]> git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/ac3enc.c
18b4dce9174d1b65a60bc91bd4320ed73d8c6c7f
[ffmpeg] / libavcodec / ac3enc.c
1 /*
2  * The simplest AC-3 encoder
3  * Copyright (c) 2000 Fabrice Bellard
4  * Copyright (c) 2006-2010 Justin Ruggles <justin.ruggles@gmail.com>
5  * Copyright (c) 2006-2010 Prakash Punnoor <prakash@punnoor.de>
6  *
7  * This file is part of FFmpeg.
8  *
9  * FFmpeg 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  * FFmpeg 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 FFmpeg; 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  * The simplest AC-3 encoder.
27  */
28
29 //#define DEBUG
30
31 #include "libavcore/audioconvert.h"
32 #include "libavutil/crc.h"
33 #include "avcodec.h"
34 #include "put_bits.h"
35 #include "dsputil.h"
36 #include "ac3.h"
37 #include "audioconvert.h"
38
39
40 /** Maximum number of exponent groups. +1 for separate DC exponent. */
41 #define AC3_MAX_EXP_GROUPS 85
42
43 /** Scale a float value by 2^bits and convert to an integer. */
44 #define SCALE_FLOAT(a, bits) lrintf((a) * (float)(1 << (bits)))
45
46 typedef int16_t SampleType;
47 typedef int32_t CoefType;
48
49 #define SCALE_COEF(a) (a)
50
51 /** Scale a float value by 2^15, convert to an integer, and clip to range -32767..32767. */
52 #define FIX15(a) av_clip(SCALE_FLOAT(a, 15), -32767, 32767)
53
54
55 /**
56  * Compex number.
57  * Used in fixed-point MDCT calculation.
58  */
59 typedef struct IComplex {
60     int16_t re,im;
61 } IComplex;
62
63 typedef struct AC3MDCTContext {
64     const int16_t *window;                  ///< MDCT window function
65     int nbits;                              ///< log2(transform size)
66     int16_t *costab;                        ///< FFT cos table
67     int16_t *sintab;                        ///< FFT sin table
68     int16_t *xcos1;                         ///< MDCT cos table
69     int16_t *xsin1;                         ///< MDCT sin table
70     int16_t *rot_tmp;                       ///< temp buffer for pre-rotated samples
71     IComplex *cplx_tmp;                     ///< temp buffer for complex pre-rotated samples
72 } AC3MDCTContext;
73
74 /**
75  * Data for a single audio block.
76  */
77 typedef struct AC3Block {
78     uint8_t  **bap;                             ///< bit allocation pointers (bap)
79     CoefType **mdct_coef;                       ///< MDCT coefficients
80     uint8_t  **exp;                             ///< original exponents
81     uint8_t  **grouped_exp;                     ///< grouped exponents
82     int16_t  **psd;                             ///< psd per frequency bin
83     int16_t  **band_psd;                        ///< psd per critical band
84     int16_t  **mask;                            ///< masking curve
85     uint16_t **qmant;                           ///< quantized mantissas
86     uint8_t  exp_strategy[AC3_MAX_CHANNELS];    ///< exponent strategies
87     int8_t   exp_shift[AC3_MAX_CHANNELS];       ///< exponent shift values
88 } AC3Block;
89
90 /**
91  * AC-3 encoder private context.
92  */
93 typedef struct AC3EncodeContext {
94     PutBitContext pb;                       ///< bitstream writer context
95     DSPContext dsp;
96     AC3MDCTContext mdct;                    ///< MDCT context
97
98     AC3Block blocks[AC3_MAX_BLOCKS];        ///< per-block info
99
100     int bitstream_id;                       ///< bitstream id                           (bsid)
101     int bitstream_mode;                     ///< bitstream mode                         (bsmod)
102
103     int bit_rate;                           ///< target bit rate, in bits-per-second
104     int sample_rate;                        ///< sampling frequency, in Hz
105
106     int frame_size_min;                     ///< minimum frame size in case rounding is necessary
107     int frame_size;                         ///< current frame size in bytes
108     int frame_size_code;                    ///< frame size code                        (frmsizecod)
109     uint16_t crc_inv[2];
110     int bits_written;                       ///< bit count    (used to avg. bitrate)
111     int samples_written;                    ///< sample count (used to avg. bitrate)
112
113     int fbw_channels;                       ///< number of full-bandwidth channels      (nfchans)
114     int channels;                           ///< total number of channels               (nchans)
115     int lfe_on;                             ///< indicates if there is an LFE channel   (lfeon)
116     int lfe_channel;                        ///< channel index of the LFE channel
117     int channel_mode;                       ///< channel mode                           (acmod)
118     const uint8_t *channel_map;             ///< channel map used to reorder channels
119
120     int cutoff;                             ///< user-specified cutoff frequency, in Hz
121     int bandwidth_code[AC3_MAX_CHANNELS];   ///< bandwidth code (0 to 60)               (chbwcod)
122     int nb_coefs[AC3_MAX_CHANNELS];
123
124     /* bitrate allocation control */
125     int slow_gain_code;                     ///< slow gain code                         (sgaincod)
126     int slow_decay_code;                    ///< slow decay code                        (sdcycod)
127     int fast_decay_code;                    ///< fast decay code                        (fdcycod)
128     int db_per_bit_code;                    ///< dB/bit code                            (dbpbcod)
129     int floor_code;                         ///< floor code                             (floorcod)
130     AC3BitAllocParameters bit_alloc;        ///< bit allocation parameters
131     int coarse_snr_offset;                  ///< coarse SNR offsets                     (csnroffst)
132     int fast_gain_code[AC3_MAX_CHANNELS];   ///< fast gain codes (signal-to-mask ratio) (fgaincod)
133     int fine_snr_offset[AC3_MAX_CHANNELS];  ///< fine SNR offsets                       (fsnroffst)
134     int frame_bits_fixed;                   ///< number of non-coefficient bits for fixed parameters
135     int frame_bits;                         ///< all frame bits except exponents and mantissas
136     int exponent_bits;                      ///< number of bits used for exponents
137
138     /* mantissa encoding */
139     int mant1_cnt, mant2_cnt, mant4_cnt;    ///< mantissa counts for bap=1,2,4
140     uint16_t *qmant1_ptr, *qmant2_ptr, *qmant4_ptr; ///< mantissa pointers for bap=1,2,4
141
142     int16_t **planar_samples;
143     uint8_t *bap_buffer;
144     uint8_t *bap1_buffer;
145     CoefType *mdct_coef_buffer;
146     uint8_t *exp_buffer;
147     uint8_t *grouped_exp_buffer;
148     int16_t *psd_buffer;
149     int16_t *band_psd_buffer;
150     int16_t *mask_buffer;
151     uint16_t *qmant_buffer;
152
153     DECLARE_ALIGNED(16, SampleType, windowed_samples)[AC3_WINDOW_SIZE];
154 } AC3EncodeContext;
155
156
157 /**
158  * LUT for number of exponent groups.
159  * exponent_group_tab[exponent strategy-1][number of coefficients]
160  */
161 static uint8_t exponent_group_tab[3][256];
162
163
164 /**
165  * List of supported channel layouts.
166  */
167 static const int64_t ac3_channel_layouts[] = {
168      AV_CH_LAYOUT_MONO,
169      AV_CH_LAYOUT_STEREO,
170      AV_CH_LAYOUT_2_1,
171      AV_CH_LAYOUT_SURROUND,
172      AV_CH_LAYOUT_2_2,
173      AV_CH_LAYOUT_QUAD,
174      AV_CH_LAYOUT_4POINT0,
175      AV_CH_LAYOUT_5POINT0,
176      AV_CH_LAYOUT_5POINT0_BACK,
177     (AV_CH_LAYOUT_MONO     | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
178     (AV_CH_LAYOUT_STEREO   | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
179     (AV_CH_LAYOUT_2_1      | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
180     (AV_CH_LAYOUT_SURROUND | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
181     (AV_CH_LAYOUT_2_2      | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
182     (AV_CH_LAYOUT_QUAD     | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
183     (AV_CH_LAYOUT_4POINT0  | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
184      AV_CH_LAYOUT_5POINT1,
185      AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK,
186      0
187 };
188
189
190 /**
191  * Adjust the frame size to make the average bit rate match the target bit rate.
192  * This is only needed for 11025, 22050, and 44100 sample rates.
193  */
194 static void adjust_frame_size(AC3EncodeContext *s)
195 {
196     while (s->bits_written >= s->bit_rate && s->samples_written >= s->sample_rate) {
197         s->bits_written    -= s->bit_rate;
198         s->samples_written -= s->sample_rate;
199     }
200     s->frame_size = s->frame_size_min +
201                     2 * (s->bits_written * s->sample_rate < s->samples_written * s->bit_rate);
202     s->bits_written    += s->frame_size * 8;
203     s->samples_written += AC3_FRAME_SIZE;
204 }
205
206
207 /**
208  * Deinterleave input samples.
209  * Channels are reordered from FFmpeg's default order to AC-3 order.
210  */
211 static void deinterleave_input_samples(AC3EncodeContext *s,
212                                        const SampleType *samples)
213 {
214     int ch, i;
215
216     /* deinterleave and remap input samples */
217     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
218         const SampleType *sptr;
219         int sinc;
220
221         /* copy last 256 samples of previous frame to the start of the current frame */
222         memcpy(&s->planar_samples[ch][0], &s->planar_samples[ch][AC3_FRAME_SIZE],
223                AC3_BLOCK_SIZE * sizeof(s->planar_samples[0][0]));
224
225         /* deinterleave */
226         sinc = s->channels;
227         sptr = samples + s->channel_map[ch];
228         for (i = AC3_BLOCK_SIZE; i < AC3_FRAME_SIZE+AC3_BLOCK_SIZE; i++) {
229             s->planar_samples[ch][i] = *sptr;
230             sptr += sinc;
231         }
232     }
233 }
234
235
236 /**
237  * Finalize MDCT and free allocated memory.
