VP8: idct_mb optimizations
[ffmpeg.git] / libavcodec / wmaenc.c
1 /*
2  * WMA compatible encoder
3  * Copyright (c) 2007 Michael Niedermayer
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
25 #undef NDEBUG
26 #include <assert.h>
27
28
29 static int encode_init(AVCodecContext * avctx){
30     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
31     int i, flags1, flags2;
32     uint8_t *extradata;
33
34     s->avctx = avctx;
35
36     if(avctx->channels > MAX_CHANNELS)
37         return -1;
38
39     if(avctx->bit_rate < 24*1000)
40         return -1;
41
42     /* extract flag infos */
43     flags1 = 0;
44     flags2 = 1;
45     if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV1) {
46         extradata= av_malloc(4);
47         avctx->extradata_size= 4;
48         AV_WL16(extradata, flags1);
49         AV_WL16(extradata+2, flags2);
50     } else if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV2) {
51         extradata= av_mallocz(10);
52         avctx->extradata_size= 10;
53         AV_WL32(extradata, flags1);
54         AV_WL16(extradata+4, flags2);
55     }else
56         assert(0);
57     avctx->extradata= extradata;
58     s->use_exp_vlc = flags2 & 0x0001;
59     s->use_bit_reservoir = flags2 & 0x0002;
60     s->use_variable_block_len = flags2 & 0x0004;
61
62     ff_wma_init(avctx, flags2);
63
64     /* init MDCT */
65     for(i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
66         ff_mdct_init(&s->mdct_ctx[i], s->frame_len_bits - i + 1, 0, 1.0);
67
68     avctx->block_align=
69     s->block_align= avctx->bit_rate*(int64_t)s->frame_len / (avctx->sample_rate*8);
70 //av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d %d\n", s->block_align, avctx->bit_rate, s->frame_len, avctx->sample_rate);
71     avctx->frame_size= s->frame_len;
72
73     return 0;
74 }
75
76
77 static void apply_window_and_mdct(AVCodecContext * avctx, const signed short * audio, int len) {
78     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
79     int window_index= s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
80     int i, j, channel;
81     const float * win = s->windows[window_index];
82     int window_len = 1 << s->block_len_bits;
83     float n = window_len/2;
84
85     for (channel = 0; channel < avctx->channels; channel++) {
86         memcpy(s->output, s->frame_out[channel], sizeof(float)*window_len);
87         j = channel;
88         for (i = 0; i < len; i++, j += avctx->channels){
89             s->output[i+window_len]  = audio[j] / n * win[window_len - i - 1];
90             s->frame_out[channel][i] = audio[j] / n * win[i];
91         }
92         ff_mdct_calc(&s->mdct_ctx[window_index], s->coefs[channel], s->output);
93     }
94 }
95
96 //FIXME use for decoding too
97 static void init_exp(WMACodecContext *s, int ch, const int *exp_param){
98     int n;
99     const uint16_t *ptr;
100     float v, *q, max_scale, *q_end;
101
102     ptr = s->exponent_bands[s->frame_len_bits - s->block_len_bits];
103     q = s->exponents[ch];
104     q_end = q + s->block_len;
105     max_scale = 0;
106     while (q < q_end) {
107         /* XXX: use a table */
108         v = pow(10, *exp_param++ * (1.0 / 16.0));
109         max_scale= FFMAX(max_scale, v);
110         n = *ptr++;
111         do {
112             *q++ = v;
113         } while (--n);
114     }
115     s->max_exponent[ch] = max_scale;
116 }
117
118 static void encode_exp_vlc(WMACodecContext *s, int ch, const int *exp_param){
119     int last_exp;
120     const uint16_t *ptr;
121     float *q, *q_end;
122
123     ptr = s->exponent_bands[s->frame_len_bits - s->block_len_bits];
124     q = s->exponents[ch];
125     q_end = q + s->block_len;
126     if (s->version == 1) {
127         last_exp= *exp_param++;
128         assert(last_exp-10 >= 0 && last_exp-10 < 32);
129         put_bits(&s->pb, 5, last_exp - 10);
130         q+= *ptr++;
131     }else
132         last_exp = 36;
133     while (q < q_end) {
134         int exp = *exp_param++;
135         int code = exp - last_exp + 60;
136         assert(code >= 0 && code < 120);
137         put_bits(&s->pb, ff_aac_scalefactor_bits[code], ff_aac_scalefactor_code[code]);
138         /* XXX: use a table */
139         q+= *ptr++;
140         last_exp= exp;
141     }
142 }
143
144 static int encode_block(WMACodecContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], int total_gain){
145     int v, bsize, ch, coef_nb_bits, parse_exponents;
146     float mdct_norm;
147     int nb_coefs[MAX_CHANNELS];
148     static const int fixed_exp[25]={20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20,20};
149
150     //FIXME remove duplication relative to decoder
151     if (s->use_variable_block_len) {
