wmaenc: limit block_align to MAX_CODED_SUPERFRAME_SIZE
[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->bit_rate < 24*1000) {
43         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "bitrate too low: got %i, need 24000 or higher\n",
44                avctx->bit_rate);
45         return AVERROR(EINVAL);
46     }
47
48     /* extract flag infos */
49     flags1 = 0;
50     flags2 = 1;
51     if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV1) {
52         extradata= av_malloc(4);
53         avctx->extradata_size= 4;
54         AV_WL16(extradata, flags1);
55         AV_WL16(extradata+2, flags2);
56     } else if (avctx->codec->id == CODEC_ID_WMAV2) {
57         extradata= av_mallocz(10);
58         avctx->extradata_size= 10;
59         AV_WL32(extradata, flags1);
60         AV_WL16(extradata+4, flags2);
61     }else
62         assert(0);
63     avctx->extradata= extradata;
64     s->use_exp_vlc = flags2 & 0x0001;
65     s->use_bit_reservoir = flags2 & 0x0002;
66     s->use_variable_block_len = flags2 & 0x0004;
67
68     ff_wma_init(avctx, flags2);
69
70     /* init MDCT */
71     for(i = 0; i < s->nb_block_sizes; i++)
72         ff_mdct_init(&s->mdct_ctx[i], s->frame_len_bits - i + 1, 0, 1.0);
73
74     s->block_align     = avctx->bit_rate * (int64_t)s->frame_len /
75                          (avctx->sample_rate * 8);
76     s->block_align     = FFMIN(s->block_align, MAX_CODED_SUPERFRAME_SIZE);
77     avctx->block_align = s->block_align;
78     avctx->bit_rate    = avctx->block_align * 8LL * avctx->sample_rate /
79                          s->frame_len;
80 //av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d %d\n", s->block_align, avctx->bit_rate, s->frame_len, avctx->sample_rate);
81     avctx->frame_size= s->frame_len;
82
83     return 0;
84 }
85
86
87 static void apply_window_and_mdct(AVCodecContext * avctx, const signed short * audio, int len) {
88     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
89     int window_index= s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
90     FFTContext *mdct = &s->mdct_ctx[window_index];
91     int i, j, channel;
92     const float * win = s->windows[window_index];
93     int window_len = 1 << s->block_len_bits;
94     float n = window_len/2;
95
96     for (channel = 0; channel < avctx->channels; channel++) {
97         memcpy(s->output, s->frame_out[channel], sizeof(float)*window_len);
98         j = channel;
99         for (i = 0; i < len; i++, j += avctx->channels){
100             s->output[i+window_len]  = audio[j] / n * win[window_len - i - 1];
101             s->frame_out[channel][i] = audio[j] / n * win[i];
102         }
103         mdct->mdct_calc(mdct, s->coefs[channel], s->output);
104     }
105 }
106
107 //FIXME use for decoding too
108 static void init_exp(WMACodecContext *s, int ch, const int *exp_param){
109     int n;
110     const uint16_t *ptr;
111     float v, *q, max_scale, *q_end;
112
113     ptr = s->exponent_bands[s->frame_len_bits - s->block_len_bits];
114     q = s->exponents[ch];
115     q_end = q + s->block_len;
116     max_scale = 0;
117     while (q < q_end) {
118         /* XXX: use a table */
119         v = pow(10, *exp_param++ * (1.0 / 16.0));
120         max_scale= FFMAX(max_scale, v);
121         n = *ptr++;
122         do {
123             *q++ = v;
124         } while (--n);
125     }
126     s->max_exponent[ch] = max_scale;
127 }
128
129 static void encode_exp_vlc(WMACodecContext *s, int ch, const int *exp_param){
130     int last_exp;
131     const uint16_t *ptr;
132     float *q, *q_end;
133
134     ptr = s->exponent_bands[s->frame_len_bits - s->block_len_bits];
135     q = s->exponents[ch];
136     q_end = q + s->block_len;
137     if (s->version == 1) {
138         last_exp= *exp_param++;
139         assert(last_exp-10 >= 0 && last_exp-10 < 32);
140         put_bits(&s->pb, 5, last_exp - 10);
141         q+= *ptr++;
142     }else
143         last_exp = 36;
144     while (q < q_end) {
145         int exp = *exp_param++;
146         int code = exp - last_exp + 60;
147         assert(code >= 0 && code < 120);
148         put_bits(&s->pb, ff_aac_scalefactor_bits[code], ff_aac_scalefactor_code[code]);
149         /* XXX: use a table */
150         q+= *ptr++;
151         last_exp= exp;
152     }
153 }
154
155 static int encode_block(WMACodecContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], int total_gain){
156     int v, bsize, ch, coef_nb_bits, parse_exponents;
157     float mdct_norm;
158     int nb_coefs[MAX_CHANNELS];
159     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};
160
161     //FIXME remove duplication relative to decoder
162     if (s->use_variable_block_len) {
163         assert(0); //FIXME not implemented
