Rename WMADecodeContext to WMACodecContext
[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     /* extract flag infos */
40     flags1 = 0;
41     flags2 = 1;
42     if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV1) {
43         extradata= av_malloc(4);
44         avctx->extradata_size= 4;
45         extradata[0] = flags1;
46         extradata[1] = flags1>>8;
47         extradata[2] = flags2;
48         extradata[3] = flags2>>8;
49     } else if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV2) {
50         extradata= av_mallocz(10);
51         avctx->extradata_size= 10;
52         extradata[0] = flags1;
53         extradata[1] = flags1>>8;
54         extradata[2] = flags1>>16;
55         extradata[3] = flags1>>24;
56         extradata[4] = flags2;
57         extradata[5] = flags2>>8;
58     }else
59         assert(0);
60     avctx->extradata= extradata;
61     s->use_exp_vlc = flags2 & 0x0001;
62     s->use_bit_reservoir = flags2 & 0x0002;
63     s->use_variable_block_len = flags2 & 0x0004;
64
65     ff_wma_init(avctx, flags2);
66
67     /* init MDCT */
68     for(i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
69         ff_mdct_init(&s->mdct_ctx[i], s->frame_len_bits - i + 1, 0);
70
71     avctx->block_align=
72     s->block_align= avctx->bit_rate*(int64_t)s->frame_len / (avctx->sample_rate*8);
73 //av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d %d\n", s->block_align, avctx->bit_rate, s->frame_len, avctx->sample_rate);
74     avctx->frame_size= s->frame_len;
75
76     return 0;
77 }
78
79
80 static void apply_window_and_mdct(AVCodecContext * avctx, signed short * audio, int len) {
81     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
82     int window_index= s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
83     int i, j, channel;
84     const float * win = s->windows[window_index];
85     int window_len = 1 << s->block_len_bits;
86     float n = window_len/2;
87
88     for (channel = 0; channel < avctx->channels; channel++) {
89         memcpy(s->output, s->frame_out[channel], sizeof(float)*window_len);
90         j = channel;
91         for (i = 0; i < len; i++, j += avctx->channels){
92             s->output[i+window_len]  = audio[j] / n * win[i];
93             s->frame_out[channel][i] = audio[j] / n * win[window_len - i - 1];
94         }
95         ff_mdct_calc(&s->mdct_ctx[window_index], s->coefs[channel], s->output, s->mdct_tmp);
96     }
97 }
98
99 //FIXME use for decoding too
100 static void init_exp(WMACodecContext *s, int ch, int *exp_param){
101     int n;
102     const uint16_t *ptr;
103     float v, *q, max_scale, *q_end;
104
105     ptr = s->exponent_bands[s->frame_len_bits - s->block_len_bits];
106     q = s->exponents[ch];
107     q_end = q + s->block_len;
108     max_scale = 0;
109     while (q < q_end) {
110         /* XXX: use a table */
111         v = pow(10, *exp_param++ * (1.0 / 16.0));
112         max_scale= FFMAX(max_scale, v);
113         n = *ptr++;
114         do {
115             *q++ = v;
116         } while (--n);
117     }
118     s->max_exponent[ch] = max_scale;
119 }
120
121 static void encode_exp_vlc(WMACodecContext *s, int ch, const int *exp_param){
122     int last_exp;
123     const uint16_t *ptr;
124     float *q, *q_end;
125
126     ptr = s->exponent_bands[s->frame_len_bits - s->block_len_bits];
127     q = s->exponents[ch];
128     q_end = q + s->block_len;
129     if (s->version == 1) {
130         last_exp= *exp_param++;
131         assert(last_exp-10 >= 0 && last_exp-10 < 32);
132         put_bits(&s->pb, 5, last_exp - 10);
133         q+= *ptr++;
134     }else
135         last_exp = 36;
136     while (q < q_end) {
137         int exp = *exp_param++;
138         int code = exp - last_exp + 60;
139         assert(code >= 0 && code < 120);
140         put_bits(&s->pb, ff_wma_scale_huffbits[code], ff_wma_scale_huffcodes[code]);
141         /* XXX: use a table */
142         q+= *ptr++;
143         last_exp= exp;
144     }
145 }
146
147 static int encode_block(WMACodecContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], int total_gain){
148     int v, bsize, ch, coef_nb_bits, parse_exponents;
149     float mdct_norm;
150     int nb_coefs[MAX_CHANNELS];
151     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};
152