238  */
239 static av_cold void mdct_end(AC3MDCTContext *mdct)
240 {
241     mdct->nbits = 0;
242     av_freep(&mdct->costab);
243     av_freep(&mdct->sintab);
244     av_freep(&mdct->xcos1);
245     av_freep(&mdct->xsin1);
246     av_freep(&mdct->rot_tmp);
247     av_freep(&mdct->cplx_tmp);
248 }
249
250
251 /**
252  * Initialize FFT tables.
253  * @param ln log2(FFT size)
254  */
255 static av_cold int fft_init(AVCodecContext *avctx, AC3MDCTContext *mdct, int ln)
256 {
257     int i, n, n2;
258     float alpha;
259
260     n  = 1 << ln;
261     n2 = n >> 1;
262
263     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, mdct->costab, n2 * sizeof(*mdct->costab), fft_alloc_fail);
264     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, mdct->sintab, n2 * sizeof(*mdct->sintab), fft_alloc_fail);
265
266     for (i = 0; i < n2; i++) {
267         alpha     = 2.0 * M_PI * i / n;
268         mdct->costab[i] = FIX15(cos(alpha));
269         mdct->sintab[i] = FIX15(sin(alpha));
270     }
271
272     return 0;
273 fft_alloc_fail:
274     mdct_end(mdct);
275     return AVERROR(ENOMEM);
276 }
277
278
279 /**
280  * Initialize MDCT tables.
281  * @param nbits log2(MDCT size)
282  */
283 static av_cold int mdct_init(AVCodecContext *avctx, AC3MDCTContext *mdct,
284                              int nbits)
285 {
286     int i, n, n4, ret;
287
288     n  = 1 << nbits;
289     n4 = n >> 2;
290
291     mdct->nbits = nbits;
292
293     ret = fft_init(avctx, mdct, nbits - 2);
294     if (ret)
295         return ret;
296
297     mdct->window = ff_ac3_window;
298
299     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, mdct->xcos1,    n4 * sizeof(*mdct->xcos1),    mdct_alloc_fail);
300     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, mdct->xsin1,    n4 * sizeof(*mdct->xsin1),    mdct_alloc_fail);
301     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, mdct->rot_tmp,  n  * sizeof(*mdct->rot_tmp),  mdct_alloc_fail);
302     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, mdct->cplx_tmp, n4 * sizeof(*mdct->cplx_tmp), mdct_alloc_fail);
303
304     for (i = 0; i < n4; i++) {
305         float alpha = 2.0 * M_PI * (i + 1.0 / 8.0) / n;
306         mdct->xcos1[i] = FIX15(-cos(alpha));
307         mdct->xsin1[i] = FIX15(-sin(alpha));
308     }
309
310     return 0;
311 mdct_alloc_fail:
312     mdct_end(mdct);
313     return AVERROR(ENOMEM);
314 }
315
316
317 /** Butterfly op */
318 #define BF(pre, pim, qre, qim, pre1, pim1, qre1, qim1)  \
319 {                                                       \
320   int ax, ay, bx, by;                                   \
321   bx  = pre1;                                           \
322   by  = pim1;                                           \
323   ax  = qre1;                                           \
324   ay  = qim1;                                           \
325   pre = (bx + ax) >> 1;                                 \
326   pim = (by + ay) >> 1;                                 \
327   qre = (bx - ax) >> 1;                                 \
328   qim = (by - ay) >> 1;                                 \
329 }
330
331
332 /** Complex multiply */
333 #define CMUL(pre, pim, are, aim, bre, bim)              \
334 {                                                       \
335    pre = (MUL16(are, bre) - MUL16(aim, bim)) >> 15;     \
336    pim = (MUL16(are, bim) + MUL16(bre, aim)) >> 15;     \
337 }
338
339
340 /**
341  * Calculate a 2^n point complex FFT on 2^ln points.
342  * @param z  complex input/output samples
343  * @param ln log2(FFT size)
344  */
345 static void fft(AC3MDCTContext *mdct, IComplex *z, int ln)
346 {
347     int j, l, np, np2;
348     int nblocks, nloops;
349     register IComplex *p,*q;
350     int tmp_re, tmp_im;
351
352     np = 1 << ln;
353
354     /* reverse */
355     for (j = 0; j < np; j++) {
356         int k = av_reverse[j] >> (8 - ln);
357         if (k < j)
358             FFSWAP(IComplex, z[k], z[j]);
359     }
360
361     /* pass 0 */
362
363     p = &z[0];
364     j = np >> 1;
365     do {
366         BF(p[0].re, p[0].im, p[1].re, p[1].im,
367            p[0].re, p[0].im, p[1].re, p[1].im);
368         p += 2;
369     } while (--j);
370
371     /* pass 1 */
372
373     p = &z[0];
374     j = np >> 2;
375     do {
376         BF(p[0].re, p[0].im, p[2].re,  p[2].im,
377            p[0].re, p[0].im, p[2].re,  p[2].im);
378         BF(p[1].re, p[1].im, p[3].re,  p[3].im,
379            p[1].re, p[1].im, p[3].im, -p[3].re);
380         p+=4;
381     } while (--j);
382
383     /* pass 2 .. ln-1 */
384
385     nblocks = np >> 3;
386     nloops  =  1 << 2;
387     np2     = np >> 1;
388     do {
389         p = z;
390         q = z + nloops;
391         for (j = 0; j < nblocks; j++) {
392             BF(p->re, p->im, q->re, q->im,
393                p->re, p->im, q->re, q->im);
394             p++;
395             q++;
396             for(l = nblocks; l < np2; l += nblocks) {
397                 CMUL(tmp_re, tmp_im, mdct->costab[l], -mdct->sintab[l], q->re, q->im);
398                 BF(p->re, p->im, q->re,  q->im,
399                    p->re, p->im, tmp_re, tmp_im);
400                 p++;
401                 q++;
402             }
403             p += nloops;
404             q += nloops;
405         }
406         nblocks = nblocks >> 1;
407         nloops  = nloops  << 1;
408     } while (nblocks);
409 }
410
411
412 /**
413  * Calculate a 512-point MDCT
414  * @param out 256 output frequency coefficients
415  * @param in  512 windowed input audio samples
416  */
417 static void mdct512(AC3MDCTContext *mdct, int32_t *out, int16_t *in)
418 {
419     int i, re, im, n, n2, n4;
420     int16_t *rot = mdct->rot_tmp;
421     IComplex *x  = mdct->cplx_tmp;
422
423     n  = 1 << mdct->nbits;
424     n2 = n >> 1;
425     n4 = n >> 2;
426
427     /* shift to simplify computations */
428     for (i = 0; i <n4; i++)
429         rot[i] = -in[i + 3*n4];
430     memcpy(&rot[n4], &in[0], 3*n4*sizeof(*in));
431
432     /* pre rotation */
433     for (i = 0; i < n4; i++) {
434         re =  ((int)rot[   2*i] - (int)rot[ n-1-2*i]) >> 1;
435         im = -((int)rot[n2+2*i] - (int)rot[n2-1-2*i]) >> 1;
436         CMUL(x[i].re, x[i].im, re, im, -mdct->xcos1[i], mdct->xsin1[i]);
437     }
438
439     fft(mdct, x, mdct->nbits - 2);
440
441     /* post rotation */
442     for (i = 0; i < n4; i++) {
443         re = x[i].re;
444         im = x[i].im;
445         CMUL(out[n2-1-2*i], out[2*i], re, im, mdct->xsin1[i], mdct->xcos1[i]);
446     }
447 }
448
449
450 /**
451  * Apply KBD window to input samples prior to MDCT.
452  */
453 static void apply_window(int16_t *output, const int16_t *input,
454                          const int16_t *window, int n)
455 {
456     int i;
457     int n2 = n >> 1;
458
459     for (i = 0; i < n2; i++) {
460         output[i]     = MUL16(input[i],     window[i]) >> 15;
461         output[n-i-1] = MUL16(input[n-i-1], window[i]) >> 15;
462     }
463 }
464
465
466 /**
467  * Calculate the log2() of the maximum absolute value in an array.
468  * @param tab input array
469  * @param n   number of values in the array
470  * @return    log2(max(abs(tab[])))
471  */
472 static int log2_tab(int16_t *tab, int n)
473 {
474     int i, v;
475
476     v = 0;
477     for (i = 0; i < n; i++)
478         v |= abs(tab[i]);
479
480     return av_log2(v);
481 }
482
483
484 /**
485  * Left-shift each value in an array by a specified amount.
486  * @param tab    input array
487  * @param n      number of values in the array
488  * @param lshift left shift amount. a negative value means right shift.
489  */
490 static void lshift_tab(int16_t *tab, int n, int lshift)
491 {
492     int i;
493
494     if (lshift > 0) {
495         for (i = 0; i < n; i++)
496             tab[i] <<= lshift;
497     } else if (lshift < 0) {
498         lshift = -lshift;
499         for (i = 0; i < n; i++)
500             tab[i] >>= lshift;
501     }
502 }
503
504
505 /**
506  * Normalize the input samples to use the maximum available precision.
507  * This assumes signed 16-bit input samples. Exponents are reduced by 9 to
508  * match the 24-bit internal precision for MDCT coefficients.
