libavcodec/aacsbr.c

   1 /*
   2  * AAC Spectral Band Replication decoding functions
   3  * Copyright (c) 2008-2009 Robert Swain ( rob opendot cl )
   4  * Copyright (c) 2009-2010 Alex Converse <alex.converse@gmail.com>
   5  *
   6  * This file is part of FFmpeg.
   7  *
   8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  10  * License as published by the Free Software Foundation; either
  11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * Lesser General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  21  */
  22
  23 /**
  24  * @file
  25  * AAC Spectral Band Replication decoding functions
  26  * @author Robert Swain ( rob opendot cl )
  27  */
  28 #define USE_FIXED 0
  29
  30 #include "aac.h"
  31 #include "sbr.h"
  32 #include "aacsbr.h"
  33 #include "aacsbrdata.h"
  34 #include "aacsbr_tablegen.h"
  35 #include "fft.h"
  36 #include "internal.h"
  37 #include "aacps.h"
  38 #include "sbrdsp.h"
  39 #include "libavutil/internal.h"
  40 #include "libavutil/libm.h"
  41 #include "libavutil/avassert.h"
  42
  43 #include <stdint.h>
  44 #include <float.h>
  45 #include <math.h>
  46
  47 #if ARCH_MIPS
  48 #include "mips/aacsbr_mips.h"
  49 #endif /* ARCH_MIPS */
  50
  51 static VLC vlc_sbr[10];
  52 static void aacsbr_func_ptr_init(AACSBRContext *c);
  53
  54 static void make_bands(int16_t* bands, int start, int stop, int num_bands)
  55 {
  56     int k, previous, present;
  57     float base, prod;
  58
  59     base = powf((float)stop / start, 1.0f / num_bands);
  60     prod = start;
  61     previous = start;
  62
  63     for (k = 0; k < num_bands-1; k++) {
  64         prod *= base;
  65         present  = lrintf(prod);
  66         bands[k] = present - previous;
  67         previous = present;
  68     }
  69     bands[num_bands-1] = stop - previous;
  70 }
  71
  72 /// Dequantization and stereo decoding (14496-3 sp04 p203)
  73 static void sbr_dequant(SpectralBandReplication *sbr, int id_aac)
  74 {
  75     int k, e;
  76     int ch;
  77     static const double exp2_tab[2] = {1, M_SQRT2};
  78     if (id_aac == TYPE_CPE && sbr->bs_coupling) {
  79         int pan_offset = sbr->data[0].bs_amp_res ? 12 : 24;
  80         for (e = 1; e <= sbr->data[0].bs_num_env; e++) {
  81             for (k = 0; k < sbr->n[sbr->data[0].bs_freq_res[e]]; k++) {
  82                 float temp1, temp2, fac;
  83                 if (sbr->data[0].bs_amp_res) {
  84                     temp1 = ff_exp2fi(sbr->data[0].env_facs_q[e][k] + 7);
  85                     temp2 = ff_exp2fi(pan_offset - sbr->data[1].env_facs_q[e][k]);
  86                 }
  87                 else {
  88                     temp1 = ff_exp2fi((sbr->data[0].env_facs_q[e][k]>>1) + 7) *
  89                             exp2_tab[sbr->data[0].env_facs_q[e][k] & 1];
  90                     temp2 = ff_exp2fi((pan_offset - sbr->data[1].env_facs_q[e][k])>>1) *
  91                             exp2_tab[(pan_offset - sbr->data[1].env_facs_q[e][k]) & 1];
  92                 }
  93                 if (temp1 > 1E20) {
  94                     av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "envelope scalefactor overflow in dequant\n");
  95                     temp1 = 1;
  96                 }
  97                 fac   = temp1 / (1.0f + temp2);
  98                 sbr->data[0].env_facs[e][k] = fac;
  99                 sbr->data[1].env_facs[e][k] = fac * temp2;
 100             }
 101         }
 102         for (e = 1; e <= sbr->data[0].bs_num_noise; e++) {
 103             for (k = 0; k < sbr->n_q; k++) {
 104                 float temp1 = ff_exp2fi(NOISE_FLOOR_OFFSET - sbr->data[0].noise_facs_q[e][k] + 1);
 105                 float temp2 = ff_exp2fi(12 - sbr->data[1].noise_facs_q[e][k]);
 106                 float fac;
 107                 av_assert0(temp1 <= 1E20);
 108                 fac = temp1 / (1.0f + temp2);
 109                 sbr->data[0].noise_facs[e][k] = fac;
 110                 sbr->data[1].noise_facs[e][k] = fac * temp2;
 111             }
 112         }
