5f502d269c96140f325a29729badfd822b67e69a
[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     WMADecodeContext *s = avctx->priv_data;
31     int i, flags1, flags2;
32     uint8_t *extradata;
33
34     if(avctx->channels > MAX_CHANNELS)
35         return -1;
36
37     /* extract flag infos */
38     flags1 = 0;
39     flags2 = 1;
40     if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV1) {
41         extradata= av_malloc(4);
42         avctx->extradata_size= 4;
43         extradata[0] = flags1;
44         extradata[1] = flags1>>8;
45         extradata[2] = flags2;
46         extradata[3] = flags2>>8;
47     } else if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV2) {
48         extradata= av_mallocz(10);
49         avctx->extradata_size= 10;
50         extradata[0] = flags1;
51         extradata[1] = flags1>>8;
52         extradata[2] = flags1>>16;
53         extradata[3] = flags1>>24;
54         extradata[4] = flags2;
55         extradata[5] = flags2>>8;
56     }else
57         assert(0);
58     avctx->extradata= extradata;
59     s->use_exp_vlc = flags2 & 0x0001;
60     s->use_bit_reservoir = flags2 & 0x0002;
61     s->use_variable_block_len = flags2 & 0x0004;
62
63     ff_wma_init(avctx, flags2);
64
65     /* init MDCT */
66     for(i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
67         ff_mdct_init(&s->mdct_ctx[i], s->frame_len_bits - i + 1, 0);
68
69     avctx->block_align=
70     s->block_align= avctx->bit_rate*(int64_t)s->frame_len / (avctx->sample_rate*8);
71 //av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d %d\n", s->block_align, avctx->bit_rate, s->frame_len, avctx->sample_rate);
72     avctx->frame_size= s->frame_len;
73
74     return 0;
75 }
76
77
78 static void apply_window_and_mdct(AVCodecContext * avctx, signed short * audio, int len) {
79     WMADecodeContext *s = avctx->priv_data;
80     int window_index= s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
81     int i, j, channel;
82     const float * win = s->windows[window_index];
83     int window_len = 1 << s->block_len_bits;
84     float n = window_len/2;
85
86     for (channel = 0; channel < avctx->channels; channel++) {
87         memcpy(s->output, s->frame_out[channel], sizeof(float)*window_len);
88         j = channel;
89         for (i = 0; i < len; i++, j += avctx->channels){
90             s->output[i+window_len]  = audio[j] / n * win[i];
91             s->frame_out[channel][i] = audio[j] / n * win[window_len - i - 1];
92         }
93         ff_mdct_calc(&s->mdct_ctx[window_index], s->coefs[channel], s->output, s->mdct_tmp);
94     }
95 }
96
97 //FIXME use for decoding too
98 static void init_exp(WMADecodeContext *s, int ch, int *exp_param){
99     int n;
100     const uint16_t *ptr;
101     float v, *q, max_scale, *q_end;
102
103     ptr = s->exponent_bands[s->frame_len_bits - s->block_len_bits];
104     q = s->exponents[ch];
105     q_end = q + s->block_len;
106     max_scale = 0;
107     while (q < q_end) {
108         /* XXX: use a table */
109         v = pow(10, *exp_param++ * (1.0 / 16.0));
110         max_scale= FFMAX(max_scale, v);
111         n = *ptr++;
112         do {
113             *q++ = v;
114         } while (--n);
115     }
116     s->max_exponent[ch] = max_scale;
117 }
118
119 static void encode_exp_vlc(WMADecodeContext *s, int ch, const int *exp_param){
120     int last_exp;
121     const uint16_t *ptr;
122     float *q, *q_end;
123
124     ptr = s->exponent_bands[s->frame_len_bits - s->block_len_bits];
125     q = s->exponents[ch];
126     q_end = q + s->block_len;
127     if (s->version == 1) {
128         last_exp= *exp_param++;
129         assert(last_exp-10 >= 0 && last_exp-10 < 32);
130         put_bits(&s->pb, 5, last_exp - 10);
131         q+= *ptr++;
132     }else
133         last_exp = 36;
134     while (q < q_end) {
135         int exp = *exp_param++;
136         int code = exp - last_exp + 60;
137         assert(code >= 0 && code < 120);
138         put_bits(&s->pb, ff_wma_scale_huffbits[code], ff_wma_scale_huffcodes[code]);
139         /* XXX: use a table */
140         q+= *ptr++;
141         last_exp= exp;
142     }
143 }
144
145 static int encode_block(WMADecodeContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], int total_gain){
146     int v, bsize, ch, coef_nb_bits, parse_exponents;
147     float mdct_norm;
148     int nb_coefs[MAX_CHANNELS];
149     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};
150
151     //FIXME remove duplication relative to decoder
152     if (s->use_variable_block_len) {
153         assert(0); //FIXME not implemented
154     }else{
155         /* fixed block len */
156         s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
