]> git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/ac3enc.c
3422a580aad582b49077ce45cff30b2998a1693e
[ffmpeg] / libavcodec / ac3enc.c
1 /*
2  * The simplest AC-3 encoder
3  * Copyright (c) 2000 Fabrice Bellard
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 /**
23  * @file
24  * The simplest AC-3 encoder.
25  */
26
27 //#define DEBUG
28
29 #include "libavcore/audioconvert.h"
30 #include "libavutil/crc.h"
31 #include "avcodec.h"
32 #include "put_bits.h"
33 #include "ac3.h"
34 #include "audioconvert.h"
35
36
37 #define MDCT_NBITS 9
38 #define MDCT_SAMPLES (1 << MDCT_NBITS)
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 /** Scale a float value by 2^15, convert to an integer, and clip to int16_t range. */
47 #define FIX15(a) av_clip_int16(SCALE_FLOAT(a, 15))
48
49
50 /**
51  * Compex number.
52  * Used in fixed-point MDCT calculation.
53  */
54 typedef struct IComplex {
55     int16_t re,im;
56 } IComplex;
57
58 /**
59  * AC-3 encoder private context.
60  */
61 typedef struct AC3EncodeContext {
62     PutBitContext pb;                       ///< bitstream writer context
63
64     int bitstream_id;                       ///< bitstream id                           (bsid)
65     int bitstream_mode;                     ///< bitstream mode                         (bsmod)
66
67     int bit_rate;                           ///< target bit rate, in bits-per-second
68     int sample_rate;                        ///< sampling frequency, in Hz
69
70     int frame_size_min;                     ///< minimum frame size in case rounding is necessary
71     int frame_size;                         ///< current frame size in bytes
72     int frame_size_code;                    ///< frame size code                        (frmsizecod)
73     int bits_written;                       ///< bit count    (used to avg. bitrate)
74     int samples_written;                    ///< sample count (used to avg. bitrate)
75
76     int fbw_channels;                       ///< number of full-bandwidth channels      (nfchans)
77     int channels;                           ///< total number of channels               (nchans)
78     int lfe_on;                             ///< indicates if there is an LFE channel   (lfeon)
79     int lfe_channel;                        ///< channel index of the LFE channel
80     int channel_mode;                       ///< channel mode                           (acmod)
81     const uint8_t *channel_map;             ///< channel map used to reorder channels
82
83     int bandwidth_code[AC3_MAX_CHANNELS];   ///< bandwidth code (0 to 60)               (chbwcod)
84     int nb_coefs[AC3_MAX_CHANNELS];
85
86     /* bitrate allocation control */
87     int slow_gain_code;                     ///< slow gain code                         (sgaincod)
88     int slow_decay_code;                    ///< slow decay code                        (sdcycod)
89     int fast_decay_code;                    ///< fast decay code                        (fdcycod)
90     int db_per_bit_code;                    ///< dB/bit code                            (dbpbcod)
91     int floor_code;                         ///< floor code                             (floorcod)
92     AC3BitAllocParameters bit_alloc;        ///< bit allocation parameters
93     int coarse_snr_offset;                  ///< coarse SNR offsets                     (csnroffst)
94     int fast_gain_code[AC3_MAX_CHANNELS];   ///< fast gain codes (signal-to-mask ratio) (fgaincod)
95     int fine_snr_offset[AC3_MAX_CHANNELS];  ///< fine SNR offsets                       (fsnroffst)
96
97     /* mantissa encoding */
98     int mant1_cnt, mant2_cnt, mant4_cnt;    ///< mantissa counts for bap=1,2,4
99     uint16_t *qmant1_ptr, *qmant2_ptr, *qmant4_ptr; ///< mantissa pointers for bap=1,2,4
100
101     int16_t last_samples[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_BLOCK_SIZE]; ///< last 256 samples from previous frame
102 } AC3EncodeContext;
103
104
105 /** MDCT and FFT tables */
106 static int16_t costab[64];
107 static int16_t sintab[64];
108 static int16_t xcos1[128];
109 static int16_t xsin1[128];
110
111
112 /**
113  * Adjust the frame size to make the average bit rate match the target bit rate.
114  * This is only needed for 11025, 22050, and 44100 sample rates.
115  */
116 static void adjust_frame_size(AC3EncodeContext *s)
117 {
118     while (s->bits_written >= s->bit_rate && s->samples_written >= s->sample_rate) {
119         s->bits_written    -= s->bit_rate;
120         s->samples_written -= s->sample_rate;
121     }
122     s->frame_size = s->frame_size_min + 2 * (s->bits_written * s->sample_rate < s->samples_written * s->bit_rate);
123     s->bits_written    += s->frame_size * 8;
124     s->samples_written += AC3_FRAME_SIZE;
125 }
126
127
128 /**
129  * Deinterleave input samples.
130  * Channels are reordered from FFmpeg's default order to AC-3 order.
131  */
132 static void deinterleave_input_samples(AC3EncodeContext *s,
133                                        const int16_t *samples,
134                                        int16_t planar_samples[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_BLOCK_SIZE+AC3_FRAME_SIZE])
135 {
136     int ch, i;
137
138     /* deinterleave and remap input samples */
139     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
140         const int16_t *sptr;
141         int sinc;
142
143         /* copy last 256 samples of previous frame to the start of the current frame */
144         memcpy(&planar_samples[ch][0], s->last_samples[ch],
145                AC3_BLOCK_SIZE * sizeof(planar_samples[0][0]));
146
147         /* deinterleave */
148         sinc = s->channels;
149         sptr = samples + s->channel_map[ch];
150         for (i = AC3_BLOCK_SIZE; i < AC3_FRAME_SIZE+AC3_BLOCK_SIZE; i++) {
151             planar_samples[ch][i] = *sptr;
152             sptr += sinc;
153         }
154
155         /* save last 256 samples for next frame */
156         memcpy(s->last_samples[ch], &planar_samples[ch][6* AC3_BLOCK_SIZE],
157                AC3_BLOCK_SIZE * sizeof(planar_samples[0][0]));
158     }
159 }
160
161
162 /**
163  * Initialize FFT tables.
164  * @param ln log2(FFT size)
165  */
166 static av_cold void fft_init(int ln)
167 {
168     int i, n, n2;
169     float alpha;
170
171     n  = 1 << ln;
172     n2 = n >> 1;
173
174     for (i = 0; i < n2; i++) {
175         alpha     = 2.0 * M_PI * i / n;
176         costab[i] = FIX15(cos(alpha));
177         sintab[i] = FIX15(sin(alpha));
178     }
179 }
180
181
182 /**
183  * Initialize MDCT tables.
184  * @param nbits log2(MDCT size)
185  */
186 static av_cold void mdct_init(int nbits)
187 {
188     int i, n, n4;
189
190     n  = 1 << nbits;
191     n4 = n >> 2;
192
193     fft_init(nbits - 2);
194
195     for (i = 0; i < n4; i++) {
196         float alpha = 2.0 * M_PI * (i + 1.0 / 8.0) / n;
197         xcos1[i] = FIX15(-cos(alpha));
198         xsin1[i] = FIX15(-sin(alpha));
199     }
200 }
201
202
203 /** Butterfly op */
204 #define BF(pre, pim, qre, qim, pre1, pim1, qre1, qim1)  \
205 {                                                       \
206   int ax, ay, bx, by;                                   \
207   bx  = pre1;                                           \
208   by  = pim1;                                           \
209   ax  = qre1;                                           \
210   ay  = qim1;                                           \
211   pre = (bx + ax) >> 1;                                 \
212   pim = (by + ay) >> 1;                                 \
213   qre = (bx - ax) >> 1;                                 \
214   qim = (by - ay) >> 1;                                 \
215 }
216
217
218 /** Complex multiply */
219 #define CMUL(pre, pim, are, aim, bre, bim)              \
220 {                                                       \
221    pre = (MUL16(are, bre) - MUL16(aim, bim)) >> 15;     \
222    pim = (MUL16(are, bim) + MUL16(bre, aim)) >> 15;     \
223 }
224
225
226 /**
227  * Calculate a 2^n point complex FFT on 2^ln points.
