libavcodec/ac3enc_template.c

   1 /*
   2  * AC-3 encoder float/fixed template
   3  * Copyright (c) 2000 Fabrice Bellard
   4  * Copyright (c) 2006-2011 Justin Ruggles <justin.ruggles@gmail.com>
   5  * Copyright (c) 2006-2010 Prakash Punnoor <prakash@punnoor.de>
   6  *
   7  * This file is part of Libav.
   8  *
   9  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  11  * License as published by the Free Software Foundation; either
  12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
  21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  22  */
  23
  24 /**
  25  * @file
  26  * AC-3 encoder float/fixed template
  27  */
  28
  29 #include <stdint.h>
  30
  31
  32 /* prototypes for static functions in ac3enc_fixed.c and ac3enc_float.c */
  33
  34 static void scale_coefficients(AC3EncodeContext *s);
  35
  36 static void apply_window(DSPContext *dsp, SampleType *output,
  37                          const SampleType *input, const SampleType *window,
  38                          unsigned int len);
  39
  40 static int normalize_samples(AC3EncodeContext *s);
  41
  42 static void clip_coefficients(DSPContext *dsp, CoefType *coef, unsigned int len);
  43
  44 static CoefType calc_cpl_coord(CoefSumType energy_ch, CoefSumType energy_cpl);
  45
  46
  47 int AC3_NAME(allocate_sample_buffers)(AC3EncodeContext *s)
  48 {
  49     int ch;
  50
  51     FF_ALLOC_OR_GOTO(s->avctx, s->windowed_samples, AC3_WINDOW_SIZE *
  52                      sizeof(*s->windowed_samples), alloc_fail);
  53     FF_ALLOC_OR_GOTO(s->avctx, s->planar_samples, s->channels * sizeof(*s->planar_samples),
  54                      alloc_fail);
  55     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
  56         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(s->avctx, s->planar_samples[ch],
  57                           (AC3_FRAME_SIZE+AC3_BLOCK_SIZE) * sizeof(**s->planar_samples),
  58                           alloc_fail);
  59     }
  60
  61     return 0;
  62 alloc_fail:
  63     return AVERROR(ENOMEM);
  64 }
  65
  66
  67 /**
  68  * Deinterleave input samples.
  69  * Channels are reordered from Libav's default order to AC-3 order.
  70  */
  71 static void deinterleave_input_samples(AC3EncodeContext *s,
  72                                        const SampleType *samples)
  73 {
  74     int ch, i;
  75
  76     /* deinterleave and remap input samples */
  77     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
  78         const SampleType *sptr;
  79         int sinc;
  80
  81         /* copy last 256 samples of previous frame to the start of the current frame */
  82         memcpy(&s->planar_samples[ch][0], &s->planar_samples[ch][AC3_BLOCK_SIZE * s->num_blocks],
  83                AC3_BLOCK_SIZE * sizeof(s->planar_samples[0][0]));
  84
  85         /* deinterleave */
  86         sinc = s->channels;
  87         sptr = samples + s->channel_map[ch];
  88         for (i = AC3_BLOCK_SIZE; i < AC3_BLOCK_SIZE * (s->num_blocks + 1); i++) {
  89             s->planar_samples[ch][i] = *sptr;
  90             sptr += sinc;
  91         }
  92     }
  93 }
  94
  95
  96 /**
  97  * Apply the MDCT to input samples to generate frequency coefficients.
  98  * This applies the KBD window and normalizes the input to reduce precision
  99  * loss due to fixed-point calculations.
 100  */
 101 static void apply_mdct(AC3EncodeContext *s)
 102 {
 103     int blk, ch;
 104
 105     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
 106         for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 107             AC3Block *block = &s->blocks[blk];
 108             const SampleType *input_samples = &s->planar_samples[ch][blk * AC3_BLOCK_SIZE];
 109
 110             apply_window(&s->dsp, s->windowed_samples, input_samples,
 111                          s->mdct_window, AC3_WINDOW_SIZE);
 112
 113             if (s->fixed_point)
 114                 block->coeff_shift[ch+1] = normalize_samples(s);
 115
 116             s->mdct.mdct_calcw(&s->mdct, block->mdct_coef[ch+1],
 117                                s->windowed_samples);
 118         }
 119     }
 120 }
 121
 122
 123 /**
 124  * Calculate coupling channel and coupling coordinates.