153     //FIXME remove duplication relative to decoder
154     if (s->use_variable_block_len) {
155         assert(0); //FIXME not implemented
156     }else{
157         /* fixed block len */
158         s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
159         s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
160         s->block_len_bits = s->frame_len_bits;
161     }
162
163     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
164 //     assert((s->block_pos + s->block_len) <= s->frame_len);
165     bsize = s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
166
167     //FIXME factor
168     v = s->coefs_end[bsize] - s->coefs_start;
169     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++)
170         nb_coefs[ch] = v;
171     {
172         int n4 = s->block_len / 2;
173         mdct_norm = 1.0 / (float)n4;
174         if (s->version == 1) {
175             mdct_norm *= sqrt(n4);
176         }
177     }
178
179     if (s->nb_channels == 2) {
180         put_bits(&s->pb, 1, s->ms_stereo= 1);
181     }
182
183     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
184         if (s->channel_coded[ch]= 1) { //FIXME
185             init_exp(s, ch, fixed_exp);
186         }
187     }
188
189     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
190         if (s->channel_coded[ch]) {
191             int16_t *coefs1;
192             float *coefs, *exponents, mult;
193             int i, n;
194
195             coefs1 = s->coefs1[ch];
196             exponents = s->exponents[ch];
197             mult = pow(10, total_gain * 0.05) / s->max_exponent[ch];
198             mult *= mdct_norm;
199             coefs = src_coefs[ch];
200             if (s->use_noise_coding && 0) {
201                 assert(0); //FIXME not implemented
202             } else {
203                 coefs += s->coefs_start;
204                 n = nb_coefs[ch];
205                 for(i = 0;i < n; i++){
206                     double t= *coefs++ / (exponents[i] * mult);
207                     if(t<-32768 || t>32767)
208                         return -1;
209
210                     coefs1[i] = lrint(t);
211                 }
212             }
213         }
214     }
215
216     v = 0;
217     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
218         int a = s->channel_coded[ch];
219         put_bits(&s->pb, 1, a);
220         v |= a;
221     }
222
223     if (!v)
224         return 1;
225
226     for(v= total_gain-1; v>=127; v-= 127)
227         put_bits(&s->pb, 7, 127);
228     put_bits(&s->pb, 7, v);
229
230     coef_nb_bits= ff_wma_total_gain_to_bits(total_gain);
231
232     if (s->use_noise_coding) {
233         for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
234             if (s->channel_coded[ch]) {
235                 int i, n;
236                 n = s->exponent_high_sizes[bsize];
237                 for(i=0;i<n;i++) {
238                     put_bits(&s->pb, 1, s->high_band_coded[ch][i]= 0);
239                     if (0)
240                         nb_coefs[ch] -= s->exponent_high_bands[bsize][i];
241                 }
242             }
243         }
244     }
245
246     parse_exponents = 1;
247     if (s->block_len_bits != s->frame_len_bits) {
248         put_bits(&s->pb, 1, parse_exponents);
249     }
250
251     if (parse_exponents) {
252         for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
253             if (s->channel_coded[ch]) {
254                 if (s->use_exp_vlc) {
255                     encode_exp_vlc(s, ch, fixed_exp);
256                 } else {
257                     assert(0); //FIXME not implemented
258 //                    encode_exp_lsp(s, ch);
259                 }
260             }
261         }
262     } else {
263         assert(0); //FIXME not implemented
264     }
265
266     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
267         if (s->channel_coded[ch]) {
268             int run, tindex;
269             int16_t *ptr, *eptr;
270             tindex = (ch == 1 && s->ms_stereo);
271             ptr = &s->coefs1[ch][0];
272             eptr = ptr + nb_coefs[ch];
273
274             run=0;
275             for(;ptr < eptr; ptr++){
276                 if(*ptr){
277                     int level= *ptr;
278                     int abs_level= FFABS(level);