228  * @param z  complex input/output samples
229  * @param ln log2(FFT size)
230  */
231 static void fft(IComplex *z, int ln)
232 {
233     int j, l, np, np2;
234     int nblocks, nloops;
235     register IComplex *p,*q;
236     int tmp_re, tmp_im;
237
238     np = 1 << ln;
239
240     /* reverse */
241     for (j = 0; j < np; j++) {
242         int k = av_reverse[j] >> (8 - ln);
243         if (k < j)
244             FFSWAP(IComplex, z[k], z[j]);
245     }
246
247     /* pass 0 */
248
249     p = &z[0];
250     j = np >> 1;
251     do {
252         BF(p[0].re, p[0].im, p[1].re, p[1].im,
253            p[0].re, p[0].im, p[1].re, p[1].im);
254         p += 2;
255     } while (--j);
256
257     /* pass 1 */
258
259     p = &z[0];
260     j = np >> 2;
261     do {
262         BF(p[0].re, p[0].im, p[2].re,  p[2].im,
263            p[0].re, p[0].im, p[2].re,  p[2].im);
264         BF(p[1].re, p[1].im, p[3].re,  p[3].im,
265            p[1].re, p[1].im, p[3].im, -p[3].re);
266         p+=4;
267     } while (--j);
268
269     /* pass 2 .. ln-1 */
270
271     nblocks = np >> 3;
272     nloops  =  1 << 2;
273     np2     = np >> 1;
274     do {
275         p = z;
276         q = z + nloops;
277         for (j = 0; j < nblocks; j++) {
278             BF(p->re, p->im, q->re, q->im,
279                p->re, p->im, q->re, q->im);
280             p++;
281             q++;
282             for(l = nblocks; l < np2; l += nblocks) {
283                 CMUL(tmp_re, tmp_im, costab[l], -sintab[l], q->re, q->im);
284                 BF(p->re, p->im, q->re,  q->im,
285                    p->re, p->im, tmp_re, tmp_im);
286                 p++;
287                 q++;
288             }
289             p += nloops;
290             q += nloops;
291         }
292         nblocks = nblocks >> 1;
293         nloops  = nloops  << 1;
294     } while (nblocks);
295 }
296
297
298 /**
299  * Calculate a 512-point MDCT
300  * @param out 256 output frequency coefficients
301  * @param in  512 windowed input audio samples
302  */
303 static void mdct512(int32_t *out, int16_t *in)
304 {
305     int i, re, im, re1, im1;
306     int16_t rot[MDCT_SAMPLES];
307     IComplex x[MDCT_SAMPLES/4];
308
309     /* shift to simplify computations */
310     for (i = 0; i < MDCT_SAMPLES/4; i++)
311         rot[i] = -in[i + 3*MDCT_SAMPLES/4];
312     for (;i < MDCT_SAMPLES; i++)
313         rot[i] =  in[i -   MDCT_SAMPLES/4];
314
315     /* pre rotation */
316     for (i = 0; i < MDCT_SAMPLES/4; i++) {
317         re =  ((int)rot[               2*i] - (int)rot[MDCT_SAMPLES  -1-2*i]) >> 1;
318         im = -((int)rot[MDCT_SAMPLES/2+2*i] - (int)rot[MDCT_SAMPLES/2-1-2*i]) >> 1;
319         CMUL(x[i].re, x[i].im, re, im, -xcos1[i], xsin1[i]);
320     }
321
322     fft(x, MDCT_NBITS - 2);
323
324     /* post rotation */
325     for (i = 0; i < MDCT_SAMPLES/4; i++) {
326         re = x[i].re;
327         im = x[i].im;
328         CMUL(re1, im1, re, im, xsin1[i], xcos1[i]);
329         out[                 2*i] = im1;
330         out[MDCT_SAMPLES/2-1-2*i] = re1;
331     }
332 }
333
334
335 /**
336  * Apply KBD window to input samples prior to MDCT.
337  */
338 static void apply_window(int16_t *output, const int16_t *input,
339                          const int16_t *window, int n)
340 {
341     int i;
342     int n2 = n >> 1;
343
344     for (i = 0; i < n2; i++) {
345         output[i]     = MUL16(input[i],     window[i]) >> 15;
346         output[n-i-1] = MUL16(input[n-i-1], window[i]) >> 15;
347     }
348 }
349
350
351 /**
352  * Calculate the log2() of the maximum absolute value in an array.
353  * @param tab input array
354  * @param n   number of values in the array
355  * @return    log2(max(abs(tab[])))
356  */
357 static int log2_tab(int16_t *tab, int n)
358 {
359     int i, v;
360
361     v = 0;
362     for (i = 0; i < n; i++)
363         v |= abs(tab[i]);
364
365     return av_log2(v);
366 }
367
368
369 /**
370  * Left-shift each value in an array by a specified amount.
371  * @param tab    input array
372  * @param n      number of values in the array
373  * @param lshift left shift amount. a negative value means right shift.
374  */
375 static void lshift_tab(int16_t *tab, int n, int lshift)
376 {
377     int i;
378
379     if (lshift > 0) {
380         for(i = 0; i < n; i++)
381             tab[i] <<= lshift;
382     } else if (lshift < 0) {
383         lshift = -lshift;
384         for (i = 0; i < n; i++)
385             tab[i] >>= lshift;
386     }
387 }
388
389
390 /**
391  * Normalize the input samples to use the maximum available precision.
392  * This assumes signed 16-bit input samples. Exponents are reduced by 9 to
393  * match the 24-bit internal precision for MDCT coefficients.
394  *
395  * @return exponent shift
396  */
397 static int normalize_samples(AC3EncodeContext *s,
398                              int16_t windowed_samples[AC3_WINDOW_SIZE])
399 {
400     int v = 14 - log2_tab(windowed_samples, AC3_WINDOW_SIZE);
401     v = FFMAX(0, v);
402     lshift_tab(windowed_samples, AC3_WINDOW_SIZE, v);
403     return v - 9;
404 }
405
406
407 /**
408  * Apply the MDCT to input samples to generate frequency coefficients.
409  * This applies the KBD window and normalizes the input to reduce precision
410  * loss due to fixed-point calculations.
411  */
412 static void apply_mdct(AC3EncodeContext *s,
413                        int16_t planar_samples[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_BLOCK_SIZE+AC3_FRAME_SIZE],
414                        int8_t exp_shift[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
415                        int32_t mdct_coef[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS])
416 {
417     int blk, ch;
418     int16_t windowed_samples[AC3_WINDOW_SIZE];
419
420     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
421         for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
422             const int16_t *input_samples = &planar_samples[ch][blk * AC3_BLOCK_SIZE];
423
424             apply_window(windowed_samples, input_samples, ff_ac3_window, AC3_WINDOW_SIZE);
425
426             exp_shift[blk][ch] = normalize_samples(s, windowed_samples);
427
428             mdct512(mdct_coef[blk][ch], windowed_samples);
429         }
430     }
431 }
432
433
434 /**
435  * Extract exponents from the MDCT coefficients.
436  * This takes into account the normalization that was done to the input samples
437  * by adjusting the exponents by the exponent shift values.
438  */
439 static void extract_exponents(AC3EncodeContext *s,
440                               int32_t mdct_coef[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
441                               int8_t exp_shift[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
442                               uint8_t exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS])
443 {
444     int blk, ch, i;
445
446     /* extract exponents */
447     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
448         for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
449             /* compute "exponents". We take into account the normalization there */
450             for (i = 0; i < AC3_MAX_COEFS; i++) {
451                 int e;
452                 int v = abs(mdct_coef[blk][ch][i]);
453                 if (v == 0)
454                     e = 24;
455                 else {
456                     e = 23 - av_log2(v) + exp_shift[blk][ch];
457                     if (e >= 24) {
458                         e = 24;
459                         mdct_coef[blk][ch][i] = 0;
460                     }
461                 }
462                 exp[blk][ch][i] = e;
463             }
464         }
465     }
466 }
467
468
469 /**
470  * Calculate the sum of absolute differences (SAD) between 2 sets of exponents.