 125  */
 126 static void apply_channel_coupling(AC3EncodeContext *s)
 127 {
 128     LOCAL_ALIGNED_16(CoefType, cpl_coords,      [AC3_MAX_BLOCKS], [AC3_MAX_CHANNELS][16]);
 129 #if CONFIG_AC3ENC_FLOAT
 130     LOCAL_ALIGNED_16(int32_t, fixed_cpl_coords, [AC3_MAX_BLOCKS], [AC3_MAX_CHANNELS][16]);
 131 #else
 132     int32_t (*fixed_cpl_coords)[AC3_MAX_CHANNELS][16] = cpl_coords;
 133 #endif
 134     int blk, ch, bnd, i, j;
 135     CoefSumType energy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][16] = {{{0}}};
 136     int cpl_start, num_cpl_coefs;
 137
 138     memset(cpl_coords,       0, AC3_MAX_BLOCKS * sizeof(*cpl_coords));
 139 #if CONFIG_AC3ENC_FLOAT
 140     memset(fixed_cpl_coords, 0, AC3_MAX_BLOCKS * sizeof(*cpl_coords));
 141 #endif
 142
 143     /* align start to 16-byte boundary. align length to multiple of 32.
 144         note: coupling start bin % 4 will always be 1 */
 145     cpl_start     = s->start_freq[CPL_CH] - 1;
 146     num_cpl_coefs = FFALIGN(s->num_cpl_subbands * 12 + 1, 32);
 147     cpl_start     = FFMIN(256, cpl_start + num_cpl_coefs) - num_cpl_coefs;
 148
 149     /* calculate coupling channel from fbw channels */
 150     for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 151         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
 152         CoefType *cpl_coef = &block->mdct_coef[CPL_CH][cpl_start];
 153         if (!block->cpl_in_use)
 154             continue;
 155         memset(cpl_coef, 0, num_cpl_coefs * sizeof(*cpl_coef));
 156         for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 157             CoefType *ch_coef = &block->mdct_coef[ch][cpl_start];
 158             if (!block->channel_in_cpl[ch])
 159                 continue;
 160             for (i = 0; i < num_cpl_coefs; i++)
 161                 cpl_coef[i] += ch_coef[i];
 162         }
 163
 164         /* coefficients must be clipped in order to be encoded */
 165         clip_coefficients(&s->dsp, cpl_coef, num_cpl_coefs);
 166     }
 167
 168     /* calculate energy in each band in coupling channel and each fbw channel */
 169     /* TODO: possibly use SIMD to speed up energy calculation */
 170     bnd = 0;
 171     i = s->start_freq[CPL_CH];
 172     while (i < s->cpl_end_freq) {
 173         int band_size = s->cpl_band_sizes[bnd];
 174         for (ch = CPL_CH; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 175             for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 176                 AC3Block *block = &s->blocks[blk];
 177                 if (!block->cpl_in_use || (ch > CPL_CH && !block->channel_in_cpl[ch]))
 178                     continue;
 179                 for (j = 0; j < band_size; j++) {
 180                     CoefType v = block->mdct_coef[ch][i+j];
 181                     MAC_COEF(energy[blk][ch][bnd], v, v);
 182                 }
 183             }
 184         }
 185         i += band_size;
 186         bnd++;
 187     }
 188
 189     /* calculate coupling coordinates for all blocks for all channels */
 190     for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 191         AC3Block *block  = &s->blocks[blk];
 192         if (!block->cpl_in_use)
 193             continue;
 194         for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 195             if (!block->channel_in_cpl[ch])
 196                 continue;
 197             for (bnd = 0; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 198                 cpl_coords[blk][ch][bnd] = calc_cpl_coord(energy[blk][ch][bnd],
 199                                                           energy[blk][CPL_CH][bnd]);
 200             }
 201         }
 202     }
 203
 204     /* determine which blocks to send new coupling coordinates for */
 205     for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 206         AC3Block *block  = &s->blocks[blk];
 207         AC3Block *block0 = blk ? &s->blocks[blk-1] : NULL;
 208
 209         memset(block->new_cpl_coords, 0, sizeof(block->new_cpl_coords));
 210
 211         if (block->cpl_in_use) {
 212             /* send new coordinates if this is the first block, if previous
 213              * block did not use coupling but this block does, the channels
 214              * using coupling has changed from the previous block, or the
 215              * coordinate difference from the last block for any channel is
 216              * greater than a threshold value. */
 217             if (blk == 0 || !block0->cpl_in_use) {
 218                 for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++)
 219                     block->new_cpl_coords[ch] = 1;
 220             } else {
 221                 for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 222                     if (!block->channel_in_cpl[ch])