509  *
510  * @return exponent shift
511  */
512 static int normalize_samples(AC3EncodeContext *s)
513 {
514     int v = 14 - log2_tab(s->windowed_samples, AC3_WINDOW_SIZE);
515     v = FFMAX(0, v);
516     lshift_tab(s->windowed_samples, AC3_WINDOW_SIZE, v);
517     return v - 9;
518 }
519
520
521 /**
522  * Apply the MDCT to input samples to generate frequency coefficients.
523  * This applies the KBD window and normalizes the input to reduce precision
524  * loss due to fixed-point calculations.
525  */
526 static void apply_mdct(AC3EncodeContext *s)
527 {
528     int blk, ch;
529
530     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
531         for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
532             AC3Block *block = &s->blocks[blk];
533             const SampleType *input_samples = &s->planar_samples[ch][blk * AC3_BLOCK_SIZE];
534
535             apply_window(s->windowed_samples, input_samples, s->mdct.window, AC3_WINDOW_SIZE);
536
537             block->exp_shift[ch] = normalize_samples(s);
538
539             mdct512(&s->mdct, block->mdct_coef[ch], s->windowed_samples);
540         }
541     }
542 }
543
544
545 /**
546  * Initialize exponent tables.
547  */
548 static av_cold void exponent_init(AC3EncodeContext *s)
549 {
550     int i;
551     for (i = 73; i < 256; i++) {
552         exponent_group_tab[0][i] = (i - 1) /  3;
553         exponent_group_tab[1][i] = (i + 2) /  6;
554         exponent_group_tab[2][i] = (i + 8) / 12;
555     }
556     /* LFE */
557     exponent_group_tab[0][7] = 2;
558 }
559
560
561 /**
562  * Extract exponents from the MDCT coefficients.
563  * This takes into account the normalization that was done to the input samples
564  * by adjusting the exponents by the exponent shift values.
565  */
566 static void extract_exponents(AC3EncodeContext *s)
567 {
568     int blk, ch, i;
569
570     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
571         for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
572             AC3Block *block = &s->blocks[blk];
573             for (i = 0; i < AC3_MAX_COEFS; i++) {
574                 int e;
575                 int v = abs(SCALE_COEF(block->mdct_coef[ch][i]));
576                 if (v == 0)
577                     e = 24;
578                 else {
579                     e = 23 - av_log2(v) + block->exp_shift[ch];
580                     if (e >= 24) {
581                         e = 24;
582                         block->mdct_coef[ch][i] = 0;
583                     }
584                 }
585                 block->exp[ch][i] = e;
586             }
587         }
588     }
589 }
590
591
592 /**
593  * Exponent Difference Threshold.
594  * New exponents are sent if their SAD exceed this number.
595  */
596 #define EXP_DIFF_THRESHOLD 1000
597
598
599 /**
600  * Calculate exponent strategies for all blocks in a single channel.
601  */
602 static void compute_exp_strategy_ch(AC3EncodeContext *s, uint8_t *exp_strategy,
603                                     uint8_t **exp)
604 {
605     int blk, blk1;
606     int exp_diff;
607
608     /* estimate if the exponent variation & decide if they should be
609        reused in the next frame */
610     exp_strategy[0] = EXP_NEW;
611     for (blk = 1; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
612         exp_diff = s->dsp.sad[0](NULL, exp[blk], exp[blk-1], 16, 16);
613         if (exp_diff > EXP_DIFF_THRESHOLD)
614             exp_strategy[blk] = EXP_NEW;
615         else
616             exp_strategy[blk] = EXP_REUSE;
617     }
618     emms_c();
619
620     /* now select the encoding strategy type : if exponents are often
621        recoded, we use a coarse encoding */
622     blk = 0;
623     while (blk < AC3_MAX_BLOCKS) {
624         blk1 = blk + 1;
625         while (blk1 < AC3_MAX_BLOCKS && exp_strategy[blk1] == EXP_REUSE)
626             blk1++;
627         switch (blk1 - blk) {
628         case 1:  exp_strategy[blk] = EXP_D45; break;
629         case 2:
630         case 3:  exp_strategy[blk] = EXP_D25; break;
631         default: exp_strategy[blk] = EXP_D15; break;
632         }
633         blk = blk1;
634     }
635 }
636
637
638 /**
639  * Calculate exponent strategies for all channels.
640  * Array arrangement is reversed to simplify the per-channel calculation.
641  */
642 static void compute_exp_strategy(AC3EncodeContext *s)
643 {
644     uint8_t *exp1[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_BLOCKS];
645     uint8_t exp_str1[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_BLOCKS];
646     int ch, blk;
647
648     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
649         for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
650             exp1[ch][blk]     = s->blocks[blk].exp[ch];
651             exp_str1[ch][blk] = s->blocks[blk].exp_strategy[ch];
652         }
653
654         compute_exp_strategy_ch(s, exp_str1[ch], exp1[ch]);
655
656         for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++)
657             s->blocks[blk].exp_strategy[ch] = exp_str1[ch][blk];
658     }
659     if (s->lfe_on) {
660         ch = s->lfe_channel;
661         s->blocks[0].exp_strategy[ch] = EXP_D15;
662         for (blk = 1; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++)
663             s->blocks[blk].exp_strategy[ch] = EXP_REUSE;
664     }
665 }
666
667
668 /**
669  * Set each encoded exponent in a block to the minimum of itself and the
670  * exponent in the same frequency bin of a following block.
671  * exp[i] = min(exp[i], exp1[i]
672  */
673 static void exponent_min(uint8_t *exp, uint8_t *exp1, int n)
674 {
675     int i;
676     for (i = 0; i < n; i++) {
677         if (exp1[i] < exp[i])
678             exp[i] = exp1[i];
679     }
680 }
681
682
683 /**
684  * Update the exponents so that they are the ones the decoder will decode.
685  */
686 static void encode_exponents_blk_ch(uint8_t *exp, int nb_exps, int exp_strategy)
687 {
688     int nb_groups, i, k;
689
690     nb_groups = exponent_group_tab[exp_strategy-1][nb_exps] * 3;
691
692     /* for each group, compute the minimum exponent */
693     switch(exp_strategy) {
694     case EXP_D25:
695         for (i = 1, k = 1; i <= nb_groups; i++) {
696             uint8_t exp_min = exp[k];
697             if (exp[k+1] < exp_min)
698                 exp_min = exp[k+1];
699             exp[i] = exp_min;
700             k += 2;
701         }
702         break;
703     case EXP_D45:
704         for (i = 1, k = 1; i <= nb_groups; i++) {
705             uint8_t exp_min = exp[k];
706             if (exp[k+1] < exp_min)
707                 exp_min = exp[k+1];
708             if (exp[k+2] < exp_min)
709                 exp_min = exp[k+2];
710             if (exp[k+3] < exp_min)
711                 exp_min = exp[k+3];
712             exp[i] = exp_min;
713             k += 4;
714         }
715         break;
716     }
717
718     /* constraint for DC exponent */
719     if (exp[0] > 15)
720         exp[0] = 15;
721
722     /* decrease the delta between each groups to within 2 so that they can be
723        differentially encoded */
724     for (i = 1; i <= nb_groups; i++)
725         exp[i] = FFMIN(exp[i], exp[i-1] + 2);
726     i--;
727     while (--i >= 0)
728         exp[i] = FFMIN(exp[i], exp[i+1] + 2);
729
730     /* now we have the exponent values the decoder will see */
731     switch (exp_strategy) {
732     case EXP_D25:
733         for (i = nb_groups, k = nb_groups * 2; i > 0; i--) {
734             uint8_t exp1 = exp[i];
735             exp[k--] = exp1;
736             exp[k--] = exp1;
737         }
738         break;
739     case EXP_D45:
740         for (i = nb_groups, k = nb_groups * 4; i > 0; i--) {
741             exp[k] = exp[k-1] = exp[k-2] = exp[k-3] = exp[i];
742             k -= 4;
743         }
744         break;
745     }
746 }
747
748
749 /**
750  * Encode exponents from original extracted form to what the decoder will see.
751  * This copies and groups exponents based on exponent strategy and reduces
752  * deltas between adjacent exponent groups so that they can be differentially
753  * encoded.
754  */
755 static void encode_exponents(AC3EncodeContext *s)
756 {
757     int blk, blk1, blk2, ch;
758     AC3Block *block, *block1, *block2;
759
760     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
761         blk = 0;
762         block = &s->blocks[0];
763         while (blk < AC3_MAX_BLOCKS) {
764             blk1 = blk + 1;
765             block1 = block + 1;
766             /* for the EXP_REUSE case we select the min of the exponents */
767             while (blk1 < AC3_MAX_BLOCKS && block1->exp_strategy[ch] == EXP_REUSE) {
768                 exponent_min(block->exp[ch], block1->exp[ch], s->nb_coefs[ch]);
769                 blk1++;
770                 block1++;
771             }
772             encode_exponents_blk_ch(block->exp[ch], s->nb_coefs[ch],
773                                     block->exp_strategy[ch]);
774             /* copy encoded exponents for reuse case */
775             block2 = block + 1;
776             for (blk2 = blk+1; blk2 < blk1; blk2++, block2++) {
777                 memcpy(block2->exp[ch], block->exp[ch],
778                        s->nb_coefs[ch] * sizeof(uint8_t));
779             }
780             blk = blk1;
781             block = block1;
782         }
783     }
784 }
785
786
787 /**
788  * Group exponents.
789  * 3 delta-encoded exponents are in each 7-bit group. The number of groups
790  * varies depending on exponent strategy and bandwidth.