279                     int code= 0;
280                     if(abs_level <= s->coef_vlcs[tindex]->max_level){
281                         if(run < s->coef_vlcs[tindex]->levels[abs_level-1])
282                             code= run + s->int_table[tindex][abs_level-1];
283                     }
284
285                     assert(code < s->coef_vlcs[tindex]->n);
286                     put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[code], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[code]);
287
288                     if(code == 0){
289                         if(1<<coef_nb_bits <= abs_level)
290                             return -1;
291
292                         put_bits(&s->pb, coef_nb_bits, abs_level);
293                         put_bits(&s->pb, s->frame_len_bits, run);
294                     }
295                     put_bits(&s->pb, 1, level < 0); //FIXME the sign is fliped somewhere
296                     run=0;
297                 }else{
298                     run++;
299                 }
300             }
301             if(run)
302                 put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[1], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[1]);
303         }
304         if (s->version == 1 && s->nb_channels >= 2) {
305             align_put_bits(&s->pb);
306         }
307     }
308     return 0;
309 }
310
311 static int encode_frame(WMACodecContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], uint8_t *buf, int buf_size, int total_gain){
312     init_put_bits(&s->pb, buf, buf_size);
313
314     if (s->use_bit_reservoir) {
315         assert(0);//FIXME not implemented
316     }else{
317         if(encode_block(s, src_coefs, total_gain) < 0)
318             return INT_MAX;
319     }
320
321     align_put_bits(&s->pb);
322
323     return put_bits_count(&s->pb)/8 - s->block_align;
324 }
325
326 static int encode_superframe(AVCodecContext *avctx,
327                             unsigned char *buf, int buf_size, void *data){
328     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
329     short *samples = data;
330     int i, total_gain, best;
331
332     s->block_len_bits= s->frame_len_bits; //required by non variable block len
333     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
334
335     apply_window_and_mdct(avctx, samples, avctx->frame_size);
336
337     if (s->ms_stereo) {
338         float a, b;
339         int i;
340
341         for(i = 0; i < s->block_len; i++) {
342             a = s->coefs[0][i]*0.5;
343             b = s->coefs[1][i]*0.5;
344             s->coefs[0][i] = a + b;
345             s->coefs[1][i] = a - b;
346         }
347     }
348
349 #if 1
350     total_gain= 128;
351     for(i=64; i; i>>=1){
352         int error= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain-i);
353         if(error<0)
354             total_gain-= i;
355     }
356 #else
357     total_gain= 90;
358     best= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain);
359     for(i=32; i; i>>=1){
360         int scoreL= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain-i);
361         int scoreR= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain+i);
362         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d (%d)\n", scoreL, best, scoreR, total_gain);
363         if(scoreL < FFMIN(best, scoreR)){
364             best = scoreL;
365             total_gain -= i;
366         }else if(scoreR < best){
367             best = scoreR;
368             total_gain += i;
369         }
370     }
371 #endif
372
373     encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain);
374     assert((put_bits_count(&s->pb) & 7) == 0);
375     i= s->block_align - (put_bits_count(&s->pb)+7)/8;
376     assert(i>=0);
377     while(i--)
378         put_bits(&s->pb, 8, 'N');
379
380     flush_put_bits(&s->pb);
381     return pbBufPtr(&s->pb) - s->pb.buf;
382 }
383
384 AVCodec wmav1_encoder =
385 {
386     "wmav1",
387     CODEC_TYPE_AUDIO,
388     CODEC_ID_WMAV1,
389     sizeof(WMACodecContext),
390     encode_init,
391     encode_superframe,
392     ff_wma_end,
393 };
394
395 AVCodec wmav2_encoder =
396 {
397     "wmav2",
398     CODEC_TYPE_AUDIO,
399     CODEC_ID_WMAV2,
400     sizeof(WMACodecContext),
401     encode_init,
402     encode_superframe,
403     ff_wma_end,
404 };