 223                         continue;
 224                     if (!block0->channel_in_cpl[ch]) {
 225                         block->new_cpl_coords[ch] = 1;
 226                     } else {
 227                         CoefSumType coord_diff = 0;
 228                         for (bnd = 0; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 229                             coord_diff += FFABS(cpl_coords[blk-1][ch][bnd] -
 230                                                 cpl_coords[blk  ][ch][bnd]);
 231                         }
 232                         coord_diff /= s->num_cpl_bands;
 233                         if (coord_diff > NEW_CPL_COORD_THRESHOLD)
 234                             block->new_cpl_coords[ch] = 1;
 235                     }
 236                 }
 237             }
 238         }
 239     }
 240
 241     /* calculate final coupling coordinates, taking into account reusing of
 242        coordinates in successive blocks */
 243     for (bnd = 0; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 244         blk = 0;
 245         while (blk < s->num_blocks) {
 246             int av_uninit(blk1);
 247             AC3Block *block  = &s->blocks[blk];
 248
 249             if (!block->cpl_in_use) {
 250                 blk++;
 251                 continue;
 252             }
 253
 254             for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 255                 CoefSumType energy_ch, energy_cpl;
 256                 if (!block->channel_in_cpl[ch])
 257                     continue;
 258                 energy_cpl = energy[blk][CPL_CH][bnd];
 259                 energy_ch = energy[blk][ch][bnd];
 260                 blk1 = blk+1;
 261                 while (!s->blocks[blk1].new_cpl_coords[ch] && blk1 < s->num_blocks) {
 262                     if (s->blocks[blk1].cpl_in_use) {
 263                         energy_cpl += energy[blk1][CPL_CH][bnd];
 264                         energy_ch += energy[blk1][ch][bnd];
 265                     }
 266                     blk1++;
 267                 }
 268                 cpl_coords[blk][ch][bnd] = calc_cpl_coord(energy_ch, energy_cpl);
 269             }
 270             blk = blk1;
 271         }
 272     }
 273
 274     /* calculate exponents/mantissas for coupling coordinates */
 275     for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 276         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
 277         if (!block->cpl_in_use)
 278             continue;
 279
 280 #if CONFIG_AC3ENC_FLOAT
 281         s->ac3dsp.float_to_fixed24(fixed_cpl_coords[blk][1],
 282                                    cpl_coords[blk][1],
 283                                    s->fbw_channels * 16);
 284 #endif
 285         s->ac3dsp.extract_exponents(block->cpl_coord_exp[1],
 286                                     fixed_cpl_coords[blk][1],
 287                                     s->fbw_channels * 16);
 288
 289         for (ch = 1; ch <= s->fbw_channels; ch++) {
 290             int bnd, min_exp, max_exp, master_exp;
 291
 292             if (!block->new_cpl_coords[ch])
 293                 continue;
 294
 295             /* determine master exponent */
 296             min_exp = max_exp = block->cpl_coord_exp[ch][0];
 297             for (bnd = 1; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 298                 int exp = block->cpl_coord_exp[ch][bnd];
 299                 min_exp = FFMIN(exp, min_exp);
 300                 max_exp = FFMAX(exp, max_exp);
 301             }
 302             master_exp = ((max_exp - 15) + 2) / 3;
 303             master_exp = FFMAX(master_exp, 0);
 304             while (min_exp < master_exp * 3)
 305                 master_exp--;
 306             for (bnd = 0; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 307                 block->cpl_coord_exp[ch][bnd] = av_clip(block->cpl_coord_exp[ch][bnd] -
 308                                                         master_exp * 3, 0, 15);
 309             }
 310             block->cpl_master_exp[ch] = master_exp;
 311
 312             /* quantize mantissas */
 313             for (bnd = 0; bnd < s->num_cpl_bands; bnd++) {
 314                 int cpl_exp  = block->cpl_coord_exp[ch][bnd];
 315                 int cpl_mant = (fixed_cpl_coords[blk][ch][bnd] << (5 + cpl_exp + master_exp * 3)) >> 24;
 316                 if (cpl_exp == 15)
 317                     cpl_mant >>= 1;
 318                 else
 319                     cpl_mant -= 16;
 320
 321                 block->cpl_coord_mant[ch][bnd] = cpl_mant;
 322             }
 323         }
 324     }
 325
 326     if (CONFIG_EAC3_ENCODER && s->eac3)
 327         ff_eac3_set_cpl_states(s);
 328 }
 329
 330
 331 /**
 332  * Determine rematrixing flags for each block and band.