157         s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
158         s->block_len_bits = s->frame_len_bits;
159     }
160
161     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
162 //     assert((s->block_pos + s->block_len) <= s->frame_len);
163     bsize = s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
164
165     //FIXME factor
166     v = s->coefs_end[bsize] - s->coefs_start;
167     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++)
168         nb_coefs[ch] = v;
169     {
170         int n4 = s->block_len / 2;
171         mdct_norm = 1.0 / (float)n4;
172         if (s->version == 1) {
173             mdct_norm *= sqrt(n4);
174         }
175     }
176
177     if (s->nb_channels == 2) {
178         put_bits(&s->pb, 1, s->ms_stereo= 1);
179     }
180
181     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
182         if (s->channel_coded[ch]= 1) { //FIXME
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             int16_t *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             int16_t *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                         put_bits(&s->pb, coef_nb_bits, abs_level);
291                         put_bits(&s->pb, s->frame_len_bits, run);
292                     }
293                     put_bits(&s->pb, 1, level < 0); //FIXME the sign is fliped somewhere
294                     run=0;
295                 }else{
296                     run++;
297                 }
298             }
299             if(run)
300                 put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[1], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[1]);
301         }
302         if (s->version == 1 && s->nb_channels >= 2) {
303             align_put_bits(&s->pb);
304         }
305     }
306     return 0;
307 }
308
309 static int encode_frame(WMADecodeContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], uint8_t *buf, int buf_size, int total_gain){
310     init_put_bits(&s->pb, buf, buf_size);
311
312     if (s->use_bit_reservoir) {
313         assert(0);//FIXME not implemented
314     }else{
315         if(encode_block(s, src_coefs, total_gain) < 0)
316             return INT_MAX;
317     }
318
319     align_put_bits(&s->pb);
320
321     return put_bits_count(&s->pb)/8 - s->block_align;
322 }
323
324 static int encode_superframe(AVCodecContext *avctx,
325                             unsigned char *buf, int buf_size, void *data){
326     WMADecodeContext *s = avctx->priv_data;
327     short *samples = data;
328     int i, total_gain, best;
329
330     s->block_len_bits= s->frame_len_bits; //required by non variable block len
331     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
332
333     apply_window_and_mdct(avctx, samples, avctx->frame_size);
334
335     if (s->ms_stereo) {
336         float a, b;
337         int i;
338
339         for(i = 0; i < s->block_len; i++) {
340             a = s->coefs[0][i]*0.5;
341             b = s->coefs[1][i]*0.5;
342             s->coefs[0][i] = a + b;
343             s->coefs[1][i] = a - b;
344         }
345     }
346
347 #if 1
348     total_gain= 128;
349     for(i=64; i; i>>=1){
350         int error= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain-i);
351         if(error<0)
352             total_gain-= i;
353     }
354 #else
355     total_gain= 90;
356     best= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain);
357     for(i=32; i; i>>=1){
358         int scoreL= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain-i);
359         int scoreR= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain+i);
360         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d (%d)\n", scoreL, best, scoreR, total_gain);
361         if(scoreL < FFMIN(best, scoreR)){
362             best = scoreL;
363             total_gain -= i;
364         }else if(scoreR < best){
365             best = scoreR;
366             total_gain += i;
367         }
368     }
369 #endif
370
371     encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain);
372     assert((put_bits_count(&s->pb) & 7) == 0);
373     i= s->block_align - (put_bits_count(&s->pb)+7)/8;
374     assert(i>=0);
375     while(i--)
376         put_bits(&s->pb, 8, 'N');
377
378     flush_put_bits(&s->pb);
379     return pbBufPtr(&s->pb) - s->pb.buf;
380 }
381
382 AVCodec wmav1_encoder =
383 {
384     "wmav1",
385     CODEC_TYPE_AUDIO,
386     CODEC_ID_WMAV1,
387     sizeof(WMADecodeContext),
388     encode_init,
389     encode_superframe,
390     ff_wma_end,
391 };
392
393 AVCodec wmav2_encoder =
394 {
395     "wmav2",
396     CODEC_TYPE_AUDIO,
397     CODEC_ID_WMAV2,
398     sizeof(WMADecodeContext),
399     encode_init,
400     encode_superframe,
401     ff_wma_end,
402 };