 113     } else { // SCE or one non-coupled CPE
 114         for (ch = 0; ch < (id_aac == TYPE_CPE) + 1; ch++) {
 115             for (e = 1; e <= sbr->data[ch].bs_num_env; e++)
 116                 for (k = 0; k < sbr->n[sbr->data[ch].bs_freq_res[e]]; k++){
 117                     if (sbr->data[ch].bs_amp_res)
 118                         sbr->data[ch].env_facs[e][k] = ff_exp2fi(sbr->data[ch].env_facs_q[e][k] + 6);
 119                     else
 120                         sbr->data[ch].env_facs[e][k] = ff_exp2fi((sbr->data[ch].env_facs_q[e][k]>>1) + 6)
 121                                                        * exp2_tab[sbr->data[ch].env_facs_q[e][k] & 1];
 122                     if (sbr->data[ch].env_facs[e][k] > 1E20) {
 123                         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "envelope scalefactor overflow in dequant\n");
 124                         sbr->data[ch].env_facs[e][k] = 1;
 125                     }
 126                 }
 127
 128             for (e = 1; e <= sbr->data[ch].bs_num_noise; e++)
 129                 for (k = 0; k < sbr->n_q; k++)
 130                     sbr->data[ch].noise_facs[e][k] =
 131                         ff_exp2fi(NOISE_FLOOR_OFFSET - sbr->data[ch].noise_facs_q[e][k]);
 132         }
 133     }
 134 }
 135
 136 /** High Frequency Generation (14496-3 sp04 p214+) and Inverse Filtering
 137  * (14496-3 sp04 p214)
 138  * Warning: This routine does not seem numerically stable.
 139  */
 140 static void sbr_hf_inverse_filter(SBRDSPContext *dsp,
 141                                   float (*alpha0)[2], float (*alpha1)[2],
 142                                   const float X_low[32][40][2], int k0)
 143 {
 144     int k;
 145     for (k = 0; k < k0; k++) {
 146         LOCAL_ALIGNED_16(float, phi, [3], [2][2]);
 147         float dk;
 148
 149         dsp->autocorrelate(X_low[k], phi);
 150
 151         dk =  phi[2][1][0] * phi[1][0][0] -
 152              (phi[1][1][0] * phi[1][1][0] + phi[1][1][1] * phi[1][1][1]) / 1.000001f;
 153
 154         if (!dk) {
 155             alpha1[k][0] = 0;
 156             alpha1[k][1] = 0;
 157         } else {
 158             float temp_real, temp_im;
 159             temp_real = phi[0][0][0] * phi[1][1][0] -
 160                         phi[0][0][1] * phi[1][1][1] -
 161                         phi[0][1][0] * phi[1][0][0];
 162             temp_im   = phi[0][0][0] * phi[1][1][1] +
 163                         phi[0][0][1] * phi[1][1][0] -
 164                         phi[0][1][1] * phi[1][0][0];
 165
 166             alpha1[k][0] = temp_real / dk;
 167             alpha1[k][1] = temp_im   / dk;
 168         }
 169
 170         if (!phi[1][0][0]) {
 171             alpha0[k][0] = 0;
 172             alpha0[k][1] = 0;
 173         } else {
 174             float temp_real, temp_im;
 175             temp_real = phi[0][0][0] + alpha1[k][0] * phi[1][1][0] +
 176                                        alpha1[k][1] * phi[1][1][1];
 177             temp_im   = phi[0][0][1] + alpha1[k][1] * phi[1][1][0] -
 178                                        alpha1[k][0] * phi[1][1][1];
 179
 180             alpha0[k][0] = -temp_real / phi[1][0][0];
 181             alpha0[k][1] = -temp_im   / phi[1][0][0];
 182         }
 183
 184         if (alpha1[k][0] * alpha1[k][0] + alpha1[k][1] * alpha1[k][1] >= 16.0f ||
 185            alpha0[k][0] * alpha0[k][0] + alpha0[k][1] * alpha0[k][1] >= 16.0f) {
 186             alpha1[k][0] = 0;
 187             alpha1[k][1] = 0;
 188             alpha0[k][0] = 0;
 189             alpha0[k][1] = 0;
 190         }
 191     }
 192 }
 193
 194 /// Chirp Factors (14496-3 sp04 p214)
 195 static void sbr_chirp(SpectralBandReplication *sbr, SBRData *ch_data)
 196 {
 197     int i;
 198     float new_bw;
 199     static const float bw_tab[] = { 0.0f, 0.75f, 0.9f, 0.98f };
 200
 201     for (i = 0; i < sbr->n_q; i++) {
 202         if (ch_data->bs_invf_mode[0][i] + ch_data->bs_invf_mode[1][i] == 1) {
 203             new_bw = 0.6f;
 204         } else