791  */
792 static void group_exponents(AC3EncodeContext *s)
793 {
794     int blk, ch, i;
795     int group_size, nb_groups, bit_count;
796     uint8_t *p;
797     int delta0, delta1, delta2;
798     int exp0, exp1;
799
800     bit_count = 0;
801     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
802         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
803         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
804             if (block->exp_strategy[ch] == EXP_REUSE) {
805                 continue;
806             }
807             group_size = block->exp_strategy[ch] + (block->exp_strategy[ch] == EXP_D45);
808             nb_groups = exponent_group_tab[block->exp_strategy[ch]-1][s->nb_coefs[ch]];
809             bit_count += 4 + (nb_groups * 7);
810             p = block->exp[ch];
811
812             /* DC exponent */
813             exp1 = *p++;
814             block->grouped_exp[ch][0] = exp1;
815
816             /* remaining exponents are delta encoded */
817             for (i = 1; i <= nb_groups; i++) {
818                 /* merge three delta in one code */
819                 exp0   = exp1;
820                 exp1   = p[0];
821                 p     += group_size;
822                 delta0 = exp1 - exp0 + 2;
823
824                 exp0   = exp1;
825                 exp1   = p[0];
826                 p     += group_size;
827                 delta1 = exp1 - exp0 + 2;
828
829                 exp0   = exp1;
830                 exp1   = p[0];
831                 p     += group_size;
832                 delta2 = exp1 - exp0 + 2;
833
834                 block->grouped_exp[ch][i] = ((delta0 * 5 + delta1) * 5) + delta2;
835             }
836         }
837     }
838
839     s->exponent_bits = bit_count;
840 }
841
842
843 /**
844  * Calculate final exponents from the supplied MDCT coefficients and exponent shift.
845  * Extract exponents from MDCT coefficients, calculate exponent strategies,
846  * and encode final exponents.
847  */
848 static void process_exponents(AC3EncodeContext *s)
849 {
850     extract_exponents(s);
851
852     compute_exp_strategy(s);
853
854     encode_exponents(s);
855
856     group_exponents(s);
857 }
858
859
860 /**
861  * Count frame bits that are based solely on fixed parameters.
862  * This only has to be run once when the encoder is initialized.
863  */
864 static void count_frame_bits_fixed(AC3EncodeContext *s)
865 {
866     static const int frame_bits_inc[8] = { 0, 0, 2, 2, 2, 4, 2, 4 };
867     int blk;
868     int frame_bits;
869
870     /* assumptions:
871      *   no dynamic range codes
872      *   no channel coupling
873      *   no rematrixing
874      *   bit allocation parameters do not change between blocks
875      *   SNR offsets do not change between blocks
876      *   no delta bit allocation
877      *   no skipped data
878      *   no auxilliary data
879      */
880
881     /* header size */
882     frame_bits = 65;
883     frame_bits += frame_bits_inc[s->channel_mode];
884
885     /* audio blocks */
886     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
887         frame_bits += s->fbw_channels * 2 + 2; /* blksw * c, dithflag * c, dynrnge, cplstre */
888         if (s->channel_mode == AC3_CHMODE_STEREO) {
889             frame_bits++; /* rematstr */
890             if (!blk)
891                 frame_bits += 4;
892         }
893         frame_bits += 2 * s->fbw_channels; /* chexpstr[2] * c */
894         if (s->lfe_on)
895             frame_bits++; /* lfeexpstr */
896         frame_bits++; /* baie */
897         frame_bits++; /* snr */
898         frame_bits += 2; /* delta / skip */
899     }
900     frame_bits++; /* cplinu for block 0 */
901     /* bit alloc info */
902     /* sdcycod[2], fdcycod[2], sgaincod[2], dbpbcod[2], floorcod[3] */
903     /* csnroffset[6] */
904     /* (fsnoffset[4] + fgaincod[4]) * c */
905     frame_bits += 2*4 + 3 + 6 + s->channels * (4 + 3);
906
907     /* auxdatae, crcrsv */
908     frame_bits += 2;
909
910     /* CRC */
911     frame_bits += 16;
912
913     s->frame_bits_fixed = frame_bits;
914 }
915
916
917 /**
918  * Initialize bit allocation.
919  * Set default parameter codes and calculate parameter values.
920  */
921 static void bit_alloc_init(AC3EncodeContext *s)
922 {
923     int ch;
924
925     /* init default parameters */
926     s->slow_decay_code = 2;
927     s->fast_decay_code = 1;
928     s->slow_gain_code  = 1;
929     s->db_per_bit_code = 3;
930     s->floor_code      = 4;
931     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
932         s->fast_gain_code[ch] = 4;
933
934     /* initial snr offset */
935     s->coarse_snr_offset = 40;
936
937     /* compute real values */
938     /* currently none of these values change during encoding, so we can just
939        set them once at initialization */
940     s->bit_alloc.slow_decay = ff_ac3_slow_decay_tab[s->slow_decay_code] >> s->bit_alloc.sr_shift;
941     s->bit_alloc.fast_decay = ff_ac3_fast_decay_tab[s->fast_decay_code] >> s->bit_alloc.sr_shift;
942     s->bit_alloc.slow_gain  = ff_ac3_slow_gain_tab[s->slow_gain_code];
943     s->bit_alloc.db_per_bit = ff_ac3_db_per_bit_tab[s->db_per_bit_code];
944     s->bit_alloc.floor      = ff_ac3_floor_tab[s->floor_code];
945
946     count_frame_bits_fixed(s);
947 }
948
949
950 /**
951  * Count the bits used to encode the frame, minus exponents and mantissas.
952  * Bits based on fixed parameters have already been counted, so now we just
953  * have to add the bits based on parameters that change during encoding.
954  */
955 static void count_frame_bits(AC3EncodeContext *s)
956 {
957     int blk, ch;
958     int frame_bits = 0;
959
960     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
961         uint8_t *exp_strategy = s->blocks[blk].exp_strategy;
962         for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
963             if (exp_strategy[ch] != EXP_REUSE)
964                 frame_bits += 6 + 2; /* chbwcod[6], gainrng[2] */
965         }
966     }
967     s->frame_bits = s->frame_bits_fixed + frame_bits;
968 }
969
970
971 /**
972  * Calculate the number of bits needed to encode a set of mantissas.
973  */
974 static int compute_mantissa_size(int mant_cnt[5], uint8_t *bap, int nb_coefs)
975 {
976     int bits, b, i;
977
978     bits = 0;
979     for (i = 0; i < nb_coefs; i++) {
980         b = bap[i];
981         if (b <= 4) {
982             // bap=1 to bap=4 will be counted in compute_mantissa_size_final
983             mant_cnt[b]++;
984         } else if (b <= 13) {
985             // bap=5 to bap=13 use (bap-1) bits
986             bits += b - 1;
987         } else {
988             // bap=14 uses 14 bits and bap=15 uses 16 bits
989             bits += (b == 14) ? 14 : 16;
990         }
991     }
992     return bits;
993 }
994
995
996 /**
997  * Finalize the mantissa bit count by adding in the grouped mantissas.
998  */
999 static int compute_mantissa_size_final(int mant_cnt[5])
1000 {
1001     // bap=1 : 3 mantissas in 5 bits
1002     int bits = (mant_cnt[1] / 3) * 5;
1003     // bap=2 : 3 mantissas in 7 bits
1004     // bap=4 : 2 mantissas in 7 bits
1005     bits += ((mant_cnt[2] / 3) + (mant_cnt[4] >> 1)) * 7;
1006     // bap=3 : each mantissa is 3 bits
1007     bits += mant_cnt[3] * 3;
1008     return bits;
1009 }
1010
1011
1012 /**
1013  * Calculate masking curve based on the final exponents.
1014  * Also calculate the power spectral densities to use in future calculations.
1015  */
1016 static void bit_alloc_masking(AC3EncodeContext *s)
1017 {
1018     int blk, ch;
1019
1020     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
1021         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
1022         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1023             /* We only need psd and mask for calculating bap.
1024                Since we currently do not calculate bap when exponent
1025                strategy is EXP_REUSE we do not need to calculate psd or mask. */
1026             if (block->exp_strategy[ch] != EXP_REUSE) {
1027                 ff_ac3_bit_alloc_calc_psd(block->exp[ch], 0,
1028                                           s->nb_coefs[ch],
1029                                           block->psd[ch], block->band_psd[ch]);
1030                 ff_ac3_bit_alloc_calc_mask(&s->bit_alloc, block->band_psd[ch],
1031                                            0, s->nb_coefs[ch],
1032                                            ff_ac3_fast_gain_tab[s->fast_gain_code[ch]],
1033                                            ch == s->lfe_channel,
1034                                            DBA_NONE, 0, NULL, NULL, NULL,
1035                                            block->mask[ch]);
1036             }
1037         }
1038     }
1039 }
1040
1041
1042 /**
1043  * Ensure that bap for each block and channel point to the current bap_buffer.
1044  * They may have been switched during the bit allocation search.
1045  */
1046 static void reset_block_bap(AC3EncodeContext *s)
1047 {
1048     int blk, ch;
1049     if (s->blocks[0].bap[0] == s->bap_buffer)
1050         return;
1051     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
1052         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1053             s->blocks[blk].bap[ch] = &s->bap_buffer[AC3_MAX_COEFS * (blk * s->channels + ch)];
1054         }
1055     }
1056 }
1057
1058
1059 /**
1060  * Run the bit allocation with a given SNR offset.
1061  * This calculates the bit allocation pointers that will be used to determine
1062  * the quantization of each mantissa.
1063  * @return the number of bits needed for mantissas if the given SNR offset is
1064  *         is used.