152         assert(0); //FIXME not implemented
153     }else{
154         /* fixed block len */
155         s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
156         s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
157         s->block_len_bits = s->frame_len_bits;
158     }
159
160     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
161 //     assert((s->block_pos + s->block_len) <= s->frame_len);
162     bsize = s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
163
164     //FIXME factor
165     v = s->coefs_end[bsize] - s->coefs_start;
166     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++)
167         nb_coefs[ch] = v;
168     {
169         int n4 = s->block_len / 2;
170         mdct_norm = 1.0 / (float)n4;
171         if (s->version == 1) {
172             mdct_norm *= sqrt(n4);
173         }
174     }
175
176     if (s->nb_channels == 2) {
177         put_bits(&s->pb, 1, s->ms_stereo= 1);
178     }
179
180     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
181         s->channel_coded[ch] = 1; //FIXME only set channel_coded when needed, instead of always
182         if (s->channel_coded[ch]) {
183             init_exp(s, ch, fixed_exp);
184         }
185     }
186
187     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
188         if (s->channel_coded[ch]) {
189             WMACoef *coefs1;
190             float *coefs, *exponents, mult;
191             int i, n;
192
193             coefs1 = s->coefs1[ch];
194             exponents = s->exponents[ch];
195             mult = pow(10, total_gain * 0.05) / s->max_exponent[ch];
196             mult *= mdct_norm;
197             coefs = src_coefs[ch];
198             if (s->use_noise_coding && 0) {
199                 assert(0); //FIXME not implemented
200             } else {
201                 coefs += s->coefs_start;
202                 n = nb_coefs[ch];
203                 for(i = 0;i < n; i++){
204                     double t= *coefs++ / (exponents[i] * mult);
205                     if(t<-32768 || t>32767)
206                         return -1;
207
208                     coefs1[i] = lrint(t);
209                 }
210             }
211         }
212     }
213
214     v = 0;
215     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
216         int a = s->channel_coded[ch];
217         put_bits(&s->pb, 1, a);
218         v |= a;
219     }
220
221     if (!v)
222         return 1;
223
224     for(v= total_gain-1; v>=127; v-= 127)
225         put_bits(&s->pb, 7, 127);
226     put_bits(&s->pb, 7, v);
227
228     coef_nb_bits= ff_wma_total_gain_to_bits(total_gain);
229
230     if (s->use_noise_coding) {
231         for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
232             if (s->channel_coded[ch]) {
233                 int i, n;
234                 n = s->exponent_high_sizes[bsize];
235                 for(i=0;i<n;i++) {
236                     put_bits(&s->pb, 1, s->high_band_coded[ch][i]= 0);
237                     if (0)
238                         nb_coefs[ch] -= s->exponent_high_bands[bsize][i];
239                 }
240             }
241         }
242     }
243
244     parse_exponents = 1;
245     if (s->block_len_bits != s->frame_len_bits) {
246         put_bits(&s->pb, 1, parse_exponents);
247     }
248
249     if (parse_exponents) {
250         for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
251             if (s->channel_coded[ch]) {
252                 if (s->use_exp_vlc) {
253                     encode_exp_vlc(s, ch, fixed_exp);
254                 } else {
255                     assert(0); //FIXME not implemented
256 //                    encode_exp_lsp(s, ch);
257                 }
258             }
259         }
260     } else {
261         assert(0); //FIXME not implemented
262     }
263
264     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
265         if (s->channel_coded[ch]) {
266             int run, tindex;
267             WMACoef *ptr, *eptr;
268             tindex = (ch == 1 && s->ms_stereo);
269             ptr = &s->coefs1[ch][0];
270             eptr = ptr + nb_coefs[ch];
271
272             run=0;
273             for(;ptr < eptr; ptr++){
274                 if(*ptr){
275                     int level= *ptr;
276                     int abs_level= FFABS(level);
277                     int code= 0;
278                     if(abs_level <= s->coef_vlcs[tindex]->max_level){
279                         if(run < s->coef_vlcs[tindex]->levels[abs_level-1])
280                             code= run + s->int_table[tindex][abs_level-1];
281                     }
282
283                     assert(code < s->coef_vlcs[tindex]->n);