164     }else{
165         /* fixed block len */
166         s->next_block_len_bits = s->frame_len_bits;
167         s->prev_block_len_bits = s->frame_len_bits;
168         s->block_len_bits = s->frame_len_bits;
169     }
170
171     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
172 //     assert((s->block_pos + s->block_len) <= s->frame_len);
173     bsize = s->frame_len_bits - s->block_len_bits;
174
175     //FIXME factor
176     v = s->coefs_end[bsize] - s->coefs_start;
177     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++)
178         nb_coefs[ch] = v;
179     {
180         int n4 = s->block_len / 2;
181         mdct_norm = 1.0 / (float)n4;
182         if (s->version == 1) {
183             mdct_norm *= sqrt(n4);
184         }
185     }
186
187     if (s->nb_channels == 2) {
188         put_bits(&s->pb, 1, s->ms_stereo= 1);
189     }
190
191     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
192         s->channel_coded[ch] = 1; //FIXME only set channel_coded when needed, instead of always
193         if (s->channel_coded[ch]) {
194             init_exp(s, ch, fixed_exp);
195         }
196     }
197
198     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
199         if (s->channel_coded[ch]) {
200             WMACoef *coefs1;
201             float *coefs, *exponents, mult;
202             int i, n;
203
204             coefs1 = s->coefs1[ch];
205             exponents = s->exponents[ch];
206             mult = pow(10, total_gain * 0.05) / s->max_exponent[ch];
207             mult *= mdct_norm;
208             coefs = src_coefs[ch];
209             if (s->use_noise_coding && 0) {
210                 assert(0); //FIXME not implemented
211             } else {
212                 coefs += s->coefs_start;
213                 n = nb_coefs[ch];
214                 for(i = 0;i < n; i++){
215                     double t= *coefs++ / (exponents[i] * mult);
216                     if(t<-32768 || t>32767)
217                         return -1;
218
219                     coefs1[i] = lrint(t);
220                 }
221             }
222         }
223     }
224
225     v = 0;
226     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
227         int a = s->channel_coded[ch];
228         put_bits(&s->pb, 1, a);
229         v |= a;
230     }
231
232     if (!v)
233         return 1;
234
235     for(v= total_gain-1; v>=127; v-= 127)
236         put_bits(&s->pb, 7, 127);
237     put_bits(&s->pb, 7, v);
238
239     coef_nb_bits= ff_wma_total_gain_to_bits(total_gain);
240
241     if (s->use_noise_coding) {
242         for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
243             if (s->channel_coded[ch]) {
244                 int i, n;
245                 n = s->exponent_high_sizes[bsize];
246                 for(i=0;i<n;i++) {
247                     put_bits(&s->pb, 1, s->high_band_coded[ch][i]= 0);
248                     if (0)
249                         nb_coefs[ch] -= s->exponent_high_bands[bsize][i];
250                 }
251             }
252         }
253     }
254
255     parse_exponents = 1;
256     if (s->block_len_bits != s->frame_len_bits) {
257         put_bits(&s->pb, 1, parse_exponents);
258     }
259
260     if (parse_exponents) {
261         for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
262             if (s->channel_coded[ch]) {
263                 if (s->use_exp_vlc) {
264                     encode_exp_vlc(s, ch, fixed_exp);
265                 } else {
266                     assert(0); //FIXME not implemented
267 //                    encode_exp_lsp(s, ch);
268                 }
269             }
270         }
271     } else {
272         assert(0); //FIXME not implemented
273     }
274
275     for(ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
276         if (s->channel_coded[ch]) {
277             int run, tindex;
278             WMACoef *ptr, *eptr;
279             tindex = (ch == 1 && s->ms_stereo);
280             ptr = &s->coefs1[ch][0];
281             eptr = ptr + nb_coefs[ch];
282
283             run=0;
284             for(;ptr < eptr; ptr++){
285                 if(*ptr){
286                     int level= *ptr;
287                     int abs_level= FFABS(level);
288                     int code= 0;
289                     if(abs_level <= s->coef_vlcs[tindex]->max_level){
290                         if(run < s->coef_vlcs[tindex]->levels[abs_level-1])
291                             code= run + s->int_table[tindex][abs_level-1];
292                     }
293
294                     assert(code < s->coef_vlcs[tindex]->n);
295                     put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[code], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[code]);