1065  */
1066 static int bit_alloc(AC3EncodeContext *s, int snr_offset)
1067 {
1068     int blk, ch;
1069     int mantissa_bits;
1070     int mant_cnt[5];
1071
1072     snr_offset = (snr_offset - 240) << 2;
1073
1074     reset_block_bap(s);
1075     mantissa_bits = 0;
1076     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
1077         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
1078         // initialize grouped mantissa counts. these are set so that they are
1079         // padded to the next whole group size when bits are counted in
1080         // compute_mantissa_size_final
1081         mant_cnt[0] = mant_cnt[3] = 0;
1082         mant_cnt[1] = mant_cnt[2] = 2;
1083         mant_cnt[4] = 1;
1084         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1085             /* Currently the only bit allocation parameters which vary across
1086                blocks within a frame are the exponent values.  We can take
1087                advantage of that by reusing the bit allocation pointers
1088                whenever we reuse exponents. */
1089             if (block->exp_strategy[ch] == EXP_REUSE) {
1090                 memcpy(block->bap[ch], s->blocks[blk-1].bap[ch], AC3_MAX_COEFS);
1091             } else {
1092                 ff_ac3_bit_alloc_calc_bap(block->mask[ch], block->psd[ch], 0,
1093                                           s->nb_coefs[ch], snr_offset,
1094                                           s->bit_alloc.floor, ff_ac3_bap_tab,
1095                                           block->bap[ch]);
1096             }
1097             mantissa_bits += compute_mantissa_size(mant_cnt, block->bap[ch], s->nb_coefs[ch]);
1098         }
1099         mantissa_bits += compute_mantissa_size_final(mant_cnt);
1100     }
1101     return mantissa_bits;
1102 }
1103
1104
1105 /**
1106  * Constant bitrate bit allocation search.
1107  * Find the largest SNR offset that will allow data to fit in the frame.
1108  */
1109 static int cbr_bit_allocation(AC3EncodeContext *s)
1110 {
1111     int ch;
1112     int bits_left;
1113     int snr_offset, snr_incr;
1114
1115     bits_left = 8 * s->frame_size - (s->frame_bits + s->exponent_bits);
1116
1117     snr_offset = s->coarse_snr_offset << 4;
1118
1119     while (snr_offset >= 0 &&
1120            bit_alloc(s, snr_offset) > bits_left) {
1121         snr_offset -= 64;
1122     }
1123     if (snr_offset < 0)
1124         return AVERROR(EINVAL);
1125
1126     FFSWAP(uint8_t *, s->bap_buffer, s->bap1_buffer);
1127     for (snr_incr = 64; snr_incr > 0; snr_incr >>= 2) {
1128         while (snr_offset + 64 <= 1023 &&
1129                bit_alloc(s, snr_offset + snr_incr) <= bits_left) {
1130             snr_offset += snr_incr;
1131             FFSWAP(uint8_t *, s->bap_buffer, s->bap1_buffer);
1132         }
1133     }
1134     FFSWAP(uint8_t *, s->bap_buffer, s->bap1_buffer);
1135     reset_block_bap(s);
1136
1137     s->coarse_snr_offset = snr_offset >> 4;
1138     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
1139         s->fine_snr_offset[ch] = snr_offset & 0xF;
1140
1141     return 0;
1142 }
1143
1144
1145 /**
1146  * Downgrade exponent strategies to reduce the bits used by the exponents.
1147  * This is a fallback for when bit allocation fails with the normal exponent
1148  * strategies.  Each time this function is run it only downgrades the
1149  * strategy in 1 channel of 1 block.
1150  * @return non-zero if downgrade was unsuccessful
1151  */
1152 static int downgrade_exponents(AC3EncodeContext *s)
1153 {
1154     int ch, blk;
1155
1156     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
1157         for (blk = AC3_MAX_BLOCKS-1; blk >= 0; blk--) {
1158             if (s->blocks[blk].exp_strategy[ch] == EXP_D15) {
1159                 s->blocks[blk].exp_strategy[ch] = EXP_D25;
1160                 return 0;
1161             }
1162         }
1163     }
1164     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
1165         for (blk = AC3_MAX_BLOCKS-1; blk >= 0; blk--) {
1166             if (s->blocks[blk].exp_strategy[ch] == EXP_D25) {
1167                 s->blocks[blk].exp_strategy[ch] = EXP_D45;
1168                 return 0;
1169             }
1170         }
1171     }
1172     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
1173         /* block 0 cannot reuse exponents, so only downgrade D45 to REUSE if
1174            the block number > 0 */
1175         for (blk = AC3_MAX_BLOCKS-1; blk > 0; blk--) {
1176             if (s->blocks[blk].exp_strategy[ch] > EXP_REUSE) {
1177                 s->blocks[blk].exp_strategy[ch] = EXP_REUSE;
1178                 return 0;
1179             }
1180         }
1181     }
1182     return -1;
1183 }
1184
1185
1186 /**
1187  * Reduce the bandwidth to reduce the number of bits used for a given SNR offset.
1188  * This is a second fallback for when bit allocation still fails after exponents
1189  * have been downgraded.
1190  * @return non-zero if bandwidth reduction was unsuccessful
1191  */
1192 static int reduce_bandwidth(AC3EncodeContext *s, int min_bw_code)
1193 {
1194     int ch;
1195
1196     if (s->bandwidth_code[0] > min_bw_code) {
1197         for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
1198             s->bandwidth_code[ch]--;
1199             s->nb_coefs[ch] = s->bandwidth_code[ch] * 3 + 73;
1200         }
1201         return 0;
1202     }
1203     return -1;
1204 }
1205
1206
1207 /**
1208  * Perform bit allocation search.
1209  * Finds the SNR offset value that maximizes quality and fits in the specified
1210  * frame size.  Output is the SNR offset and a set of bit allocation pointers
1211  * used to quantize the mantissas.
1212  */
1213 static int compute_bit_allocation(AC3EncodeContext *s)
1214 {
1215     int ret;
1216
1217     count_frame_bits(s);
1218
1219     bit_alloc_masking(s);
1220
1221     ret = cbr_bit_allocation(s);
1222     while (ret) {
1223         /* fallback 1: downgrade exponents */
1224         if (!downgrade_exponents(s)) {
1225             extract_exponents(s);
1226             encode_exponents(s);
1227             group_exponents(s);
1228             ret = compute_bit_allocation(s);
1229             continue;
1230         }
1231
1232         /* fallback 2: reduce bandwidth */
1233         /* only do this if the user has not specified a specific cutoff
1234            frequency */
1235         if (!s->cutoff && !reduce_bandwidth(s, 0)) {
1236             process_exponents(s);
1237             ret = compute_bit_allocation(s);
1238             continue;
1239         }
1240
1241         /* fallbacks were not enough... */
1242         break;
1243     }
1244
1245     return ret;
1246 }
1247
1248
1249 /**
1250  * Symmetric quantization on 'levels' levels.
1251  */
1252 static inline int sym_quant(int c, int e, int levels)
1253 {
1254     int v;
1255
1256     if (c >= 0) {
1257         v = (levels * (c << e)) >> 24;
1258         v = (v + 1) >> 1;
1259         v = (levels >> 1) + v;
1260     } else {
1261         v = (levels * ((-c) << e)) >> 24;
1262         v = (v + 1) >> 1;
1263         v = (levels >> 1) - v;
1264     }
1265     assert(v >= 0 && v < levels);
1266     return v;
1267 }
1268
1269
1270 /**
1271  * Asymmetric quantization on 2^qbits levels.
1272  */
1273 static inline int asym_quant(int c, int e, int qbits)
1274 {
1275     int lshift, m, v;
1276
1277     lshift = e + qbits - 24;
1278     if (lshift >= 0)
1279         v = c << lshift;
1280     else
1281         v = c >> (-lshift);
1282     /* rounding */
1283     v = (v + 1) >> 1;
1284     m = (1 << (qbits-1));
1285     if (v >= m)
1286         v = m - 1;
1287     assert(v >= -m);
1288     return v & ((1 << qbits)-1);
1289 }
1290
1291
1292 /**
1293  * Quantize a set of mantissas for a single channel in a single block.
1294  */
1295 static void quantize_mantissas_blk_ch(AC3EncodeContext *s, CoefType *mdct_coef,
1296                                       int8_t exp_shift, uint8_t *exp,
1297                                       uint8_t *bap, uint16_t *qmant, int n)
1298 {
1299     int i;
1300
1301     for (i = 0; i < n; i++) {
1302         int v;
1303         int c = SCALE_COEF(mdct_coef[i]);
1304         int e = exp[i] - exp_shift;
1305         int b = bap[i];
1306         switch (b) {
1307         case 0:
1308             v = 0;
1309             break;
1310         case 1:
1311             v = sym_quant(c, e, 3);
1312             switch (s->mant1_cnt) {
1313             case 0:
1314                 s->qmant1_ptr = &qmant[i];
1315                 v = 9 * v;
1316                 s->mant1_cnt = 1;
1317                 break;
1318             case 1:
1319                 *s->qmant1_ptr += 3 * v;
1320                 s->mant1_cnt = 2;
1321                 v = 128;
1322                 break;
1323             default:
1324                 *s->qmant1_ptr += v;
1325                 s->mant1_cnt = 0;
1326                 v = 128;
1327                 break;
1328             }
1329             break;
1330         case 2:
1331             v = sym_quant(c, e, 5);
1332             switch (s->mant2_cnt) {
1333             case 0:
1334                 s->qmant2_ptr = &qmant[i];
1335                 v = 25 * v;
1336                 s->mant2_cnt = 1;
1337                 break;
1338             case 1:
1339                 *s->qmant2_ptr += 5 * v;
1340                 s->mant2_cnt = 2;
1341                 v = 128;
1342                 break;
1343             default:
1344                 *s->qmant2_ptr += v;
1345                 s->mant2_cnt = 0;
1346                 v = 128;
1347                 break;
1348             }
1349             break;
1350         case 3:
1351             v = sym_quant(c, e, 7);
1352             break;
1353         case 4:
1354             v = sym_quant(c, e, 11);
1355             switch (s->mant4_cnt) {
1356             case 0:
1357                 s->qmant4_ptr = &qmant[i];
1358                 v = 11 * v;
1359                 s->mant4_cnt = 1;
1360                 break;
1361             default:
1362                 *s->qmant4_ptr += v;
1363                 s->mant4_cnt = 0;
1364                 v = 128;
1365                 break;
1366             }
1367             break;
1368         case 5:
1369             v = sym_quant(c, e, 15);
1370             break;
1371         case 14:
1372             v = asym_quant(c, e, 14);
1373             break;
1374         case 15:
1375             v = asym_quant(c, e, 16);
1376             break;
1377         default:
1378             v = asym_quant(c, e, b - 1);
1379             break;
1380         }
1381         qmant[i] = v;
1382     }
1383 }
1384
1385
1386 /**
1387  * Quantize mantissas using coefficients, exponents, and bit allocation pointers.