471  */
472 static int calc_exp_diff(uint8_t *exp1, uint8_t *exp2, int n)
473 {
474     int sum, i;
475     sum = 0;
476     for (i = 0; i < n; i++)
477         sum += abs(exp1[i] - exp2[i]);
478     return sum;
479 }
480
481
482 /**
483  * Exponent Difference Threshold.
484  * New exponents are sent if their SAD exceed this number.
485  */
486 #define EXP_DIFF_THRESHOLD 1000
487
488
489 /**
490  * Calculate exponent strategies for all blocks in a single channel.
491  */
492 static void compute_exp_strategy_ch(uint8_t *exp_strategy, uint8_t **exp)
493 {
494     int blk, blk1;
495     int exp_diff;
496
497     /* estimate if the exponent variation & decide if they should be
498        reused in the next frame */
499     exp_strategy[0] = EXP_NEW;
500     for (blk = 1; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
501         exp_diff = calc_exp_diff(exp[blk], exp[blk-1], AC3_MAX_COEFS);
502         if (exp_diff > EXP_DIFF_THRESHOLD)
503             exp_strategy[blk] = EXP_NEW;
504         else
505             exp_strategy[blk] = EXP_REUSE;
506     }
507
508     /* now select the encoding strategy type : if exponents are often
509        recoded, we use a coarse encoding */
510     blk = 0;
511     while (blk < AC3_MAX_BLOCKS) {
512         blk1 = blk + 1;
513         while (blk1 < AC3_MAX_BLOCKS && exp_strategy[blk1] == EXP_REUSE)
514             blk1++;
515         switch (blk1 - blk) {
516         case 1:  exp_strategy[blk] = EXP_D45; break;
517         case 2:
518         case 3:  exp_strategy[blk] = EXP_D25; break;
519         default: exp_strategy[blk] = EXP_D15; break;
520         }
521         blk = blk1;
522     }
523 }
524
525
526 /**
527  * Calculate exponent strategies for all channels.
528  * Array arrangement is reversed to simplify the per-channel calculation.
529  */
530 static void compute_exp_strategy(AC3EncodeContext *s,
531                                  uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
532                                  uint8_t exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS])
533 {
534     uint8_t *exp1[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_BLOCKS];
535     uint8_t exp_str1[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_BLOCKS];
536     int ch, blk;
537
538     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
539         for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
540             exp1[ch][blk]     = exp[blk][ch];
541             exp_str1[ch][blk] = exp_strategy[blk][ch];
542         }
543
544         compute_exp_strategy_ch(exp_str1[ch], exp1[ch]);
545
546         for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++)
547             exp_strategy[blk][ch] = exp_str1[ch][blk];
548     }
549     if (s->lfe_on) {
550         ch = s->lfe_channel;
551         exp_strategy[0][ch] = EXP_D15;
552         for (blk = 1; blk < 5; blk++)
553             exp_strategy[blk][ch] = EXP_REUSE;
554     }
555 }
556
557
558 /**
559  * Set each encoded exponent in a block to the minimum of itself and the
560  * exponent in the same frequency bin of a following block.
561  * exp[i] = min(exp[i], exp1[i]
562  */
563 static void exponent_min(uint8_t exp[AC3_MAX_COEFS], uint8_t exp1[AC3_MAX_COEFS], int n)
564 {
565     int i;
566     for (i = 0; i < n; i++) {
567         if (exp1[i] < exp[i])
568             exp[i] = exp1[i];
569     }
570 }
571
572
573 /**
574  * Update the exponents so that they are the ones the decoder will decode.
575  */
576 static void encode_exponents_blk_ch(uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_COEFS],
577                                     uint8_t exp[AC3_MAX_COEFS],
578                                     int nb_exps, int exp_strategy)
579 {
580     int group_size, nb_groups, i, j, k, exp_min;
581     uint8_t exp1[AC3_MAX_COEFS];
582
583     group_size = exp_strategy + (exp_strategy == EXP_D45);
584     nb_groups = ((nb_exps + (group_size * 3) - 4) / (3 * group_size)) * 3;
585
586     /* for each group, compute the minimum exponent */
587     exp1[0] = exp[0]; /* DC exponent is handled separately */
588     k = 1;
589     for (i = 1; i <= nb_groups; i++) {
590         exp_min = exp[k];
591         assert(exp_min >= 0 && exp_min <= 24);
592         for (j = 1; j < group_size; j++) {
593             if (exp[k+j] < exp_min)
594                 exp_min = exp[k+j];
595         }
596         exp1[i] = exp_min;
597         k += group_size;
598     }
599
600     /* constraint for DC exponent */
601     if (exp1[0] > 15)
602         exp1[0] = 15;
603
604     /* decrease the delta between each groups to within 2 so that they can be
605        differentially encoded */
606     for (i = 1; i <= nb_groups; i++)
607         exp1[i] = FFMIN(exp1[i], exp1[i-1] + 2);
608     for (i = nb_groups-1; i >= 0; i--)
609         exp1[i] = FFMIN(exp1[i], exp1[i+1] + 2);
610
611     /* now we have the exponent values the decoder will see */
612     encoded_exp[0] = exp1[0];
613     k = 1;
614     for (i = 1; i <= nb_groups; i++) {
615         for (j = 0; j < group_size; j++)
616             encoded_exp[k+j] = exp1[i];
617         k += group_size;
618     }
619 }
620
621
622 /**
623  * Encode exponents from original extracted form to what the decoder will see.
624  * This copies and groups exponents based on exponent strategy and reduces
625  * deltas between adjacent exponent groups so that they can be differentially
626  * encoded.
627  */
628 static void encode_exponents(AC3EncodeContext *s,
629                              uint8_t exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
630                              uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
631                              uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS])
632 {
633     int blk, blk1, blk2, ch;
634
635     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
636         /* for the EXP_REUSE case we select the min of the exponents */
637         blk = 0;
638         while (blk < AC3_MAX_BLOCKS) {
639             blk1 = blk + 1;
640             while (blk1 < AC3_MAX_BLOCKS && exp_strategy[blk1][ch] == EXP_REUSE) {
641                 exponent_min(exp[blk][ch], exp[blk1][ch], s->nb_coefs[ch]);
642                 blk1++;
643             }
644             encode_exponents_blk_ch(encoded_exp[blk][ch],
645                                                   exp[blk][ch], s->nb_coefs[ch],
646                                                   exp_strategy[blk][ch]);
647             /* copy encoded exponents for reuse case */
648             for (blk2 = blk+1; blk2 < blk1; blk2++) {
649                 memcpy(encoded_exp[blk2][ch], encoded_exp[blk][ch],
650                        s->nb_coefs[ch] * sizeof(uint8_t));
651             }
652             blk = blk1;
653         }
654     }
655 }
656
657
658 /**
659  * Group exponents.
660  * 3 delta-encoded exponents are in each 7-bit group. The number of groups
661  * varies depending on exponent strategy and bandwidth.