 205             new_bw = bw_tab[ch_data->bs_invf_mode[0][i]];
 206
 207         if (new_bw < ch_data->bw_array[i]) {
 208             new_bw = 0.75f    * new_bw + 0.25f    * ch_data->bw_array[i];
 209         } else
 210             new_bw = 0.90625f * new_bw + 0.09375f * ch_data->bw_array[i];
 211         ch_data->bw_array[i] = new_bw < 0.015625f ? 0.0f : new_bw;
 212     }
 213 }
 214
 215 /**
 216  * Calculation of levels of additional HF signal components (14496-3 sp04 p219)
 217  * and Calculation of gain (14496-3 sp04 p219)
 218  */
 219 static void sbr_gain_calc(AACContext *ac, SpectralBandReplication *sbr,
 220                           SBRData *ch_data, const int e_a[2])
 221 {
 222     int e, k, m;
 223     // max gain limits : -3dB, 0dB, 3dB, inf dB (limiter off)
 224     static const float limgain[4] = { 0.70795, 1.0, 1.41254, 10000000000 };
 225
 226     for (e = 0; e < ch_data->bs_num_env; e++) {
 227         int delta = !((e == e_a[1]) || (e == e_a[0]));
 228         for (k = 0; k < sbr->n_lim; k++) {
 229             float gain_boost, gain_max;
 230             float sum[2] = { 0.0f, 0.0f };
 231             for (m = sbr->f_tablelim[k] - sbr->kx[1]; m < sbr->f_tablelim[k + 1] - sbr->kx[1]; m++) {
 232                 const float temp = sbr->e_origmapped[e][m] / (1.0f + sbr->q_mapped[e][m]);
 233                 sbr->q_m[e][m] = sqrtf(temp * sbr->q_mapped[e][m]);
 234                 sbr->s_m[e][m] = sqrtf(temp * ch_data->s_indexmapped[e + 1][m]);
 235                 if (!sbr->s_mapped[e][m]) {
 236                     sbr->gain[e][m] = sqrtf(sbr->e_origmapped[e][m] /
 237                                             ((1.0f + sbr->e_curr[e][m]) *
 238                                              (1.0f + sbr->q_mapped[e][m] * delta)));
 239                 } else {
 240                     sbr->gain[e][m] = sqrtf(sbr->e_origmapped[e][m] * sbr->q_mapped[e][m] /
 241                                             ((1.0f + sbr->e_curr[e][m]) *
 242                                              (1.0f + sbr->q_mapped[e][m])));
 243                 }
 244                 sbr->gain[e][m] += FLT_MIN;
 245             }
 246             for (m = sbr->f_tablelim[k] - sbr->kx[1]; m < sbr->f_tablelim[k + 1] - sbr->kx[1]; m++) {
 247                 sum[0] += sbr->e_origmapped[e][m];
 248                 sum[1] += sbr->e_curr[e][m];
 249             }
 250             gain_max = limgain[sbr->bs_limiter_gains] * sqrtf((FLT_EPSILON + sum[0]) / (FLT_EPSILON + sum[1]));
 251             gain_max = FFMIN(100000.f, gain_max);
 252             for (m = sbr->f_tablelim[k] - sbr->kx[1]; m < sbr->f_tablelim[k + 1] - sbr->kx[1]; m++) {
 253                 float q_m_max   = sbr->q_m[e][m] * gain_max / sbr->gain[e][m];
 254                 sbr->q_m[e][m]  = FFMIN(sbr->q_m[e][m], q_m_max);
 255                 sbr->gain[e][m] = FFMIN(sbr->gain[e][m], gain_max);
 256             }
 257             sum[0] = sum[1] = 0.0f;
 258             for (m = sbr->f_tablelim[k] - sbr->kx[1]; m < sbr->f_tablelim[k + 1] - sbr->kx[1]; m++) {
 259                 sum[0] += sbr->e_origmapped[e][m];
 260                 sum[1] += sbr->e_curr[e][m] * sbr->gain[e][m] * sbr->gain[e][m]
 261                           + sbr->s_m[e][m] * sbr->s_m[e][m]
 262                           + (delta && !sbr->s_m[e][m]) * sbr->q_m[e][m] * sbr->q_m[e][m];
 263             }
 264             gain_boost = sqrtf((FLT_EPSILON + sum[0]) / (FLT_EPSILON + sum[1]));
 265             gain_boost = FFMIN(1.584893192f, gain_boost);
 266             for (m = sbr->f_tablelim[k] - sbr->kx[1]; m < sbr->f_tablelim[k + 1] - sbr->kx[1]; m++) {
 267                 sbr->gain[e][m] *= gain_boost;
 268                 sbr->q_m[e][m]  *= gain_boost;
 269                 sbr->s_m[e][m]  *= gain_boost;
 270             }
 271         }
 272     }
 273 }
 274
 275 /// Assembling HF Signals (14496-3 sp04 p220)
 276 static void sbr_hf_assemble(float Y1[38][64][2],
 277                             const float X_high[64][40][2],