296
297                     if(code == 0){
298                         if(1<<coef_nb_bits <= abs_level)
299                             return -1;
300
301
302                         //Workaround minor rounding differences for the regression tests, FIXME we should find and replace the problematic float by fixpoint for reg tests
303                         if(abs_level == 0x71B && (s->avctx->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT)) abs_level=0x71A;
304
305                         put_bits(&s->pb, coef_nb_bits, abs_level);
306                         put_bits(&s->pb, s->frame_len_bits, run);
307                     }
308                     put_bits(&s->pb, 1, level < 0); //FIXME the sign is fliped somewhere
309                     run=0;
310                 }else{
311                     run++;
312                 }
313             }
314             if(run)
315                 put_bits(&s->pb, s->coef_vlcs[tindex]->huffbits[1], s->coef_vlcs[tindex]->huffcodes[1]);
316         }
317         if (s->version == 1 && s->nb_channels >= 2) {
318             avpriv_align_put_bits(&s->pb);
319         }
320     }
321     return 0;
322 }
323
324 static int encode_frame(WMACodecContext *s, float (*src_coefs)[BLOCK_MAX_SIZE], uint8_t *buf, int buf_size, int total_gain){
325     init_put_bits(&s->pb, buf, buf_size);
326
327     if (s->use_bit_reservoir) {
328         assert(0);//FIXME not implemented
329     }else{
330         if(encode_block(s, src_coefs, total_gain) < 0)
331             return INT_MAX;
332     }
333
334     avpriv_align_put_bits(&s->pb);
335
336     return put_bits_count(&s->pb)/8 - s->block_align;
337 }
338
339 static int encode_superframe(AVCodecContext *avctx,
340                             unsigned char *buf, int buf_size, void *data){
341     WMACodecContext *s = avctx->priv_data;
342     const short *samples = data;
343     int i, total_gain;
344
345     s->block_len_bits= s->frame_len_bits; //required by non variable block len
346     s->block_len = 1 << s->block_len_bits;
347
348     apply_window_and_mdct(avctx, samples, avctx->frame_size);
349
350     if (s->ms_stereo) {
351         float a, b;
352         int i;
353
354         for(i = 0; i < s->block_len; i++) {
355             a = s->coefs[0][i]*0.5;
356             b = s->coefs[1][i]*0.5;
357             s->coefs[0][i] = a + b;
358             s->coefs[1][i] = a - b;
359         }
360     }
361
362 #if 1
363     total_gain= 128;
364     for(i=64; i; i>>=1){
365         int error= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain-i);
366         if(error<0)
367             total_gain-= i;
368     }
369 #else
370     total_gain= 90;
371     best= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain);
372     for(i=32; i; i>>=1){
373         int scoreL= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain-i);
374         int scoreR= encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain+i);
375         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %d (%d)\n", scoreL, best, scoreR, total_gain);
376         if(scoreL < FFMIN(best, scoreR)){
377             best = scoreL;
378             total_gain -= i;
379         }else if(scoreR < best){
380             best = scoreR;
381             total_gain += i;
382         }
383     }
384 #endif
385
386     encode_frame(s, s->coefs, buf, buf_size, total_gain);
387     assert((put_bits_count(&s->pb) & 7) == 0);
388     i= s->block_align - (put_bits_count(&s->pb)+7)/8;
389     assert(i>=0);
390     while(i--)
391         put_bits(&s->pb, 8, 'N');
392
393     flush_put_bits(&s->pb);
394     return put_bits_ptr(&s->pb) - s->pb.buf;
395 }
396
397 AVCodec ff_wmav1_encoder = {
398     .name           = "wmav1",
399     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
400     .id             = CODEC_ID_WMAV1,
401     .priv_data_size = sizeof(WMACodecContext),
402     .init           = encode_init,
403     .encode         = encode_superframe,
404     .close          = ff_wma_end,
405     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){AV_SAMPLE_FMT_S16,AV_SAMPLE_FMT_NONE},
406     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Windows Media Audio 1"),
407 };
408
409 AVCodec ff_wmav2_encoder = {
410     .name           = "wmav2",
411     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
412     .id             = CODEC_ID_WMAV2,
413     .priv_data_size = sizeof(WMACodecContext),
414     .init           = encode_init,
415     .encode         = encode_superframe,
416     .close          = ff_wma_end,
417     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){AV_SAMPLE_FMT_S16,AV_SAMPLE_FMT_NONE},
418     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Windows Media Audio 2"),
419 };