662  * @return bits needed to encode the exponents
663  */
664 static int group_exponents(AC3EncodeContext *s,
665                            uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
666                            uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
667                            uint8_t num_exp_groups[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
668                            uint8_t grouped_exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_EXP_GROUPS])
669 {
670     int blk, ch, i;
671     int group_size, bit_count;
672     uint8_t *p;
673     int delta0, delta1, delta2;
674     int exp0, exp1;
675
676     bit_count = 0;
677     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
678         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
679             if (exp_strategy[blk][ch] == EXP_REUSE) {
680                 num_exp_groups[blk][ch] = 0;
681                 continue;
682             }
683             group_size = exp_strategy[blk][ch] + (exp_strategy[blk][ch] == EXP_D45);
684             num_exp_groups[blk][ch] = (s->nb_coefs[ch] + (group_size * 3) - 4) / (3 * group_size);
685             bit_count += 4 + (num_exp_groups[blk][ch] * 7);
686             p = encoded_exp[blk][ch];
687
688             /* DC exponent */
689             exp1 = *p++;
690             grouped_exp[blk][ch][0] = exp1;
691
692             /* remaining exponents are delta encoded */
693             for (i = 1; i <= num_exp_groups[blk][ch]; i++) {
694                 /* merge three delta in one code */
695                 exp0   = exp1;
696                 exp1   = p[0];
697                 p     += group_size;
698                 delta0 = exp1 - exp0 + 2;
699
700                 exp0   = exp1;
701                 exp1   = p[0];
702                 p     += group_size;
703                 delta1 = exp1 - exp0 + 2;
704
705                 exp0   = exp1;
706                 exp1   = p[0];
707                 p     += group_size;
708                 delta2 = exp1 - exp0 + 2;
709
710                 grouped_exp[blk][ch][i] = ((delta0 * 5 + delta1) * 5) + delta2;
711             }
712         }
713     }
714
715     return bit_count;
716 }
717
718
719 /**
720  * Calculate final exponents from the supplied MDCT coefficients and exponent shift.
721  * Extract exponents from MDCT coefficients, calculate exponent strategies,
722  * and encode final exponents.
723  * @return bits needed to encode the exponents
724  */
725 static int process_exponents(AC3EncodeContext *s,
726                              int32_t mdct_coef[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
727                              int8_t exp_shift[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
728                              uint8_t exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
729                              uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
730                              uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
731                              uint8_t num_exp_groups[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
732                              uint8_t grouped_exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_EXP_GROUPS])
733 {
734     extract_exponents(s, mdct_coef, exp_shift, exp);
735
736     compute_exp_strategy(s, exp_strategy, exp);
737
738     encode_exponents(s, exp, exp_strategy, encoded_exp);
739
740     return group_exponents(s, encoded_exp, exp_strategy, num_exp_groups, grouped_exp);
741 }
742
743
744 /**
745  * Calculate the number of bits needed to encode a set of mantissas.
746  */
747 static int compute_mantissa_size(AC3EncodeContext *s, uint8_t *m, int nb_coefs)
748 {
749     int bits, mant, i;
750
751     bits = 0;
752     for (i = 0; i < nb_coefs; i++) {
753         mant = m[i];
754         switch (mant) {
755         case 0:
756             /* nothing */
757             break;
758         case 1:
759             /* 3 mantissa in 5 bits */
760             if (s->mant1_cnt == 0)
761                 bits += 5;
762             if (++s->mant1_cnt == 3)
763                 s->mant1_cnt = 0;
764             break;
765         case 2:
766             /* 3 mantissa in 7 bits */
767             if (s->mant2_cnt == 0)
768                 bits += 7;
769             if (++s->mant2_cnt == 3)
770                 s->mant2_cnt = 0;
771             break;
772         case 3:
773             bits += 3;
774             break;
775         case 4:
776             /* 2 mantissa in 7 bits */
777             if (s->mant4_cnt == 0)
778                 bits += 7;
779             if (++s->mant4_cnt == 2)
780                 s->mant4_cnt = 0;
781             break;
782         case 14:
783             bits += 14;
784             break;
785         case 15:
786             bits += 16;
787             break;
788         default:
789             bits += mant - 1;
790             break;
791         }
792     }
793     return bits;
794 }
795
796
797 /**
798  * Calculate masking curve based on the final exponents.
799  * Also calculate the power spectral densities to use in future calculations.
800  */
801 static void bit_alloc_masking(AC3EncodeContext *s,
802                               uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
803                               uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
804                               int16_t psd[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
805                               int16_t mask[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_CRITICAL_BANDS])
806 {
807     int blk, ch;
808     int16_t band_psd[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_CRITICAL_BANDS];
809
810     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
811         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
812             if(exp_strategy[blk][ch] == EXP_REUSE) {
813                 memcpy(psd[blk][ch],  psd[blk-1][ch],  AC3_MAX_COEFS*sizeof(psd[0][0][0]));
814                 memcpy(mask[blk][ch], mask[blk-1][ch], AC3_CRITICAL_BANDS*sizeof(mask[0][0][0]));
815             } else {
816                 ff_ac3_bit_alloc_calc_psd(encoded_exp[blk][ch], 0,
817                                           s->nb_coefs[ch],
818                                           psd[blk][ch], band_psd[blk][ch]);
819                 ff_ac3_bit_alloc_calc_mask(&s->bit_alloc, band_psd[blk][ch],
820                                            0, s->nb_coefs[ch],
821                                            ff_ac3_fast_gain_tab[s->fast_gain_code[ch]],
822                                            ch == s->lfe_channel,
823                                            DBA_NONE, 0, NULL, NULL, NULL,
824                                            mask[blk][ch]);
825             }
826         }
827     }
828 }
829
830
831 /**
832  * Run the bit allocation with a given SNR offset.
833  * This calculates the bit allocation pointers that will be used to determine
834  * the quantization of each mantissa.
835  * @return the number of remaining bits (positive or negative) if the given
836  *         SNR offset is used to quantize the mantissas.
837  */
838 static int bit_alloc(AC3EncodeContext *s,
839                      int16_t mask[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_CRITICAL_BANDS],
840                      int16_t psd[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
841                      uint8_t bap[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
842                      int frame_bits, int coarse_snr_offset, int fine_snr_offset)
843 {
844     int blk, ch;
845     int snr_offset;
846
847     snr_offset = (((coarse_snr_offset - 15) << 4) + fine_snr_offset) << 2;
848
849     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
850         s->mant1_cnt = 0;
851         s->mant2_cnt = 0;
852         s->mant4_cnt = 0;
853         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
854             ff_ac3_bit_alloc_calc_bap(mask[blk][ch], psd[blk][ch], 0,
855                                       s->nb_coefs[ch], snr_offset,
856                                       s->bit_alloc.floor, ff_ac3_bap_tab,
857                                       bap[blk][ch]);
858             frame_bits += compute_mantissa_size(s, bap[blk][ch], s->nb_coefs[ch]);
859         }
860     }
861     return 8 * s->frame_size - frame_bits;
862 }
863
864
865 #define SNR_INC1 4
866
867 /**
868  * Perform bit allocation search.
869  * Finds the SNR offset value that maximizes quality and fits in the specified
870  * frame size.  Output is the SNR offset and a set of bit allocation pointers
871  * used to quantize the mantissas.