 278                             SpectralBandReplication *sbr, SBRData *ch_data,
 279                             const int e_a[2])
 280 {
 281     int e, i, j, m;
 282     const int h_SL = 4 * !sbr->bs_smoothing_mode;
 283     const int kx = sbr->kx[1];
 284     const int m_max = sbr->m[1];
 285     static const float h_smooth[5] = {
 286         0.33333333333333,
 287         0.30150283239582,
 288         0.21816949906249,
 289         0.11516383427084,
 290         0.03183050093751,
 291     };
 292     float (*g_temp)[48] = ch_data->g_temp, (*q_temp)[48] = ch_data->q_temp;
 293     int indexnoise = ch_data->f_indexnoise;
 294     int indexsine  = ch_data->f_indexsine;
 295
 296     if (sbr->reset) {
 297         for (i = 0; i < h_SL; i++) {
 298             memcpy(g_temp[i + 2*ch_data->t_env[0]], sbr->gain[0], m_max * sizeof(sbr->gain[0][0]));
 299             memcpy(q_temp[i + 2*ch_data->t_env[0]], sbr->q_m[0],  m_max * sizeof(sbr->q_m[0][0]));
 300         }
 301     } else if (h_SL) {
 302         for (i = 0; i < 4; i++) {
 303             memcpy(g_temp[i + 2 * ch_data->t_env[0]],
 304                    g_temp[i + 2 * ch_data->t_env_num_env_old],
 305                    sizeof(g_temp[0]));
 306             memcpy(q_temp[i + 2 * ch_data->t_env[0]],
 307                    q_temp[i + 2 * ch_data->t_env_num_env_old],
 308                    sizeof(q_temp[0]));
 309         }
 310     }
 311
 312     for (e = 0; e < ch_data->bs_num_env; e++) {
 313         for (i = 2 * ch_data->t_env[e]; i < 2 * ch_data->t_env[e + 1]; i++) {
 314             memcpy(g_temp[h_SL + i], sbr->gain[e], m_max * sizeof(sbr->gain[0][0]));
 315             memcpy(q_temp[h_SL + i], sbr->q_m[e],  m_max * sizeof(sbr->q_m[0][0]));
 316         }
 317     }
 318
 319     for (e = 0; e < ch_data->bs_num_env; e++) {
 320         for (i = 2 * ch_data->t_env[e]; i < 2 * ch_data->t_env[e + 1]; i++) {
 321             LOCAL_ALIGNED_16(float, g_filt_tab, [48]);
 322             LOCAL_ALIGNED_16(float, q_filt_tab, [48]);
 323             float *g_filt, *q_filt;
 324
 325             if (h_SL && e != e_a[0] && e != e_a[1]) {
 326                 g_filt = g_filt_tab;
 327                 q_filt = q_filt_tab;
 328                 for (m = 0; m < m_max; m++) {
 329                     const int idx1 = i + h_SL;
 330                     g_filt[m] = 0.0f;
 331                     q_filt[m] = 0.0f;
 332                     for (j = 0; j <= h_SL; j++) {
 333                         g_filt[m] += g_temp[idx1 - j][m] * h_smooth[j];
 334                         q_filt[m] += q_temp[idx1 - j][m] * h_smooth[j];
 335                     }
 336                 }
 337             } else {
 338                 g_filt = g_temp[i + h_SL];
 339                 q_filt = q_temp[i];
 340             }
 341
 342             sbr->dsp.hf_g_filt(Y1[i] + kx, X_high + kx, g_filt, m_max,
 343                                i + ENVELOPE_ADJUSTMENT_OFFSET);
 344
 345             if (e != e_a[0] && e != e_a[1]) {
 346                 sbr->dsp.hf_apply_noise[indexsine](Y1[i] + kx, sbr->s_m[e],
 347                                                    q_filt, indexnoise,
 348                                                    kx, m_max);
 349             } else {
 350                 int idx = indexsine&1;
 351                 int A = (1-((indexsine+(kx & 1))&2));
 352                 int B = (A^(-idx)) + idx;
 353                 float *out = &Y1[i][kx][idx];
 354                 float *in  = sbr->s_m[e];
 355                 for (m = 0; m+1 < m_max; m+=2) {
 356                     out[2*m  ] += in[m  ] * A;
 357                     out[2*m+2] += in[m+1] * B;
 358                 }
 359                 if(m_max&1)
 360                     out[2*m  ] += in[m  ] * A;
 361             }
 362             indexnoise = (indexnoise + m_max) & 0x1ff;
 363             indexsine = (indexsine + 1) & 3;
 364         }
 365     }
 366     ch_data->f_indexnoise = indexnoise;
 367     ch_data->f_indexsine  = indexsine;
 368 }
 369
 370 #include "aacsbr_template.c"