (i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
412         ff_mdct_end(&s->mdct_ctx[i]);
413
414     if (s->use_exp_vlc) {
415         free_vlc(&s->exp_vlc);
416     }
417     if (s->use_noise_coding) {
418         free_vlc(&s->hgain_vlc);
419     }
420     for (i = 0; i < 2; i++) {
421         free_vlc(&s->coef_vlc[i]);
422         av_free(s->run_table[i]);
423         av_free(s->level_table[i]);
424         av_free(s->int_table[i]);
425     }
426
427     return 0;
428 }
429
430 /**
431  * Decode an uncompressed coefficient.
432  * @param s codec context
433  * @return the decoded coefficient
434  */
435 unsigned int ff_wma_get_large_val(GetBitContext* gb)
436 {
437     /** consumes up to 34 bits */
438     int n_bits = 8;
439     /** decode length */
440     if (get_bits1(gb)) {
441         n_bits += 8;
442         if (get_bits1(gb)) {
443             n_bits += 8;
444             if (get_bits1(gb)) {
445                 n_bits += 7;
446             }
447         }
448     }
449     return get_bits_long(gb, n_bits);
450 }
451
452 /**
453  * Decode run level compressed coefficients.
454  * @param avctx codec context
455  * @param gb bitstream reader context
456  * @param vlc vlc table for get_vlc2
457  * @param level_table level codes
458  * @param run_table run codes
459  * @param version 0 for wma1,2 1 for wmapro
460  * @param ptr output buffer
461  * @param offset offset in the output buffer
462  * @param num_coefs number of input coefficents
463  * @param block_len input buffer length (2^n)
464  * @param frame_len_bits number of bits for escaped run codes
465  * @param coef_nb_bits number of bits for escaped level codes
466  * @return 0 on success, -1 otherwise
467  */
468 int ff_wma_run_level_decode(AVCodecContext* avctx, GetBitContext* gb,
469                             VLC *vlc,
470                             const float *level_table, const uint16_t *run_table,
471                             int version, WMACoef *ptr, int offset,
472                             int num_coefs, int block_len, int frame_len_bits,
473                             int coef_nb_bits)
474 {
475     int code, level, sign;
476     const uint32_t *ilvl = (const uint32_t*)level_table;
477     uint32_t *iptr = (uint32_t*)ptr;
478     const unsigned int coef_mask = block_len - 1;
479     for (; offset < num_coefs; offset++) {
480         code = get_vlc2(gb, vlc->table, VLCBITS, VLCMAX);
481         if (code > 1) {
482             /** normal code */
483             offset += run_table[code];
484             sign = get_bits1(gb) - 1;
485             iptr[offset & coef_mask] = ilvl[code] ^ sign<<31;
486         } else if (code == 1) {
487             /** EOB */
488             break;
489         } else {
490             /** escape */
491             if (!version) {
492                 level = get_bits(gb, coef_nb_bits);
493                 /** NOTE: this is rather suboptimal. reading
494                     block_len_bits would be better */
495                 offset += get_bits(gb, frame_len_bits);
496             } else {
497                 level = ff_wma_get_large_val(gb);
498                 /** escape decode */
499                 if (get_bits1(gb)) {
500                     if (get_bits1(gb)) {
501                         if (get_bits1(gb)) {
502                             av_log(avctx,AV_LOG_ERROR,
503                                 "broken escape sequence\n");
504                             return -1;
505                         } else
506                             offset += get_bits(gb, frame_len_bits) + 4;
507                     } else
508                         offset += get_bits(gb, 2) + 1;
509                 }
510             }
511             sign = get_bits1(gb) - 1;
512             ptr[offset & coef_mask] = (level^sign) - sign;
513         }
514     }
515     /** NOTE: EOB can be omitted */
516     if (offset > num_coefs) {
517         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "overflow in spectral RLE, ignoring\n");
518         return -1;
519     }
520
521     return 0;
522 }
523