872  */
873 static int compute_bit_allocation(AC3EncodeContext *s,
874                                   uint8_t bap[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
875                                   uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
876                                   uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
877                                   int frame_bits)
878 {
879     int blk, ch;
880     int coarse_snr_offset, fine_snr_offset;
881     uint8_t bap1[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
882     int16_t psd[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
883     int16_t mask[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_CRITICAL_BANDS];
884     static const int frame_bits_inc[8] = { 0, 0, 2, 2, 2, 4, 2, 4 };
885
886     /* init default parameters */
887     s->slow_decay_code = 2;
888     s->fast_decay_code = 1;
889     s->slow_gain_code  = 1;
890     s->db_per_bit_code = 2;
891     s->floor_code      = 4;
892     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
893         s->fast_gain_code[ch] = 4;
894
895     /* compute real values */
896     s->bit_alloc.slow_decay = ff_ac3_slow_decay_tab[s->slow_decay_code] >> s->bit_alloc.sr_shift;
897     s->bit_alloc.fast_decay = ff_ac3_fast_decay_tab[s->fast_decay_code] >> s->bit_alloc.sr_shift;
898     s->bit_alloc.slow_gain  = ff_ac3_slow_gain_tab[s->slow_gain_code];
899     s->bit_alloc.db_per_bit = ff_ac3_db_per_bit_tab[s->db_per_bit_code];
900     s->bit_alloc.floor      = ff_ac3_floor_tab[s->floor_code];
901
902     /* header size */
903     frame_bits += 65;
904     // if (s->channel_mode == 2)
905     //    frame_bits += 2;
906     frame_bits += frame_bits_inc[s->channel_mode];
907
908     /* audio blocks */
909     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
910         frame_bits += s->fbw_channels * 2 + 2; /* blksw * c, dithflag * c, dynrnge, cplstre */
911         if (s->channel_mode == AC3_CHMODE_STEREO) {
912             frame_bits++; /* rematstr */
913             if (!blk)
914                 frame_bits += 4;
915         }
916         frame_bits += 2 * s->fbw_channels; /* chexpstr[2] * c */
917         if (s->lfe_on)
918             frame_bits++; /* lfeexpstr */
919         for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
920             if (exp_strategy[blk][ch] != EXP_REUSE)
921                 frame_bits += 6 + 2; /* chbwcod[6], gainrng[2] */
922         }
923         frame_bits++; /* baie */
924         frame_bits++; /* snr */
925         frame_bits += 2; /* delta / skip */
926     }
927     frame_bits++; /* cplinu for block 0 */
928     /* bit alloc info */
929     /* sdcycod[2], fdcycod[2], sgaincod[2], dbpbcod[2], floorcod[3] */
930     /* csnroffset[6] */
931     /* (fsnoffset[4] + fgaincod[4]) * c */
932     frame_bits += 2*4 + 3 + 6 + s->channels * (4 + 3);
933
934     /* auxdatae, crcrsv */
935     frame_bits += 2;
936
937     /* CRC */
938     frame_bits += 16;
939
940     /* calculate psd and masking curve before doing bit allocation */
941     bit_alloc_masking(s, encoded_exp, exp_strategy, psd, mask);
942
943     /* now the big work begins : do the bit allocation. Modify the snr
944        offset until we can pack everything in the requested frame size */
945
946     coarse_snr_offset = s->coarse_snr_offset;
947     while (coarse_snr_offset >= 0 &&
948            bit_alloc(s, mask, psd, bap, frame_bits, coarse_snr_offset, 0) < 0)
949         coarse_snr_offset -= SNR_INC1;
950     if (coarse_snr_offset < 0) {
951         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Bit allocation failed. Try increasing the bitrate.\n");
952         return -1;
953     }
954     while (coarse_snr_offset + SNR_INC1 <= 63 &&
955            bit_alloc(s, mask, psd, bap1, frame_bits,
956                      coarse_snr_offset + SNR_INC1, 0) >= 0) {
957         coarse_snr_offset += SNR_INC1;
958         memcpy(bap, bap1, sizeof(bap1));
959     }
960     while (coarse_snr_offset + 1 <= 63 &&
961            bit_alloc(s, mask, psd, bap1, frame_bits, coarse_snr_offset + 1, 0) >= 0) {
962         coarse_snr_offset++;
963         memcpy(bap, bap1, sizeof(bap1));
964     }
965
966     fine_snr_offset = 0;
967     while (fine_snr_offset + SNR_INC1 <= 15 &&
968            bit_alloc(s, mask, psd, bap1, frame_bits,
969                      coarse_snr_offset, fine_snr_offset + SNR_INC1) >= 0) {
970         fine_snr_offset += SNR_INC1;
971         memcpy(bap, bap1, sizeof(bap1));
972     }
973     while (fine_snr_offset + 1 <= 15 &&
974            bit_alloc(s, mask, psd, bap1, frame_bits,
975                      coarse_snr_offset, fine_snr_offset + 1) >= 0) {
976         fine_snr_offset++;
977         memcpy(bap, bap1, sizeof(bap1));
978     }
979
980     s->coarse_snr_offset = coarse_snr_offset;
981     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
982         s->fine_snr_offset[ch] = fine_snr_offset;
983
984     return 0;
985 }
986
987
988 /**
989  * Symmetric quantization on 'levels' levels.
990  */
991 static inline int sym_quant(int c, int e, int levels)
992 {
993     int v;
994
995     if (c >= 0) {
996         v = (levels * (c << e)) >> 24;
997         v = (v + 1) >> 1;
998         v = (levels >> 1) + v;
999     } else {
1000         v = (levels * ((-c) << e)) >> 24;
1001         v = (v + 1) >> 1;
1002         v = (levels >> 1) - v;
1003     }
1004     assert (v >= 0 && v < levels);
1005     return v;
1006 }
1007
1008
1009 /**
1010  * Asymmetric quantization on 2^qbits levels.
1011  */
1012 static inline int asym_quant(int c, int e, int qbits)
1013 {
1014     int lshift, m, v;
1015
1016     lshift = e + qbits - 24;
1017     if (lshift >= 0)
1018         v = c << lshift;
1019     else
1020         v = c >> (-lshift);
1021     /* rounding */
1022     v = (v + 1) >> 1;
1023     m = (1 << (qbits-1));
1024     if (v >= m)
1025         v = m - 1;
1026     assert(v >= -m);
1027     return v & ((1 << qbits)-1);
1028 }
1029
1030
1031 /**
1032  * Quantize a set of mantissas for a single channel in a single block.
1033  */
1034 static void quantize_mantissas_blk_ch(AC3EncodeContext *s,
1035                                       int32_t *mdct_coef, int8_t exp_shift,
1036                                       uint8_t *encoded_exp, uint8_t *bap,
1037                                       uint16_t *qmant, int n)
1038 {
1039     int i;
1040
1041     for (i = 0; i < n; i++) {
1042         int v;
1043         int c = mdct_coef[i];
1044         int e = encoded_exp[i] - exp_shift;
1045         int b = bap[i];
1046         switch (b) {
1047         case 0:
1048             v = 0;
1049             break;
1050         case 1:
1051             v = sym_quant(c, e, 3);
1052             switch (s->mant1_cnt) {
1053             case 0:
1054                 s->qmant1_ptr = &qmant[i];
1055                 v = 9 * v;
1056                 s->mant1_cnt = 1;
1057                 break;
1058             case 1:
1059                 *s->qmant1_ptr += 3 * v;
1060                 s->mant1_cnt = 2;
1061                 v = 128;
1062                 break;
1063             default:
1064                 *s->qmant1_ptr += v;
1065                 s->mant1_cnt = 0;
1066                 v = 128;
1067                 break;
1068             }
1069             break;
1070         case 2:
1071             v = sym_quant(c, e, 5);
1072             switch (s->mant2_cnt) {
1073             case 0:
1074                 s->qmant2_ptr = &qmant[i];
1075                 v = 25 * v;
1076                 s->mant2_cnt = 1;
1077                 break;
1078             case 1:
1079                 *s->qmant2_ptr += 5 * v;
1080                 s->mant2_cnt = 2;
1081                 v = 128;
1082                 break;
1083             default:
1084                 *s->qmant2_ptr += v;
1085                 s->mant2_cnt = 0;
1086                 v = 128;
1087                 break;
1088             }
1089             break;
1090         case 3:
1091             v = sym_quant(c, e, 7);
1092             break;
1093         case 4:
1094             v = sym_quant(c, e, 11);
1095             switch (s->mant4_cnt) {
1096             case 0:
1097                 s->qmant4_ptr = &qmant[i];
1098                 v = 11 * v;
1099                 s->mant4_cnt = 1;
1100                 break;
1101             default:
1102                 *s->qmant4_ptr += v;
1103                 s->mant4_cnt = 0;
1104                 v = 128;
1105                 break;
1106             }
1107             break;
1108         case 5:
1109             v = sym_quant(c, e, 15);
1110             break;
1111         case 14:
1112             v = asym_quant(c, e, 14);
1113             break;
1114         case 15:
1115             v = asym_quant(c, e, 16);
1116             break;
1117         default:
1118             v = asym_quant(c, e, b - 1);
1119             break;
1120         }
1121         qmant[i] = v;
1122     }
1123 }
1124
1125
1126 /**
1127  * Quantize mantissas using coefficients, exponents, and bit allocation pointers.