1388  */
1389 static void quantize_mantissas(AC3EncodeContext *s)
1390 {
1391     int blk, ch;
1392
1393
1394     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
1395         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
1396         s->mant1_cnt  = s->mant2_cnt  = s->mant4_cnt  = 0;
1397         s->qmant1_ptr = s->qmant2_ptr = s->qmant4_ptr = NULL;
1398
1399         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1400             quantize_mantissas_blk_ch(s, block->mdct_coef[ch], block->exp_shift[ch],
1401                                       block->exp[ch], block->bap[ch],
1402                                       block->qmant[ch], s->nb_coefs[ch]);
1403         }
1404     }
1405 }
1406
1407
1408 /**
1409  * Write the AC-3 frame header to the output bitstream.
1410  */
1411 static void output_frame_header(AC3EncodeContext *s)
1412 {
1413     put_bits(&s->pb, 16, 0x0b77);   /* frame header */
1414     put_bits(&s->pb, 16, 0);        /* crc1: will be filled later */
1415     put_bits(&s->pb, 2,  s->bit_alloc.sr_code);
1416     put_bits(&s->pb, 6,  s->frame_size_code + (s->frame_size - s->frame_size_min) / 2);
1417     put_bits(&s->pb, 5,  s->bitstream_id);
1418     put_bits(&s->pb, 3,  s->bitstream_mode);
1419     put_bits(&s->pb, 3,  s->channel_mode);
1420     if ((s->channel_mode & 0x01) && s->channel_mode != AC3_CHMODE_MONO)
1421         put_bits(&s->pb, 2, 1);     /* XXX -4.5 dB */
1422     if (s->channel_mode & 0x04)
1423         put_bits(&s->pb, 2, 1);     /* XXX -6 dB */
1424     if (s->channel_mode == AC3_CHMODE_STEREO)
1425         put_bits(&s->pb, 2, 0);     /* surround not indicated */
1426     put_bits(&s->pb, 1, s->lfe_on); /* LFE */
1427     put_bits(&s->pb, 5, 31);        /* dialog norm: -31 db */
1428     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no compression control word */
1429     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no lang code */
1430     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no audio production info */
1431     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no copyright */
1432     put_bits(&s->pb, 1, 1);         /* original bitstream */
1433     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no time code 1 */
1434     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no time code 2 */
1435     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no additional bit stream info */
1436 }
1437
1438
1439 /**
1440  * Write one audio block to the output bitstream.
1441  */
1442 static void output_audio_block(AC3EncodeContext *s, int block_num)
1443 {
1444     int ch, i, baie, rbnd;
1445     AC3Block *block = &s->blocks[block_num];
1446
1447     /* block switching */
1448     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++)
1449         put_bits(&s->pb, 1, 0);
1450
1451     /* dither flags */
1452     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++)
1453         put_bits(&s->pb, 1, 1);
1454
1455     /* dynamic range codes */
1456     put_bits(&s->pb, 1, 0);
1457
1458     /* channel coupling */
1459     if (!block_num) {
1460         put_bits(&s->pb, 1, 1); /* coupling strategy present */
1461         put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no coupling strategy */
1462     } else {
1463         put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no new coupling strategy */
1464     }
1465
1466     /* stereo rematrixing */
1467     if (s->channel_mode == AC3_CHMODE_STEREO) {
1468         if (!block_num) {
1469             /* first block must define rematrixing (rematstr) */
1470             put_bits(&s->pb, 1, 1);
1471
1472             /* dummy rematrixing rematflg(1:4)=0 */
1473             for (rbnd = 0; rbnd < 4; rbnd++)
1474                 put_bits(&s->pb, 1, 0);
1475         } else {
1476             /* no matrixing (but should be used in the future) */
1477             put_bits(&s->pb, 1, 0);
1478         }
1479     }
1480
1481     /* exponent strategy */
1482     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++)
1483         put_bits(&s->pb, 2, block->exp_strategy[ch]);
1484     if (s->lfe_on)
1485         put_bits(&s->pb, 1, block->exp_strategy[s->lfe_channel]);
1486
1487     /* bandwidth */
1488     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
1489         if (block->exp_strategy[ch] != EXP_REUSE)
1490             put_bits(&s->pb, 6, s->bandwidth_code[ch]);
1491     }
1492
1493     /* exponents */
1494     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1495         int nb_groups;
1496
1497         if (block->exp_strategy[ch] == EXP_REUSE)
1498             continue;
1499
1500         /* DC exponent */
1501         put_bits(&s->pb, 4, block->grouped_exp[ch][0]);
1502
1503         /* exponent groups */
1504         nb_groups = exponent_group_tab[block->exp_strategy[ch]-1][s->nb_coefs[ch]];
1505         for (i = 1; i <= nb_groups; i++)
1506             put_bits(&s->pb, 7, block->grouped_exp[ch][i]);
1507
1508         /* gain range info */
1509         if (ch != s->lfe_channel)
1510             put_bits(&s->pb, 2, 0);
1511     }
1512
1513     /* bit allocation info */
1514     baie = (block_num == 0);
1515     put_bits(&s->pb, 1, baie);
1516     if (baie) {
1517         put_bits(&s->pb, 2, s->slow_decay_code);
1518         put_bits(&s->pb, 2, s->fast_decay_code);
1519         put_bits(&s->pb, 2, s->slow_gain_code);
1520         put_bits(&s->pb, 2, s->db_per_bit_code);
1521         put_bits(&s->pb, 3, s->floor_code);
1522     }
1523
1524     /* snr offset */
1525     put_bits(&s->pb, 1, baie);
1526     if (baie) {
1527         put_bits(&s->pb, 6, s->coarse_snr_offset);
1528         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1529             put_bits(&s->pb, 4, s->fine_snr_offset[ch]);
1530             put_bits(&s->pb, 3, s->fast_gain_code[ch]);
1531         }
1532     }
1533
1534     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no delta bit allocation */
1535     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no data to skip */
1536
1537     /* mantissas */
1538     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1539         int b, q;
1540         for (i = 0; i < s->nb_coefs[ch]; i++) {
1541             q = block->qmant[ch][i];
1542             b = block->bap[ch][i];
1543             switch (b) {
1544             case 0:                                         break;
1545             case 1: if (q != 128) put_bits(&s->pb,   5, q); break;
1546             case 2: if (q != 128) put_bits(&s->pb,   7, q); break;
1547             case 3:               put_bits(&s->pb,   3, q); break;
1548             case 4: if (q != 128) put_bits(&s->pb,   7, q); break;
1549             case 14:              put_bits(&s->pb,  14, q); break;
1550             case 15:              put_bits(&s->pb,  16, q); break;
1551             default:              put_bits(&s->pb, b-1, q); break;
1552             }
1553         }
1554     }
1555 }
1556
1557
1558 /** CRC-16 Polynomial */
1559 #define CRC16_POLY ((1 << 0) | (1 << 2) | (1 << 15) | (1 << 16))
1560
1561
1562 static unsigned int mul_poly(unsigned int a, unsigned int b, unsigned int poly)
1563 {
1564     unsigned int c;
1565
1566     c = 0;
1567     while (a) {
1568         if (a & 1)
1569             c ^= b;
1570         a = a >> 1;
1571         b = b << 1;
1572         if (b & (1 << 16))
1573             b ^= poly;
1574     }
1575     return c;
1576 }
1577
1578
1579 static unsigned int pow_poly(unsigned int a, unsigned int n, unsigned int poly)
1580 {
1581     unsigned int r;
1582     r = 1;
1583     while (n) {
1584         if (n & 1)
1585             r = mul_poly(r, a, poly);
1586         a = mul_poly(a, a, poly);
1587         n >>= 1;
1588     }
1589     return r;
1590 }
1591
1592
1593 /**
1594  * Fill the end of the frame with 0's and compute the two CRCs.
