e2cdebf22872f3fbf32429b3870a6ea48d16b13e
[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);
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, 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, s->mdct_tmp);
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_wma_scale_huffbits[code], ff_wma_scale_huffcodes[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         if (s->channel_coded[ch]= 1) { //FIXME
182             init_exp(s, ch, fixed_exp);
183         }
184     }
185
186     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
187         if (s->channel_coded[ch]) {
188             int16_t *coefs1;
189             float *coefs, *exponents, mult;
190             int i, n;
191
192             coefs1 = s->coefs1[ch];
193             exponents = s->exponents[ch];
194             mult = pow(10, total_gain * 0.05) / s->max_exponent[ch];
195             mult *= mdct_norm;
196             coefs = src_coefs[ch];
197             if (s->use_noise_coding && 0) {
198                 assert(0); //FIXME not implemented
199             } else {
200                 coefs += s->coefs_start;
201                 n = nb_coefs[ch];
202                 for(i = 0;i < n; i++){
203                     double t= *coefs++ / (exponents[i] * mult);
204                     if(t<-32768 || t>32767)
205                         return -1;
206
207                     coefs1[i] = lrint(t);
208                 }
209             }
210         }
211     }
212
213     v = 0;
214     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
215         int a = s->channel_coded[ch];
216         put_bits(&s->pb, 1, a);
217         v |= a;
218     }
219
220     if (!v)
221         return 1;
222
223     for(v= total_gain-1; v>=127; v-= 127)
224         put_bits(&s->pb, 7, 127);
225     put_bits(&s->pb, 7, v);
226
227     coef_nb_bits= ff_wma_total_gain_to_bits(total_gain);
228
229     if (s->use_noise_coding) {
230         for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
231             if (s->channel_coded[ch]) {
232                 int i, n;
233                 n = s->exponent_high_sizes[bsize];
234                 for(i=0;i<n;i++) {
235                     put_bits(&s->pb, 1, s->high_band_coded[ch][i]= 0);
236                     if (0)
237                         nb_coefs[ch] -= s->exponent_high_bands[bsize][i];
238                 }
239             }
240         }
241     }
242
243     parse_exponents = 1;
244     if (s->block_len_bits != s->frame_len_bits) {
245         put_bits(&s->pb, 1, parse_exponents);
246     }
247
248     if (parse_exponents) {
249         for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
250             if (s->channel_coded[ch]) {
251                 if (s->use_exp_vlc) {
252                     encode_exp_vlc(s, ch, fixed_exp);
253                 } else {
254                     assert(0); //FIXME not implemented
255 //                    encode_exp_lsp(s, ch);
256                 }
257             }
258         }
259     } else {
260         assert(0); //FIXME not implemented
261     }
262
263     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
264         if (s->channel_coded[ch]) {
265             int run, tindex;
266             int16_t *ptr, *eptr;
267             tindex = (ch == 1 && s->ms_stereo);
268             ptr = &s->coefs1[ch][0];
269             eptr = ptr + nb_coefs[ch];
270
271             run=0;
272             for(;ptr < eptr; ptr++){
273                 if(*ptr){
274                     int level= *ptr;
275                     int abs_level= FFABS(level);
276                     int code= 0;
277                     if(abs_level <= s->coef_vlcs[tindex]->max_level){
278                         if(run < s->coef_vlcs[tindex]->levels[abs_level-1])
279                             code= run + s->int_table[tindex][abs_level-1];
280                     }
281
282                     assert(code < s->coef_vlcs[tindex]->n);
283                     put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[code], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[code]);
284
285                     if(code == 0){
286                         if(1<<coef_nb_bits <= abs_level)
287                             return -1;
288
289                         put_bits(&s->pb, coef_nb_bits, abs_level);
290                         put_bits(&s->pb, s->frame_len_bits, run);
291                     }
292                     put_bits(&s->pb, 1, level < 0); //FIXME the sign is fliped somewhere
293                     run=0;
294                 }else{
295                     run++;
296                 }
297             }
298             if(run)
299                 put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[1], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[1]);
300         }
301         if (s->version == 1 && s->nb_channels >= 2) {
302             align_put_bits(&s->pb);
303         }
304     }
305     return 0;
306 }
307
308 static int encode_frame(WMACodecContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], uint8_t *buf, int buf_size, int total_gain){
309     init_put_bits(&s->pb, buf, buf_size);
310
311     if (s->use_bit_reservoir) {
312         assert(0);//FIXME not implemented
313     }else{
314         if(encode_block(s, src_coefs, total_gain) < 0)
315             return INT_MAX;
316     }
317
318     align_put_bits(&s->pb);
319
320     return put_bits_count(&s->pb)/8 - s->block_align;
321 }
322
323 static int encode_superframe(AVCodecContext *avctx,
324                             unsigned char *buf, int buf_size, void *data){
325     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
326     short *samples = data;
327     int i, total_gain;
328
329     s->block_len_bits= s->frame_len_bits; //required by non variable block len
330     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
331
332     apply_window_and_mdct(avctx, samples, avctx->frame_size);
333
334     if (s->ms_stereo) {
335         float a, b;
336         int i;
337
338         for(i = 0; i < s->block_len; i++) {
339             a = s->coefs[0][i]*0.5;
340             b = s->coefs[1][i]*0.5;
341             s->coefs[0][i] = a + b;
342             s->coefs[1][i] = a - b;
343         }
344     }
345
346 #if 1
347     total_gain= 128;
348     for(i=64; i; i>>=1){
349         int error= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain-i);
350         if(error<0)
351             total_gain-= i;
352     }
353 #else
354     total_gain= 90;
355     best= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain);
356     for(i=32; i; i>>=1){
357         int scoreL= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain-i);
358         int scoreR= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain+i);
359         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d (%d)\n", scoreL, best, scoreR, total_gain);
360         if(scoreL < FFMIN(best, scoreR)){
361             best = scoreL;
362             total_gain -= i;
363         }else if(scoreR < best){
364             best = scoreR;
365             total_gain += i;
366         }
367     }
368 #endif
369
370     encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain);
371     assert((put_bits_count(&s->pb) & 7) == 0);
372     i= s->block_align - (put_bits_count(&s->pb)+7)/8;
373     assert(i>=0);
374     while(i--)
375         put_bits(&s->pb, 8, 'N');
376
377     flush_put_bits(&s->pb);
378     return pbBufPtr(&s->pb) - s->pb.buf;
379 }
380
381 AVCodec wmav1_encoder =
382 {
383     "wmav1",
384     CODEC_TYPE_AUDIO,
385     CODEC_ID_WMAV1,
386     sizeof(WMACodecContext),
387     encode_init,
388     encode_superframe,
389     ff_wma_end,
390 };
391
392 AVCodec wmav2_encoder =
393 {
394     "wmav2",
395     CODEC_TYPE_AUDIO,
396     CODEC_ID_WMAV2,
397     sizeof(WMACodecContext),
398     encode_init,
399     encode_superframe,
400     ff_wma_end,
401 };