1128  */
1129 static void quantize_mantissas(AC3EncodeContext *s,
1130                                int32_t mdct_coef[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
1131                                int8_t exp_shift[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
1132                                uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
1133                                uint8_t bap[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
1134                                uint16_t qmant[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS])
1135 {
1136     int blk, ch;
1137
1138
1139     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
1140         s->mant1_cnt  = s->mant2_cnt  = s->mant4_cnt  = 0;
1141         s->qmant1_ptr = s->qmant2_ptr = s->qmant4_ptr = NULL;
1142
1143         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1144             quantize_mantissas_blk_ch(s, mdct_coef[blk][ch], exp_shift[blk][ch],
1145                                       encoded_exp[blk][ch], bap[blk][ch],
1146                                       qmant[blk][ch], s->nb_coefs[ch]);
1147         }
1148     }
1149 }
1150
1151
1152 /**
1153  * Write the AC-3 frame header to the output bitstream.
1154  */
1155 static void output_frame_header(AC3EncodeContext *s)
1156 {
1157     put_bits(&s->pb, 16, 0x0b77);   /* frame header */
1158     put_bits(&s->pb, 16, 0);        /* crc1: will be filled later */
1159     put_bits(&s->pb, 2,  s->bit_alloc.sr_code);
1160     put_bits(&s->pb, 6,  s->frame_size_code + (s->frame_size - s->frame_size_min) / 2);
1161     put_bits(&s->pb, 5,  s->bitstream_id);
1162     put_bits(&s->pb, 3,  s->bitstream_mode);
1163     put_bits(&s->pb, 3,  s->channel_mode);
1164     if ((s->channel_mode & 0x01) && s->channel_mode != AC3_CHMODE_MONO)
1165         put_bits(&s->pb, 2, 1);     /* XXX -4.5 dB */
1166     if (s->channel_mode & 0x04)
1167         put_bits(&s->pb, 2, 1);     /* XXX -6 dB */
1168     if (s->channel_mode == AC3_CHMODE_STEREO)
1169         put_bits(&s->pb, 2, 0);     /* surround not indicated */
1170     put_bits(&s->pb, 1, s->lfe_on); /* LFE */
1171     put_bits(&s->pb, 5, 31);        /* dialog norm: -31 db */
1172     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no compression control word */
1173     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no lang code */
1174     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no audio production info */
1175     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no copyright */
1176     put_bits(&s->pb, 1, 1);         /* original bitstream */
1177     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no time code 1 */
1178     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no time code 2 */
1179     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no additional bit stream info */
1180 }
1181
1182
1183 /**
1184  * Write one audio block to the output bitstream.
1185  */
1186 static void output_audio_block(AC3EncodeContext *s,
1187                                uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_CHANNELS],
1188                                uint8_t num_exp_groups[AC3_MAX_CHANNELS],
1189                                uint8_t grouped_exp[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_EXP_GROUPS],
1190                                uint8_t bap[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
1191                                uint16_t qmant[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
1192                                int block_num)
1193 {
1194     int ch, i, baie, rbnd;
1195
1196     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++)
1197         put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no block switching */
1198     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++)
1199         put_bits(&s->pb, 1, 1); /* no dither */
1200     put_bits(&s->pb, 1, 0);     /* no dynamic range */
1201     if (!block_num) {
1202         put_bits(&s->pb, 1, 1); /* coupling strategy present */
1203         put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no coupling strategy */
1204     } else {
1205         put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no new coupling strategy */
1206     }
1207
1208     if (s->channel_mode == AC3_CHMODE_STEREO) {
1209         if (!block_num) {
1210             /* first block must define rematrixing (rematstr) */
1211             put_bits(&s->pb, 1, 1);
1212
1213             /* dummy rematrixing rematflg(1:4)=0 */
1214             for (rbnd = 0; rbnd < 4; rbnd++)
1215                 put_bits(&s->pb, 1, 0);
1216         } else {
1217             /* no matrixing (but should be used in the future) */
1218             put_bits(&s->pb, 1, 0);
1219         }
1220     }
1221
1222     /* exponent strategy */
1223     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++)
1224         put_bits(&s->pb, 2, exp_strategy[ch]);
1225
1226     if (s->lfe_on)
1227         put_bits(&s->pb, 1, exp_strategy[s->lfe_channel]);
1228
1229     /* bandwidth */
1230     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
1231         if (exp_strategy[ch] != EXP_REUSE)
1232             put_bits(&s->pb, 6, s->bandwidth_code[ch]);
1233     }
1234
1235     /* exponents */
1236     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1237         if (exp_strategy[ch] == EXP_REUSE)
1238             continue;
1239
1240         /* first exponent */
1241         put_bits(&s->pb, 4, grouped_exp[ch][0]);
1242
1243         /* next ones are delta-encoded and grouped */
1244         for (i = 1; i <= num_exp_groups[ch]; i++)
1245             put_bits(&s->pb, 7, grouped_exp[ch][i]);
1246
1247         if (ch != s->lfe_channel)
1248             put_bits(&s->pb, 2, 0); /* no gain range info */
1249     }
1250
1251     /* bit allocation info */
1252     baie = (block_num == 0);
1253     put_bits(&s->pb, 1, baie);
1254     if (baie) {
1255         put_bits(&s->pb, 2, s->slow_decay_code);
1256         put_bits(&s->pb, 2, s->fast_decay_code);
1257         put_bits(&s->pb, 2, s->slow_gain_code);
1258         put_bits(&s->pb, 2, s->db_per_bit_code);
1259         put_bits(&s->pb, 3, s->floor_code);
1260     }
1261
1262     /* snr offset */
1263     put_bits(&s->pb, 1, baie);
1264     if (baie) {
1265         put_bits(&s->pb, 6, s->coarse_snr_offset);
1266         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1267             put_bits(&s->pb, 4, s->fine_snr_offset[ch]);
1268             put_bits(&s->pb, 3, s->fast_gain_code[ch]);
1269         }
1270     }
1271
1272     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no delta bit allocation */
1273     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no data to skip */
1274
1275     /* mantissa encoding */
1276     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1277         int b, q;
1278
1279         for (i = 0; i < s->nb_coefs[ch]; i++) {
1280             q = qmant[ch][i];
1281             b = bap[ch][i];
1282             switch (b) {
1283             case 0:                                         break;
1284             case 1: if (q != 128) put_bits(&s->pb,   5, q); break;
1285             case 2: if (q != 128) put_bits(&s->pb,   7, q); break;
1286             case 3:               put_bits(&s->pb,   3, q); break;
1287             case 4: if (q != 128) put_bits(&s->pb,   7, q); break;
1288             case 14:              put_bits(&s->pb,  14, q); break;
1289             case 15:              put_bits(&s->pb,  16, q); break;
1290             default:              put_bits(&s->pb, b-1, q); break;
1291             }
1292         }
1293     }
1294 }
1295
1296
1297 /** CRC-16 Polynomial */
1298 #define CRC16_POLY ((1 << 0) | (1 << 2) | (1 << 15) | (1 << 16))
1299
1300
1301 static unsigned int mul_poly(unsigned int a, unsigned int b, unsigned int poly)
1302 {
1303     unsigned int c;
1304
1305     c = 0;
1306     while (a) {
1307         if (a & 1)
1308             c ^= b;
1309         a = a >> 1;
1310         b = b << 1;
1311         if (b & (1 << 16))
1312             b ^= poly;
1313     }
1314     return c;
1315 }
1316
1317
1318 static unsigned int pow_poly(unsigned int a, unsigned int n, unsigned int poly)
1319 {
1320     unsigned int r;
1321     r = 1;
1322     while (n) {
1323         if (n & 1)
1324             r = mul_poly(r, a, poly);
1325         a = mul_poly(a, a, poly);
1326         n >>= 1;
1327     }
1328     return r;
1329 }
1330
1331
1332 /**
1333  * Fill the end of the frame with 0's and compute the two CRCs.