1595  */
1596 static void output_frame_end(AC3EncodeContext *s)
1597 {
1598     const AVCRC *crc_ctx = av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI);
1599     int frame_size_58, pad_bytes, crc1, crc2_partial, crc2, crc_inv;
1600     uint8_t *frame;
1601
1602     frame_size_58 = ((s->frame_size >> 2) + (s->frame_size >> 4)) << 1;
1603
1604     /* pad the remainder of the frame with zeros */
1605     flush_put_bits(&s->pb);
1606     frame = s->pb.buf;
1607     pad_bytes = s->frame_size - (put_bits_ptr(&s->pb) - frame) - 2;
1608     assert(pad_bytes >= 0);
1609     if (pad_bytes > 0)
1610         memset(put_bits_ptr(&s->pb), 0, pad_bytes);
1611
1612     /* compute crc1 */
1613     /* this is not so easy because it is at the beginning of the data... */
1614     crc1    = av_bswap16(av_crc(crc_ctx, 0, frame + 4, frame_size_58 - 4));
1615     crc_inv = s->crc_inv[s->frame_size > s->frame_size_min];
1616     crc1    = mul_poly(crc_inv, crc1, CRC16_POLY);
1617     AV_WB16(frame + 2, crc1);
1618
1619     /* compute crc2 */
1620     crc2_partial = av_crc(crc_ctx, 0, frame + frame_size_58,
1621                           s->frame_size - frame_size_58 - 3);
1622     crc2 = av_crc(crc_ctx, crc2_partial, frame + s->frame_size - 3, 1);
1623     /* ensure crc2 does not match sync word by flipping crcrsv bit if needed */
1624     if (crc2 == 0x770B) {
1625         frame[s->frame_size - 3] ^= 0x1;
1626         crc2 = av_crc(crc_ctx, crc2_partial, frame + s->frame_size - 3, 1);
1627     }
1628     crc2 = av_bswap16(crc2);
1629     AV_WB16(frame + s->frame_size - 2, crc2);
1630 }
1631
1632
1633 /**
1634  * Write the frame to the output bitstream.
1635  */
1636 static void output_frame(AC3EncodeContext *s, unsigned char *frame)
1637 {
1638     int blk;
1639
1640     init_put_bits(&s->pb, frame, AC3_MAX_CODED_FRAME_SIZE);
1641
1642     output_frame_header(s);
1643
1644     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++)
1645         output_audio_block(s, blk);
1646
1647     output_frame_end(s);
1648 }
1649
1650
1651 /**
1652  * Encode a single AC-3 frame.
1653  */
1654 static int ac3_encode_frame(AVCodecContext *avctx, unsigned char *frame,
1655                             int buf_size, void *data)
1656 {
1657     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
1658     const SampleType *samples = data;
1659     int ret;
1660
1661     if (s->bit_alloc.sr_code == 1)
1662         adjust_frame_size(s);
1663
1664     deinterleave_input_samples(s, samples);
1665
1666     apply_mdct(s);
1667
1668     process_exponents(s);
1669
1670     ret = compute_bit_allocation(s);
1671     if (ret) {
1672         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Bit allocation failed. Try increasing the bitrate.\n");
1673         return ret;
1674     }
1675
1676     quantize_mantissas(s);
1677
1678     output_frame(s, frame);
1679
1680     return s->frame_size;
1681 }
1682
1683
1684 /**
1685  * Finalize encoding and free any memory allocated by the encoder.
1686  */
1687 static av_cold int ac3_encode_close(AVCodecContext *avctx)
1688 {
1689     int blk, ch;
1690     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
1691
1692     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
1693         av_freep(&s->planar_samples[ch]);
1694     av_freep(&s->planar_samples);
1695     av_freep(&s->bap_buffer);
1696     av_freep(&s->bap1_buffer);
1697     av_freep(&s->mdct_coef_buffer);
1698     av_freep(&s->exp_buffer);
1699     av_freep(&s->grouped_exp_buffer);
1700     av_freep(&s->psd_buffer);
1701     av_freep(&s->band_psd_buffer);
1702     av_freep(&s->mask_buffer);
1703     av_freep(&s->qmant_buffer);
1704     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
1705         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
1706         av_freep(&block->bap);
1707         av_freep(&block->mdct_coef);
1708         av_freep(&block->exp);
1709         av_freep(&block->grouped_exp);
1710         av_freep(&block->psd);
1711         av_freep(&block->band_psd);
1712         av_freep(&block->mask);
1713         av_freep(&block->qmant);
1714     }
1715
1716     mdct_end(&s->mdct);
1717
1718     av_freep(&avctx->coded_frame);
1719     return 0;
1720 }
1721
1722
1723 /**
1724  * Set channel information during initialization.
1725  */
1726 static av_cold int set_channel_info(AC3EncodeContext *s, int channels,
1727                                     int64_t *channel_layout)
1728 {
1729     int ch_layout;
1730
1731     if (channels < 1 || channels > AC3_MAX_CHANNELS)
1732         return AVERROR(EINVAL);
1733     if ((uint64_t)*channel_layout > 0x7FF)
1734         return AVERROR(EINVAL);
1735     ch_layout = *channel_layout;
1736     if (!ch_layout)
1737         ch_layout = avcodec_guess_channel_layout(channels, CODEC_ID_AC3, NULL);
1738     if (av_get_channel_layout_nb_channels(ch_layout) != channels)
1739         return AVERROR(EINVAL);
1740
1741     s->lfe_on       = !!(ch_layout & AV_CH_LOW_FREQUENCY);
1742     s->channels     = channels;
1743     s->fbw_channels = channels - s->lfe_on;
1744     s->lfe_channel  = s->lfe_on ? s->fbw_channels : -1;
1745     if (s->lfe_on)
1746         ch_layout -= AV_CH_LOW_FREQUENCY;
1747
1748     switch (ch_layout) {
1749     case AV_CH_LAYOUT_MONO:           s->channel_mode = AC3_CHMODE_MONO;   break;
1750     case AV_CH_LAYOUT_STEREO:         s->channel_mode = AC3_CHMODE_STEREO; break;
1751     case AV_CH_LAYOUT_SURROUND:       s->channel_mode = AC3_CHMODE_3F;     break;
1752     case AV_CH_LAYOUT_2_1:            s->channel_mode = AC3_CHMODE_2F1R;   break;
1753     case AV_CH_LAYOUT_4POINT0:        s->channel_mode = AC3_CHMODE_3F1R;   break;
1754     case AV_CH_LAYOUT_QUAD:
1755     case AV_CH_LAYOUT_2_2:            s->channel_mode = AC3_CHMODE_2F2R;   break;
1756     case AV_CH_LAYOUT_5POINT0:
1757     case AV_CH_LAYOUT_5POINT0_BACK:   s->channel_mode = AC3_CHMODE_3F2R;   break;
1758     default:
1759         return AVERROR(EINVAL);
1760     }
1761
1762     s->channel_map  = ff_ac3_enc_channel_map[s->channel_mode][s->lfe_on];
1763     *channel_layout = ch_layout;
1764     if (s->lfe_on)
1765         *channel_layout |= AV_CH_LOW_FREQUENCY;
1766
1767     return 0;
1768 }
1769
1770
1771 static av_cold int validate_options(AVCodecContext *avctx, AC3EncodeContext *s)
1772 {
1773     int i, ret;
1774
1775     /* validate channel layout */
1776     if (!avctx->channel_layout) {
1777         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "No channel layout specified. The "
1778                                       "encoder will guess the layout, but it "
1779                                       "might be incorrect.\n");
1780     }
1781     ret = set_channel_info(s, avctx->channels, &avctx->channel_layout);
1782     if (ret) {
1783         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid channel layout\n");
1784         return ret;
1785     }
1786
1787     /* validate sample rate */
1788     for (i = 0; i < 9; i++) {
1789         if ((ff_ac3_sample_rate_tab[i / 3] >> (i % 3)) == avctx->sample_rate)
1790             break;
1791     }
1792     if (i == 9) {
1793         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid sample rate\n");
1794         return AVERROR(EINVAL);
1795     }
1796     s->sample_rate        = avctx->sample_rate;
1797     s->bit_alloc.sr_shift = i % 3;
1798     s->bit_alloc.sr_code  = i / 3;
1799
1800     /* validate bit rate */
1801     for (i = 0; i < 19; i++) {
1802         if ((ff_ac3_bitrate_tab[i] >> s->bit_alloc.sr_shift)*1000 == avctx->bit_rate)
1803             break;
1804     }
1805     if (i == 19) {
1806         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid bit rate\n");
1807         return AVERROR(EINVAL);
1808     }
1809     s->bit_rate        = avctx->bit_rate;
1810     s->frame_size_code = i << 1;
1811
1812     /* validate cutoff */
1813     if (avctx->cutoff < 0) {
1814         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid cutoff frequency\n");
1815         return AVERROR(EINVAL);
1816     }
1817     s->cutoff = avctx->cutoff;
1818     if (s->cutoff > (s->sample_rate >> 1))
1819         s->cutoff = s->sample_rate >> 1;
1820
1821     return 0;
1822 }
1823
1824
1825 /**
1826  * Set bandwidth for all channels.
1827  * The user can optionally supply a cutoff frequency. Otherwise an appropriate
1828  * default value will be used.
