wmaenc: remove bit-exact hack
[ffmpeg.git] / libavcodec / wmaenc.c
1 /*
2  * WMA compatible encoder
3  * Copyright (c) 2007 Michael Niedermayer
4  *
5  * This file is part of Libav.
6  *
7  * Libav 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  * Libav 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 Libav; 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         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many channels: got %i, need %i or fewer",
38                avctx->channels, MAX_CHANNELS);
39         return AVERROR(EINVAL);
40     }
41
42     if (avctx->sample_rate > 48000) {
43         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "sample rate is too high: %d > 48kHz",
44                avctx->sample_rate);
45         return AVERROR(EINVAL);
46     }
47
48     if(avctx->bit_rate < 24*1000) {
49         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "bitrate too low: got %i, need 24000 or higher\n",
50                avctx->bit_rate);
51         return AVERROR(EINVAL);
52     }
53
54     /* extract flag infos */
55     flags1 = 0;
56     flags2 = 1;
57     if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV1) {
58         extradata= av_malloc(4);
59         avctx->extradata_size= 4;
60         AV_WL16(extradata, flags1);
61         AV_WL16(extradata+2, flags2);
62     } else if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV2) {
63         extradata= av_mallocz(10);
64         avctx->extradata_size= 10;
65         AV_WL32(extradata, flags1);
66         AV_WL16(extradata+4, flags2);
67     }else
68         assert(0);
69     avctx->extradata= extradata;
70     s->use_exp_vlc = flags2 & 0x0001;
71     s->use_bit_reservoir = flags2 & 0x0002;
72     s->use_variable_block_len = flags2 & 0x0004;
73     if (avctx->channels == 2)
74         s->ms_stereo = 1;
75
76     ff_wma_init(avctx, flags2);
77
78     /* init MDCT */
79     for(i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
80         ff_mdct_init(&s->mdct_ctx[i], s->frame_len_bits - i + 1, 0, 1.0);
81
82     s->block_align     = avctx->bit_rate * (int64_t)s->frame_len /
83                          (avctx->sample_rate * 8);
84     s->block_align     = FFMIN(s->block_align, MAX_CODED_SUPERFRAME_SIZE);
85     avctx->block_align = s->block_align;
86     avctx->bit_rate    = avctx->block_align * 8LL * avctx->sample_rate /
87                          s->frame_len;
88 //av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d %d\n", s->block_align, avctx->bit_rate, s->frame_len, avctx->sample_rate);
89     avctx->frame_size= s->frame_len;
90
91     return 0;
92 }
93
94
95 static void apply_window_and_mdct(AVCodecContext * avctx, const signed short * audio, int len) {
96     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
97     int window_index= s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
98     FFTContext *mdct = &s->mdct_ctx[window_index];
99     int i, j, channel;
100     const float * win = s->windows[window_index];
101     int window_len = 1 << s->block_len_bits;
102     float n = window_len/2;
103
104     for (channel = 0; channel < avctx->channels; channel++) {
105         memcpy(s->output, s->frame_out[channel], sizeof(float)*window_len);
106         j = channel;
107         for (i = 0; i < len; i++, j += avctx->channels){
108             s->output[i+window_len]  = audio[j] / n * win[window_len - i - 1];
109             s->frame_out[channel][i] = audio[j] / n * win[i];
110         }
111         mdct->mdct_calc(mdct, s->coefs[channel], s->output);
112     }
113 }
114
115 //FIXME use for decoding too
116 static void init_exp(WMACodecContext *s, int ch, const int *exp_param){
117     int n;
118     const uint16_t *ptr;
119     float v, *q, max_scale, *q_end;
120
121     ptr = s->exponent_bands[s->frame_len_bits - s->block_len_bits];
122     q = s->exponents[ch];
123     q_end = q + s->block_len;
124     max_scale = 0;
125     while (q < q_end) {
126         /* XXX: use a table */
127         v = pow(10, *exp_param++ * (1.0 / 16.0));
128         max_scale= FFMAX(max_scale, v);
129         n = *ptr++;
130         do {
131             *q++ = v;
132         } while (--n);
133     }
134     s->max_exponent[ch] = max_scale;
135 }
136
137 static void encode_exp_vlc(WMACodecContext *s, int ch, const int *exp_param){
138     int last_exp;
139     const uint16_t *ptr;
140     float *q, *q_end;
141
142     ptr = s->exponent_bands[s->frame_len_bits - s->block_len_bits];
143     q = s->exponents[ch];
144     q_end = q + s->block_len;
145     if (s->version == 1) {
146         last_exp= *exp_param++;
147         assert(last_exp-10 >= 0 && last_exp-10 < 32);
148         put_bits(&s->pb, 5, last_exp - 10);
149         q+= *ptr++;
150     }else
151         last_exp = 36;
152     while (q < q_end) {
153         int exp = *exp_param++;
154         int code = exp - last_exp + 60;
155         assert(code >= 0 && code < 120);
156         put_bits(&s->pb, ff_aac_scalefactor_bits[code], ff_aac_scalefactor_code[code]);
157         /* XXX: use a table */