1334  */
1335 static void output_frame_end(AC3EncodeContext *s)
1336 {
1337     int frame_size, frame_size_58, pad_bytes, crc1, crc2, crc_inv;
1338     uint8_t *frame;
1339
1340     frame_size = s->frame_size; /* frame size in words */
1341     /* align to 8 bits */
1342     flush_put_bits(&s->pb);
1343     /* add zero bytes to reach the frame size */
1344     frame = s->pb.buf;
1345     pad_bytes = s->frame_size - (put_bits_ptr(&s->pb) - frame) - 2;
1346     assert(pad_bytes >= 0);
1347     if (pad_bytes > 0)
1348         memset(put_bits_ptr(&s->pb), 0, pad_bytes);
1349
1350     /* Now we must compute both crcs : this is not so easy for crc1
1351        because it is at the beginning of the data... */
1352     frame_size_58 = ((frame_size >> 2) + (frame_size >> 4)) << 1;
1353
1354     crc1 = av_bswap16(av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI), 0,
1355                              frame + 4, frame_size_58 - 4));
1356
1357     /* XXX: could precompute crc_inv */
1358     crc_inv = pow_poly((CRC16_POLY >> 1), (8 * frame_size_58) - 16, CRC16_POLY);
1359     crc1    = mul_poly(crc_inv, crc1, CRC16_POLY);
1360     AV_WB16(frame + 2, crc1);
1361
1362     crc2 = av_bswap16(av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI), 0,
1363                              frame + frame_size_58,
1364                              frame_size - frame_size_58 - 2));
1365     AV_WB16(frame + frame_size - 2, crc2);
1366 }
1367
1368
1369 /**
1370  * Write the frame to the output bitstream.
1371  */
1372 static void output_frame(AC3EncodeContext *s,
1373                          unsigned char *frame,
1374                          uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
1375                          uint8_t num_exp_groups[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
1376                          uint8_t grouped_exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_EXP_GROUPS],
1377                          uint8_t bap[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
1378                          uint16_t qmant[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS])
1379 {
1380     int blk;
1381
1382     init_put_bits(&s->pb, frame, AC3_MAX_CODED_FRAME_SIZE);
1383
1384     output_frame_header(s);
1385
1386     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
1387         output_audio_block(s, exp_strategy[blk], num_exp_groups[blk],
1388                            grouped_exp[blk], bap[blk], qmant[blk], blk);
1389     }
1390
1391     output_frame_end(s);
1392 }
1393
1394
1395 /**
1396  * Encode a single AC-3 frame.
1397  */
1398 static int ac3_encode_frame(AVCodecContext *avctx,
1399                             unsigned char *frame, int buf_size, void *data)
1400 {
1401     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
1402     const int16_t *samples = data;
1403     int16_t planar_samples[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_BLOCK_SIZE+AC3_FRAME_SIZE];
1404     int32_t mdct_coef[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
1405     uint8_t exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
1406     uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS];
1407     uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
1408     uint8_t num_exp_groups[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS];
1409     uint8_t grouped_exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_EXP_GROUPS];
1410     uint8_t bap[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
1411     int8_t exp_shift[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS];
1412     uint16_t qmant[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
1413     int frame_bits;
1414
1415     if (s->bit_alloc.sr_code == 1)
1416         adjust_frame_size(s);
1417
1418     deinterleave_input_samples(s, samples, planar_samples);
1419
1420     apply_mdct(s, planar_samples, exp_shift, mdct_coef);
1421
1422     frame_bits = process_exponents(s, mdct_coef, exp_shift, exp, exp_strategy,
1423                                    encoded_exp, num_exp_groups, grouped_exp);
1424
1425     compute_bit_allocation(s, bap, encoded_exp, exp_strategy, frame_bits);
1426
1427     quantize_mantissas(s, mdct_coef, exp_shift, encoded_exp, bap, qmant);
1428
1429     output_frame(s, frame, exp_strategy, num_exp_groups, grouped_exp, bap, qmant);
1430
1431     return s->frame_size;
1432 }
1433
1434
1435 /**
1436  * Finalize encoding and free any memory allocated by the encoder.
1437  */
1438 static av_cold int ac3_encode_close(AVCodecContext *avctx)
1439 {
1440     av_freep(&avctx->coded_frame);
1441     return 0;
1442 }
1443
1444
1445 /**
1446  * Set channel information during initialization.
1447  */
1448 static av_cold int set_channel_info(AC3EncodeContext *s, int channels,
1449                                     int64_t *channel_layout)
1450 {
1451     int ch_layout;
1452
1453     if (channels < 1 || channels > AC3_MAX_CHANNELS)
1454         return AVERROR(EINVAL);
1455     if ((uint64_t)*channel_layout > 0x7FF)
1456         return AVERROR(EINVAL);
1457     ch_layout = *channel_layout;
1458     if (!ch_layout)
1459         ch_layout = avcodec_guess_channel_layout(channels, CODEC_ID_AC3, NULL);
1460     if (av_get_channel_layout_nb_channels(ch_layout) != channels)
1461         return AVERROR(EINVAL);
1462
1463     s->lfe_on       = !!(ch_layout & AV_CH_LOW_FREQUENCY);
1464     s->channels     = channels;
1465     s->fbw_channels = channels - s->lfe_on;
1466     s->lfe_channel  = s->lfe_on ? s->fbw_channels : -1;
1467     if (s->lfe_on)
1468         ch_layout -= AV_CH_LOW_FREQUENCY;
1469
1470     switch (ch_layout) {
1471     case AV_CH_LAYOUT_MONO:           s->channel_mode = AC3_CHMODE_MONO;   break;
1472     case AV_CH_LAYOUT_STEREO:         s->channel_mode = AC3_CHMODE_STEREO; break;
1473     case AV_CH_LAYOUT_SURROUND:       s->channel_mode = AC3_CHMODE_3F;     break;
1474     case AV_CH_LAYOUT_2_1:            s->channel_mode = AC3_CHMODE_2F1R;   break;
1475     case AV_CH_LAYOUT_4POINT0:        s->channel_mode = AC3_CHMODE_3F1R;   break;
1476     case AV_CH_LAYOUT_QUAD:
1477     case AV_CH_LAYOUT_2_2:            s->channel_mode = AC3_CHMODE_2F2R;   break;
1478     case AV_CH_LAYOUT_5POINT0:
1479     case AV_CH_LAYOUT_5POINT0_BACK:   s->channel_mode = AC3_CHMODE_3F2R;   break;
1480     default:
1481         return AVERROR(EINVAL);
1482     }
1483
1484     s->channel_map  = ff_ac3_enc_channel_map[s->channel_mode][s->lfe_on];
1485     *channel_layout = ch_layout;
1486     if (s->lfe_on)
1487         *channel_layout |= AV_CH_LOW_FREQUENCY;
1488
1489     return 0;
1490 }
1491
1492
1493 static av_cold int validate_options(AVCodecContext *avctx, AC3EncodeContext *s)
1494 {
1495     int i, ret;
1496
1497     /* validate channel layout */
1498     if (!avctx->channel_layout) {
1499         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "No channel layout specified. The "
1500                                       "encoder will guess the layout, but it "
1501                                       "might be incorrect.\n");
1502     }
1503     ret = set_channel_info(s, avctx->channels, &avctx->channel_layout);
1504     if (ret) {
1505         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid channel layout\n");
1506         return ret;
1507     }
1508
1509     /* validate sample rate */
1510     for (i = 0; i < 9; i++) {
1511         if ((ff_ac3_sample_rate_tab[i / 3] >> (i % 3)) == avctx->sample_rate)
1512             break;
1513     }
1514     if (i == 9) {
1515         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid sample rate\n");
1516         return AVERROR(EINVAL);
1517     }
1518     s->sample_rate        = avctx->sample_rate;
1519     s->bit_alloc.sr_shift = i % 3;
1520     s->bit_alloc.sr_code  = i / 3;
1521
1522     /* validate bit rate */
1523     for (i = 0; i < 19; i++) {
1524         if ((ff_ac3_bitrate_tab[i] >> s->bit_alloc.sr_shift)*1000 == avctx->bit_rate)
1525             break;
1526     }
1527     if (i == 19) {
1528         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid bit rate\n");
1529         return AVERROR(EINVAL);
1530     }
1531     s->bit_rate        = avctx->bit_rate;
1532     s->frame_size_code = i << 1;
1533
1534     return 0;
1535 }
1536
1537
1538 /**
1539  * Set bandwidth for all channels.