1829  */
1830 static av_cold void set_bandwidth(AC3EncodeContext *s)
1831 {
1832     int ch, bw_code;
1833
1834     if (s->cutoff) {
1835         /* calculate bandwidth based on user-specified cutoff frequency */
1836         int fbw_coeffs;
1837         fbw_coeffs     = s->cutoff * 2 * AC3_MAX_COEFS / s->sample_rate;
1838         bw_code        = av_clip((fbw_coeffs - 73) / 3, 0, 60);
1839     } else {
1840         /* use default bandwidth setting */
1841         /* XXX: should compute the bandwidth according to the frame
1842            size, so that we avoid annoying high frequency artifacts */
1843         bw_code = 50;
1844     }
1845
1846     /* set number of coefficients for each channel */
1847     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
1848         s->bandwidth_code[ch] = bw_code;
1849         s->nb_coefs[ch]       = bw_code * 3 + 73;
1850     }
1851     if (s->lfe_on)
1852         s->nb_coefs[s->lfe_channel] = 7; /* LFE channel always has 7 coefs */
1853 }
1854
1855
1856 static av_cold int allocate_buffers(AVCodecContext *avctx)
1857 {
1858     int blk, ch;
1859     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
1860
1861     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->planar_samples, s->channels * sizeof(*s->planar_samples),
1862                      alloc_fail);
1863     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1864         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, s->planar_samples[ch],
1865                           (AC3_FRAME_SIZE+AC3_BLOCK_SIZE) * sizeof(**s->planar_samples),
1866                           alloc_fail);
1867     }
1868     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->bap_buffer,  AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
1869                      AC3_MAX_COEFS * sizeof(*s->bap_buffer),  alloc_fail);
1870     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->bap1_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
1871                      AC3_MAX_COEFS * sizeof(*s->bap1_buffer), alloc_fail);
1872     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->mdct_coef_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
1873                      AC3_MAX_COEFS * sizeof(*s->mdct_coef_buffer), alloc_fail);
1874     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->exp_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
1875                      AC3_MAX_COEFS * sizeof(*s->exp_buffer), alloc_fail);
1876     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->grouped_exp_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
1877                      128 * sizeof(*s->grouped_exp_buffer), alloc_fail);
1878     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->psd_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
1879                      AC3_MAX_COEFS * sizeof(*s->psd_buffer), alloc_fail);
1880     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->band_psd_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
1881                      64 * sizeof(*s->band_psd_buffer), alloc_fail);
1882     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->mask_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
1883                      64 * sizeof(*s->mask_buffer), alloc_fail);
1884     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->qmant_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
1885                      AC3_MAX_COEFS * sizeof(*s->qmant_buffer), alloc_fail);
1886     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
1887         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
1888         FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, block->bap, s->channels * sizeof(*block->bap),
1889                          alloc_fail);
1890         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->mdct_coef, s->channels * sizeof(*block->mdct_coef),
1891                           alloc_fail);
1892         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->exp, s->channels * sizeof(*block->exp),
1893                           alloc_fail);
1894         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->grouped_exp, s->channels * sizeof(*block->grouped_exp),
1895                           alloc_fail);
1896         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->psd, s->channels * sizeof(*block->psd),
1897                           alloc_fail);
1898         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->band_psd, s->channels * sizeof(*block->band_psd),
1899                           alloc_fail);
1900         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->mask, s->channels * sizeof(*block->mask),
1901                           alloc_fail);
1902         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->qmant, s->channels * sizeof(*block->qmant),
1903                           alloc_fail);
1904
1905         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1906             block->bap[ch]         = &s->bap_buffer        [AC3_MAX_COEFS * (blk * s->channels + ch)];
1907             block->mdct_coef[ch]   = &s->mdct_coef_buffer  [AC3_MAX_COEFS * (blk * s->channels + ch)];
1908             block->exp[ch]         = &s->exp_buffer        [AC3_MAX_COEFS * (blk * s->channels + ch)];
1909             block->grouped_exp[ch] = &s->grouped_exp_buffer[128           * (blk * s->channels + ch)];
1910             block->psd[ch]         = &s->psd_buffer        [AC3_MAX_COEFS * (blk * s->channels + ch)];
1911             block->band_psd[ch]    = &s->band_psd_buffer   [64            * (blk * s->channels + ch)];
1912             block->mask[ch]        = &s->mask_buffer       [64            * (blk * s->channels + ch)];
1913             block->qmant[ch]       = &s->qmant_buffer      [AC3_MAX_COEFS * (blk * s->channels + ch)];
1914         }
1915     }
1916
1917     return 0;
1918 alloc_fail:
1919     return AVERROR(ENOMEM);
1920 }
1921
1922
1923 /**
1924  * Initialize the encoder.
1925  */
1926 static av_cold int ac3_encode_init(AVCodecContext *avctx)
1927 {
1928     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
1929     int ret, frame_size_58;
1930
1931     avctx->frame_size = AC3_FRAME_SIZE;
1932
1933     ac3_common_init();
1934
1935     ret = validate_options(avctx, s);
1936     if (ret)
1937         return ret;
1938
1939     s->bitstream_id   = 8 + s->bit_alloc.sr_shift;
1940     s->bitstream_mode = 0; /* complete main audio service */
1941
1942     s->frame_size_min  = 2 * ff_ac3_frame_size_tab[s->frame_size_code][s->bit_alloc.sr_code];
1943     s->bits_written    = 0;
1944     s->samples_written = 0;
1945     s->frame_size      = s->frame_size_min;
1946
1947     /* calculate crc_inv for both possible frame sizes */
1948     frame_size_58 = (( s->frame_size    >> 2) + ( s->frame_size    >> 4)) << 1;
1949     s->crc_inv[0] = pow_poly((CRC16_POLY >> 1), (8 * frame_size_58) - 16, CRC16_POLY);
1950     if (s->bit_alloc.sr_code == 1) {
1951         frame_size_58 = (((s->frame_size+2) >> 2) + ((s->frame_size+2) >> 4)) << 1;
1952         s->crc_inv[1] = pow_poly((CRC16_POLY >> 1), (8 * frame_size_58) - 16, CRC16_POLY);
1953     }
1954
1955     set_bandwidth(s);
1956
1957     exponent_init(s);
1958
1959     bit_alloc_init(s);
1960
1961     ret = mdct_init(avctx, &s->mdct, 9);
1962     if (ret)
1963         goto init_fail;
1964
1965     ret = allocate_buffers(avctx);
1966     if (ret)
1967         goto init_fail;
1968
1969     avctx->coded_frame= avcodec_alloc_frame();
1970
1971     dsputil_init(&s->dsp, avctx);
1972
1973     return 0;
1974 init_fail:
1975     ac3_encode_close(avctx);
1976     return ret;
1977 }
1978
1979
1980 #ifdef TEST
1981 /*************************************************************************/
1982 /* TEST */
1983
1984 #include "libavutil/lfg.h"
1985
1986 #define MDCT_NBITS 9
1987 #define MDCT_SAMPLES (1 << MDCT_NBITS)
1988 #define FN (MDCT_SAMPLES/4)
1989
1990
1991 static void fft_test(AC3MDCTContext *mdct, AVLFG *lfg)
1992 {
1993     IComplex in[FN], in1[FN];
1994     int k, n, i;
1995     float sum_re, sum_im, a;
1996
1997     for (i = 0; i < FN; i++) {
1998         in[i].re = av_lfg_get(lfg) % 65535 - 32767;
1999         in[i].im = av_lfg_get(lfg) % 65535 - 32767;
2000         in1[i]   = in[i];
2001     }
2002     fft(mdct, in, 7);
2003
2004     /* do it by hand */
2005     for (k = 0; k < FN; k++) {
2006         sum_re = 0;
2007         sum_im = 0;
2008         for (n = 0; n < FN; n++) {
2009             a = -2 * M_PI * (n * k) / FN;
2010             sum_re += in1[n].re * cos(a) - in1[n].im * sin(a);
2011             sum_im += in1[n].re * sin(a) + in1[n].im * cos(a);
2012         }
2013         av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "%3d: %6d,%6d %6.0f,%6.0f\n",
2014                k, in[k].re, in[k].im, sum_re / FN, sum_im / FN);
2015     }
2016 }
2017
2018
2019 static void mdct_test(AC3MDCTContext *mdct, AVLFG *lfg)
2020 {
2021     int16_t input[MDCT_SAMPLES];
2022     int32_t output[AC3_MAX_COEFS];
2023     float input1[MDCT_SAMPLES];
2024     float output1[AC3_MAX_COEFS];
2025     float s, a, err, e, emax;
2026     int i, k, n;
2027
2028     for (i = 0; i < MDCT_SAMPLES; i++) {
2029         input[i]  = (av_lfg_get(lfg) % 65535 - 32767) * 9 / 10;
2030         input1[i] = input[i];
2031     }
2032
2033     mdct512(mdct, output, input);
2034
2035     /* do it by hand */
2036     for (k = 0; k < AC3_MAX_COEFS; k++) {
2037         s = 0;
2038         for (n = 0; n < MDCT_SAMPLES; n++) {
2039             a = (2*M_PI*(2*n+1+MDCT_SAMPLES/2)*(2*k+1) / (4 * MDCT_SAMPLES));
2040             s += input1[n] * cos(a);
2041         }
2042         output1[k] = -2 * s / MDCT_SAMPLES;
2043     }
2044
2045     err  = 0;
2046     emax = 0;
2047     for (i = 0; i < AC3_MAX_COEFS; i++) {
2048         av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "%3d: %7d %7.0f\n", i, output[i], output1[i]);
2049         e = output[i] - output1[i];
2050         if (e > emax)
2051             emax = e;
2052         err += e * e;
2053     }
2054     av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "err2=%f emax=%f\n", err / AC3_MAX_COEFS, emax);
2055 }
2056
2057
2058 int main(void)
2059 {
2060     AVLFG lfg;
2061     AC3MDCTContext mdct;
2062
2063     mdct.avctx = NULL;
2064     av_log_set_level(AV_LOG_DEBUG);
2065     mdct_init(&mdct, 9);
2066
2067     fft_test(&mdct, &lfg);
2068     mdct_test(&mdct, &lfg);
2069
2070     return 0;
2071 }
2072 #endif /* TEST */
2073
2074
2075 AVCodec ac3_encoder = {
2076     "ac3",
2077     AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
2078     CODEC_ID_AC3,
2079     sizeof(AC3EncodeContext),
2080     ac3_encode_init,
2081     ac3_encode_frame,
2082     ac3_encode_close,
2083     NULL,
2084     .sample_fmts = (const enum AVSampleFormat[]){AV_SAMPLE_FMT_S16,AV_SAMPLE_FMT_NONE},
2085     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("ATSC A/52A (AC-3)"),
2086     .channel_layouts = ac3_channel_layouts,
2087 };