 333  */
 334 static void compute_rematrixing_strategy(AC3EncodeContext *s)
 335 {
 336     int nb_coefs;
 337     int blk, bnd, i;
 338     AC3Block *block, *av_uninit(block0);
 339
 340     if (s->channel_mode != AC3_CHMODE_STEREO)
 341         return;
 342
 343     for (blk = 0; blk < s->num_blocks; blk++) {
 344         block = &s->blocks[blk];
 345         block->new_rematrixing_strategy = !blk;
 346
 347         block->num_rematrixing_bands = 4;
 348         if (block->cpl_in_use) {
 349             block->num_rematrixing_bands -= (s->start_freq[CPL_CH] <= 61);
 350             block->num_rematrixing_bands -= (s->start_freq[CPL_CH] == 37);
 351             if (blk && block->num_rematrixing_bands != block0->num_rematrixing_bands)
 352                 block->new_rematrixing_strategy = 1;
 353         }
 354         nb_coefs = FFMIN(block->end_freq[1], block->end_freq[2]);
 355
 356         if (!s->rematrixing_enabled) {
 357             block0 = block;
 358             continue;
 359         }
 360
 361         for (bnd = 0; bnd < block->num_rematrixing_bands; bnd++) {
 362             /* calculate calculate sum of squared coeffs for one band in one block */
 363             int start = ff_ac3_rematrix_band_tab[bnd];
 364             int end   = FFMIN(nb_coefs, ff_ac3_rematrix_band_tab[bnd+1]);
 365             CoefSumType sum[4] = {0,};
 366             for (i = start; i < end; i++) {
 367                 CoefType lt = block->mdct_coef[1][i];
 368                 CoefType rt = block->mdct_coef[2][i];
 369                 CoefType md = lt + rt;
 370                 CoefType sd = lt - rt;
 371                 MAC_COEF(sum[0], lt, lt);
 372                 MAC_COEF(sum[1], rt, rt);
 373                 MAC_COEF(sum[2], md, md);
 374                 MAC_COEF(sum[3], sd, sd);
 375             }
 376
 377             /* compare sums to determine if rematrixing will be used for this band */
 378             if (FFMIN(sum[2], sum[3]) < FFMIN(sum[0], sum[1]))
 379                 block->rematrixing_flags[bnd] = 1;
 380             else
 381                 block->rematrixing_flags[bnd] = 0;
 382
 383             /* determine if new rematrixing flags will be sent */
 384             if (blk &&
 385                 block->rematrixing_flags[bnd] != block0->rematrixing_flags[bnd]) {
 386                 block->new_rematrixing_strategy = 1;
 387             }
 388         }
 389         block0 = block;
 390     }
 391 }
 392
 393
 394 /**
 395  * Encode a single AC-3 frame.
 396  */
 397 int AC3_NAME(encode_frame)(AVCodecContext *avctx, unsigned char *frame,
 398                            int buf_size, void *data)
 399 {
 400     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
 401     const SampleType *samples = data;
 402     int ret;
 403
 404     if (s->options.allow_per_frame_metadata) {
 405         ret = ff_ac3_validate_metadata(s);
 406         if (ret)
 407             return ret;
 408     }
 409
 410     if (s->bit_alloc.sr_code == 1 || s->eac3)
 411         ff_ac3_adjust_frame_size(s);
 412
 413     deinterleave_input_samples(s, samples);
 414
 415     apply_mdct(s);
 416
 417     if (s->fixed_point)
 418         scale_coefficients(s);
 419
 420     clip_coefficients(&s->dsp, s->blocks[0].mdct_coef[1],
 421                       AC3_MAX_COEFS * s->num_blocks * s->channels);
 422
 423     s->cpl_on = s->cpl_enabled;
 424     ff_ac3_compute_coupling_strategy(s);
 425
 426     if (s->cpl_on)
 427         apply_channel_coupling(s);
 428
 429     compute_rematrixing_strategy(s);
 430
 431     if (!s->fixed_point)
 432         scale_coefficients(s);
 433
 434     ff_ac3_apply_rematrixing(s);
 435
 436     ff_ac3_process_exponents(s);
 437
 438     ret = ff_ac3_compute_bit_allocation(s);
 439     if (ret) {
 440         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Bit allocation failed. Try increasing the bitrate.\n");
 441         return ret;
 442     }
 443
 444     ff_ac3_group_exponents(s);
 445
 446     ff_ac3_quantize_mantissas(s);
 447
 448     ff_ac3_output_frame(s, frame);
 449
 450     return s->frame_size;
 451 }