158         q+= *ptr++;
159         last_exp= exp;
160     }
161 }
162
163 static int encode_block(WMACodecContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], int total_gain){
164     int v, bsize, ch, coef_nb_bits, parse_exponents;
165     float mdct_norm;
166     int nb_coefs[MAX_CHANNELS];
167     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};
168
169     //FIXME remove duplication relative to decoder
170     if (s->use_variable_block_len) {
171         assert(0); //FIXME not implemented
172     }else{
173         /* fixed block len */
174         s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
175         s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
176         s->block_len_bits = s->frame_len_bits;
177     }
178
179     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
180 //     assert((s->block_pos + s->block_len) <= s->frame_len);
181     bsize = s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
182
183     //FIXME factor
184     v = s->coefs_end[bsize] - s->coefs_start;
185     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++)
186         nb_coefs[ch] = v;
187     {
188         int n4 = s->block_len / 2;
189         mdct_norm = 1.0 / (float)n4;
190         if (s->version == 1) {
191             mdct_norm *= sqrt(n4);
192         }
193     }
194
195     if (s->nb_channels == 2) {
196         put_bits(&s->pb, 1, !!s->ms_stereo);
197     }
198
199     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
200         s->channel_coded[ch] = 1; //FIXME only set channel_coded when needed, instead of always
201         if (s->channel_coded[ch]) {
202             init_exp(s, ch, fixed_exp);
203         }
204     }
205
206     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
207         if (s->channel_coded[ch]) {
208             WMACoef *coefs1;
209             float *coefs, *exponents, mult;
210             int i, n;
211
212             coefs1 = s->coefs1[ch];
213             exponents = s->exponents[ch];
214             mult = pow(10, total_gain * 0.05) / s->max_exponent[ch];
215             mult *= mdct_norm;
216             coefs = src_coefs[ch];
217             if (s->use_noise_coding && 0) {
218                 assert(0); //FIXME not implemented
219             } else {
220                 coefs += s->coefs_start;
221                 n = nb_coefs[ch];
222                 for(i = 0;i < n; i++){
223                     double t= *coefs++ / (exponents[i] * mult);
224                     if(t<-32768 || t>32767)
225                         return -1;
226
227                     coefs1[i] = lrint(t);
228                 }
229             }
230         }
231     }
232
233     v = 0;
234     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
235         int a = s->channel_coded[ch];
236         put_bits(&s->pb, 1, a);
237         v |= a;
238     }
239
240     if (!v)
241         return 1;
242
243     for(v= total_gain-1; v>=127; v-= 127)
244         put_bits(&s->pb, 7, 127);
245     put_bits(&s->pb, 7, v);
246
247     coef_nb_bits= ff_wma_total_gain_to_bits(total_gain);
248
249     if (s->use_noise_coding) {
250         for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
251             if (s->channel_coded[ch]) {
252                 int i, n;
253                 n = s->exponent_high_sizes[bsize];
254                 for(i=0;i<n;i++) {
255                     put_bits(&s->pb, 1, s->high_band_coded[ch][i]= 0);
256                     if (0)
257                         nb_coefs[ch] -= s->exponent_high_bands[bsize][i];
258                 }
259             }
260         }
261     }
262
263     parse_exponents = 1;
264     if (s->block_len_bits != s->frame_len_bits) {
265         put_bits(&s->pb, 1, parse_exponents);
266     }
267
268     if (parse_exponents) {
269         for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
270             if (s->channel_coded[ch]) {
271                 if (s->use_exp_vlc) {
272                     encode_exp_vlc(s, ch, fixed_exp);
273                 } else {
274                     assert(0); //FIXME not implemented
275 //                    encode_exp_lsp(s, ch);
276                 }
277             }
278         }
279     } else {
280         assert(0); //FIXME not implemented
281     }
282
283     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
284         if (s->channel_coded[ch]) {
285             int run, tindex;
286             WMACoef *ptr, *eptr;
287             tindex = (ch == 1 && s->ms_stereo);
288             ptr = &s->coefs1[ch][0];
289             eptr = ptr + nb_coefs[ch];
290
291             run=0;
292             for(;ptr < eptr; ptr++){
293                 if(*ptr){
294                     int level= *ptr;
295                     int abs_level= FFABS(level);
296                     int code= 0;
297                     if(abs_level <= s->coef_vlcs[tindex]->max_level){
298                         if(run < s->coef_vlcs[tindex]->levels[abs_level-1])
299                             code= run + s->int_table[tindex][abs_level-1];