1540  * The user can optionally supply a cutoff frequency. Otherwise an appropriate
1541  * default value will be used.
1542  */
1543 static av_cold void set_bandwidth(AC3EncodeContext *s, int cutoff)
1544 {
1545     int ch, bw_code;
1546
1547     if (cutoff) {
1548         /* calculate bandwidth based on user-specified cutoff frequency */
1549         int fbw_coeffs;
1550         cutoff         = av_clip(cutoff, 1, s->sample_rate >> 1);
1551         fbw_coeffs     = cutoff * 2 * AC3_MAX_COEFS / s->sample_rate;
1552         bw_code        = av_clip((fbw_coeffs - 73) / 3, 0, 60);
1553     } else {
1554         /* use default bandwidth setting */
1555         /* XXX: should compute the bandwidth according to the frame
1556            size, so that we avoid annoying high frequency artifacts */
1557         bw_code = 50;
1558     }
1559
1560     /* set number of coefficients for each channel */
1561     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
1562         s->bandwidth_code[ch] = bw_code;
1563         s->nb_coefs[ch]       = bw_code * 3 + 73;
1564     }
1565     if (s->lfe_on)
1566         s->nb_coefs[s->lfe_channel] = 7; /* LFE channel always has 7 coefs */
1567 }
1568
1569
1570 /**
1571  * Initialize the encoder.
1572  */
1573 static av_cold int ac3_encode_init(AVCodecContext *avctx)
1574 {
1575     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
1576     int ret;
1577
1578     avctx->frame_size = AC3_FRAME_SIZE;
1579
1580     ac3_common_init();
1581
1582     ret = validate_options(avctx, s);
1583     if (ret)
1584         return ret;
1585
1586     s->bitstream_id   = 8 + s->bit_alloc.sr_shift;
1587     s->bitstream_mode = 0; /* complete main audio service */
1588
1589     s->frame_size_min  = 2 * ff_ac3_frame_size_tab[s->frame_size_code][s->bit_alloc.sr_code];
1590     s->bits_written    = 0;
1591     s->samples_written = 0;
1592     s->frame_size      = s->frame_size_min;
1593
1594     set_bandwidth(s, avctx->cutoff);
1595
1596     /* initial snr offset */
1597     s->coarse_snr_offset = 40;
1598
1599     mdct_init(9);
1600
1601     avctx->coded_frame= avcodec_alloc_frame();
1602     avctx->coded_frame->key_frame= 1;
1603
1604     return 0;
1605 }
1606
1607
1608 #ifdef TEST
1609 /*************************************************************************/
1610 /* TEST */
1611
1612 #include "libavutil/lfg.h"
1613
1614 #define FN (MDCT_SAMPLES/4)
1615
1616
1617 static void fft_test(AVLFG *lfg)
1618 {
1619     IComplex in[FN], in1[FN];
1620     int k, n, i;
1621     float sum_re, sum_im, a;
1622
1623     for (i = 0; i < FN; i++) {
1624         in[i].re = av_lfg_get(lfg) % 65535 - 32767;
1625         in[i].im = av_lfg_get(lfg) % 65535 - 32767;
1626         in1[i]   = in[i];
1627     }
1628     fft(in, 7);
1629
1630     /* do it by hand */
1631     for (k = 0; k < FN; k++) {
1632         sum_re = 0;
1633         sum_im = 0;
1634         for (n = 0; n < FN; n++) {
1635             a = -2 * M_PI * (n * k) / FN;
1636             sum_re += in1[n].re * cos(a) - in1[n].im * sin(a);
1637             sum_im += in1[n].re * sin(a) + in1[n].im * cos(a);
1638         }
1639         av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "%3d: %6d,%6d %6.0f,%6.0f\n",
1640                k, in[k].re, in[k].im, sum_re / FN, sum_im / FN);
1641     }
1642 }
1643
1644
1645 static void mdct_test(AVLFG *lfg)
1646 {
1647     int16_t input[MDCT_SAMPLES];
1648     int32_t output[AC3_MAX_COEFS];
1649     float input1[MDCT_SAMPLES];
1650     float output1[AC3_MAX_COEFS];
1651     float s, a, err, e, emax;
1652     int i, k, n;
1653
1654     for (i = 0; i < MDCT_SAMPLES; i++) {
1655         input[i]  = (av_lfg_get(lfg) % 65535 - 32767) * 9 / 10;
1656         input1[i] = input[i];
1657     }
1658
1659     mdct512(output, input);
1660
1661     /* do it by hand */
1662     for (k = 0; k < AC3_MAX_COEFS; k++) {
1663         s = 0;
1664         for (n = 0; n < MDCT_SAMPLES; n++) {
1665             a = (2*M_PI*(2*n+1+MDCT_SAMPLES/2)*(2*k+1) / (4 * MDCT_SAMPLES));
1666             s += input1[n] * cos(a);
1667         }
1668         output1[k] = -2 * s / MDCT_SAMPLES;
1669     }
1670
1671     err  = 0;
1672     emax = 0;
1673     for (i = 0; i < AC3_MAX_COEFS; i++) {
1674         av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "%3d: %7d %7.0f\n", i, output[i], output1[i]);
1675         e = output[i] - output1[i];
1676         if (e > emax)
1677             emax = e;
1678         err += e * e;
1679     }
1680     av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "err2=%f emax=%f\n", err / AC3_MAX_COEFS, emax);
1681 }
1682
1683
1684 int main(void)
1685 {
1686     AVLFG lfg;
1687
1688     av_log_set_level(AV_LOG_DEBUG);
1689     mdct_init(9);
1690
1691     fft_test(&lfg);
1692     mdct_test(&lfg);
1693
1694     return 0;
1695 }
1696 #endif /* TEST */
1697
1698
1699 AVCodec ac3_encoder = {
1700     "ac3",
1701     AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1702     CODEC_ID_AC3,
1703     sizeof(AC3EncodeContext),
1704     ac3_encode_init,
1705     ac3_encode_frame,
1706     ac3_encode_close,
1707     NULL,
1708     .sample_fmts = (const enum AVSampleFormat[]){AV_SAMPLE_FMT_S16,AV_SAMPLE_FMT_NONE},
1709     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("ATSC A/52A (AC-3)"),
1710     .channel_layouts = (const int64_t[]){
1711         AV_CH_LAYOUT_MONO,
1712         AV_CH_LAYOUT_STEREO,
1713         AV_CH_LAYOUT_2_1,
1714         AV_CH_LAYOUT_SURROUND,
1715         AV_CH_LAYOUT_2_2,
1716         AV_CH_LAYOUT_QUAD,
1717         AV_CH_LAYOUT_4POINT0,
1718         AV_CH_LAYOUT_5POINT0,
1719         AV_CH_LAYOUT_5POINT0_BACK,
1720        (AV_CH_LAYOUT_MONO     | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1721        (AV_CH_LAYOUT_STEREO   | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1722        (AV_CH_LAYOUT_2_1      | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1723        (AV_CH_LAYOUT_SURROUND | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1724        (AV_CH_LAYOUT_2_2      | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1725        (AV_CH_LAYOUT_QUAD     | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1726        (AV_CH_LAYOUT_4POINT0  | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1727         AV_CH_LAYOUT_5POINT1,
1728         AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK,
1729         0 },
1730 };