284                     put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[code], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[code]);
285
286                     if(code == 0){
287                         if(1<<coef_nb_bits <= abs_level)
288                             return -1;
289
290
291                         //Workaround minor rounding differences for the regression tests, FIXME we should find and replace the problematic float by fixpoint for reg tests
292                         if(abs_level == 0x71B && (s->avctx->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT)) abs_level=0x71A;
293
294                         put_bits(&s->pb, coef_nb_bits, abs_level);
295                         put_bits(&s->pb, s->frame_len_bits, run);
296                     }
297                     put_bits(&s->pb, 1, level < 0); //FIXME the sign is fliped somewhere
298                     run=0;
299                 }else{
300                     run++;
301                 }
302             }
303             if(run)
304                 put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[1], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[1]);
305         }
306         if (s->version == 1 && s->nb_channels >= 2) {
307             align_put_bits(&s->pb);
308         }
309     }
310     return 0;
311 }
312
313 static int encode_frame(WMACodecContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], uint8_t *buf, int buf_size, int total_gain){
314     init_put_bits(&s->pb, buf, buf_size);
315
316     if (s->use_bit_reservoir) {
317         assert(0);//FIXME not implemented
318     }else{
319         if(encode_block(s, src_coefs, total_gain) < 0)
320             return INT_MAX;
321     }
322
323     align_put_bits(&s->pb);
324
325     return put_bits_count(&s->pb)/8 - s->block_align;
326 }
327
328 static int encode_superframe(AVCodecContext *avctx,
329                             unsigned char *buf, int buf_size, void *data){
330     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
331     const short *samples = data;
332     int i, total_gain;
333
334     s->block_len_bits= s->frame_len_bits; //required by non variable block len
335     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
336
337     apply_window_and_mdct(avctx, samples, avctx->frame_size);
338
339     if (s->ms_stereo) {
340         float a, b;
341         int i;
342
343         for(i = 0; i < s->block_len; i++) {
344             a = s->coefs[0][i]*0.5;
345             b = s->coefs[1][i]*0.5;
346             s->coefs[0][i] = a + b;
347             s->coefs[1][i] = a - b;
348         }
349     }
350
351 #if 1
352     total_gain= 128;
353     for(i=64; i; i>>=1){
354         int error= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain-i);
355         if(error<0)
356             total_gain-= i;
357     }
358 #else
359     total_gain= 90;
360     best= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain);
361     for(i=32; i; i>>=1){
362         int scoreL= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain-i);
363         int scoreR= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain+i);
364         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d (%d)\n", scoreL, best, scoreR, total_gain);
365         if(scoreL < FFMIN(best, scoreR)){
366             best = scoreL;
367             total_gain -= i;
368         }else if(scoreR < best){
369             best = scoreR;
370             total_gain += i;
371         }
372     }
373 #endif
374
375     encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain);
376     assert((put_bits_count(&s->pb) & 7) == 0);
377     i= s->block_align - (put_bits_count(&s->pb)+7)/8;
378     assert(i>=0);
379     while(i--)
380         put_bits(&s->pb, 8, 'N');
381
382     flush_put_bits(&s->pb);
383     return put_bits_ptr(&s->pb) - s->pb.buf;
384 }
385
386 AVCodec ff_wmav1_encoder =
387 {
388     "wmav1",
389     AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
390     CODEC_ID_WMAV1,
391     sizeof(WMACodecContext),
392     encode_init,
393     encode_superframe,
394     ff_wma_end,
395     .sample_fmts = (const enum AVSampleFormat[]){AV_SAMPLE_FMT_S16,AV_SAMPLE_FMT_NONE},
396     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Windows Media Audio 1"),
397 };
398
399 AVCodec ff_wmav2_encoder =
400 {
401     "wmav2",
402     AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
403     CODEC_ID_WMAV2,
404     sizeof(WMACodecContext),
405     encode_init,
406     encode_superframe,
407     ff_wma_end,
408     .sample_fmts = (const enum AVSampleFormat[]){AV_SAMPLE_FMT_S16,AV_SAMPLE_FMT_NONE},
409     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Windows Media Audio 2"),
410 };