300                     }
301
302                     assert(code < s->coef_vlcs[tindex]->n);
303                     put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[code], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[code]);
304
305                     if(code == 0){
306                         if(1<<coef_nb_bits <= abs_level)
307                             return -1;
308
309                         put_bits(&s->pb, coef_nb_bits, abs_level);
310                         put_bits(&s->pb, s->frame_len_bits, run);
311                     }
312                     put_bits(&s->pb, 1, level < 0); //FIXME the sign is fliped somewhere
313                     run=0;
314                 }else{
315                     run++;
316                 }
317             }
318             if(run)
319                 put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[1], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[1]);
320         }
321         if (s->version == 1 && s->nb_channels >= 2) {
322             avpriv_align_put_bits(&s->pb);
323         }
324     }
325     return 0;
326 }
327
328 static int encode_frame(WMACodecContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], uint8_t *buf, int buf_size, int total_gain){
329     init_put_bits(&s->pb, buf, buf_size);
330
331     if (s->use_bit_reservoir) {
332         assert(0);//FIXME not implemented
333     }else{
334         if(encode_block(s, src_coefs, total_gain) < 0)
335             return INT_MAX;
336     }
337
338     avpriv_align_put_bits(&s->pb);
339
340     return put_bits_count(&s->pb)/8 - s->block_align;
341 }
342
343 static int encode_superframe(AVCodecContext *avctx,
344                             unsigned char *buf, int buf_size, void *data){
345     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
346     const short *samples = data;
347     int i, total_gain;
348
349     s->block_len_bits= s->frame_len_bits; //required by non variable block len
350     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
351
352     apply_window_and_mdct(avctx, samples, avctx->frame_size);
353
354     if (s->ms_stereo) {
355         float a, b;
356         int i;
357
358         for(i = 0; i < s->block_len; i++) {
359             a = s->coefs[0][i]*0.5;
360             b = s->coefs[1][i]*0.5;
361             s->coefs[0][i] = a + b;
362             s->coefs[1][i] = a - b;
363         }
364     }
365
366     if (buf_size < 2 * MAX_CODED_SUPERFRAME_SIZE) {
367         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "output buffer size is too small\n");
368         return AVERROR(EINVAL);
369     }
370
371 #if 1
372     total_gain= 128;
373     for(i=64; i; i>>=1){
374         int error= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain-i);
375         if(error<0)
376             total_gain-= i;
377     }
378 #else
379     total_gain= 90;
380     best= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain);
381     for(i=32; i; i>>=1){
382         int scoreL= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain-i);
383         int scoreR= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain+i);
384         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d (%d)\n", scoreL, best, scoreR, total_gain);
385         if(scoreL < FFMIN(best, scoreR)){
386             best = scoreL;
387             total_gain -= i;
388         }else if(scoreR < best){
389             best = scoreR;
390             total_gain += i;
391         }
392     }
393 #endif
394
395     if ((i = encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain)) >= 0) {
396         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "required frame size too large. please "
397                "use a higher bit rate.\n");
398         return AVERROR(EINVAL);
399     }
400     assert((put_bits_count(&s->pb) & 7) == 0);
401     while (i++)
402         put_bits(&s->pb, 8, 'N');
403
404     flush_put_bits(&s->pb);
405     return s->block_align;
406 }
407
408 AVCodec ff_wmav1_encoder = {
409     .name           = "wmav1",
410     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
411     .id             = CODEC_ID_WMAV1,
412     .priv_data_size = sizeof(WMACodecContext),
413     .init           = encode_init,
414     .encode         = encode_superframe,
415     .close          = ff_wma_end,
416     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){AV_SAMPLE_FMT_S16,AV_SAMPLE_FMT_NONE},
417     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Windows Media Audio 1"),
418 };
419
420 AVCodec ff_wmav2_encoder = {
421     .name           = "wmav2",
422     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
423     .id             = CODEC_ID_WMAV2,
424     .priv_data_size = sizeof(WMACodecContext),
425     .init           = encode_init,
426     .encode         = encode_superframe,
427     .close          = ff_wma_end,
428     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){AV_SAMPLE_FMT_S16,AV_SAMPLE_FMT_NONE},
429     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Windows Media Audio 2"),
430 };