git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - 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 /** Scale a float value by 2^bits and convert to an integer. */
  41 #define SCALE_FLOAT(a, bits) lrintf((a) * (float)(1 << (bits)))
  42
  43 /** Scale a float value by 2^15, convert to an integer, and clip to int16_t range. */
  44 #define FIX15(a) av_clip_int16(SCALE_FLOAT(a, 15))
  45
  46
  47 /**
  48  * Compex number.
  49  * Used in fixed-point MDCT calculation.
  50  */
  51 typedef struct IComplex {
  52     int16_t re,im;
  53 } IComplex;
  54
  55 /**
  56  * AC-3 encoder private context.
  57  */
  58 typedef struct AC3EncodeContext {
  59     PutBitContext pb;                       ///< bitstream writer context
  60
  61     int bitstream_id;                       ///< bitstream id                           (bsid)
  62     int bitstream_mode;                     ///< bitstream mode                         (bsmod)
  63
  64     int bit_rate;                           ///< target bit rate, in bits-per-second
  65     int sample_rate;                        ///< sampling frequency, in Hz
  66
  67     int frame_size_min;                     ///< minimum frame size in case rounding is necessary
  68     int frame_size;                         ///< current frame size in words
  69     int frame_size_code;                    ///< frame size code                        (frmsizecod)
  70     int bits_written;                       ///< bit count    (used to avg. bitrate)
  71     int samples_written;                    ///< sample count (used to avg. bitrate)
  72
  73     int fbw_channels;                       ///< number of full-bandwidth channels      (nfchans)
  74     int channels;                           ///< total number of channels               (nchans)
  75     int lfe_on;                             ///< indicates if there is an LFE channel   (lfeon)
  76     int lfe_channel;                        ///< channel index of the LFE channel
  77     int channel_mode;                       ///< channel mode                           (acmod)
  78     const uint8_t *channel_map;             ///< channel map used to reorder channels
  79
  80     int bandwidth_code[AC3_MAX_CHANNELS];   ///< bandwidth code (0 to 60)               (chbwcod)
  81     int nb_coefs[AC3_MAX_CHANNELS];
  82
  83     /* bitrate allocation control */
  84     int slow_gain_code;                     ///< slow gain code                         (sgaincod)
  85     int slow_decay_code;                    ///< slow decay code                        (sdcycod)
  86     int fast_decay_code;                    ///< fast decay code                        (fdcycod)
  87     int db_per_bit_code;                    ///< dB/bit code                            (dbpbcod)
  88     int floor_code;                         ///< floor code                             (floorcod)
  89     AC3BitAllocParameters bit_alloc;        ///< bit allocation parameters
  90     int coarse_snr_offset;                  ///< coarse SNR offsets                     (csnroffst)
  91     int fast_gain_code[AC3_MAX_CHANNELS];   ///< fast gain codes (signal-to-mask ratio) (fgaincod)
  92     int fine_snr_offset[AC3_MAX_CHANNELS];  ///< fine SNR offsets                       (fsnroffst)
  93
  94     /* mantissa encoding */
  95     int mant1_cnt, mant2_cnt, mant4_cnt;    ///< mantissa counts for bap=1,2,4
  96
  97     int16_t last_samples[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_BLOCK_SIZE]; ///< last 256 samples from previous frame
  98 } AC3EncodeContext;
  99
 100
 101 /** MDCT and FFT tables */
 102 static int16_t costab[64];
 103 static int16_t sintab[64];
 104 static int16_t xcos1[128];
 105 static int16_t xsin1[128];
 106
 107
 108 /**
 109  * Initialize FFT tables.
 110  * @param ln log2(FFT size)
 111  */
 112 static av_cold void fft_init(int ln)
 113 {
 114     int i, n, n2;
 115     float alpha;
 116
 117     n  = 1 << ln;
 118     n2 = n >> 1;
 119
 120     for (i = 0; i < n2; i++) {
 121         alpha     = 2.0 * M_PI * i / n;
 122         costab[i] = FIX15(cos(alpha));
 123         sintab[i] = FIX15(sin(alpha));
 124     }
 125 }
 126
 127
 128 /**
 129  * Initialize MDCT tables.
 130  * @param nbits log2(MDCT size)
 131  */
 132 static av_cold void mdct_init(int nbits)
 133 {
 134     int i, n, n4;
 135
 136     n  = 1 << nbits;
 137     n4 = n >> 2;
 138
 139     fft_init(nbits - 2);
 140
 141     for (i = 0; i < n4; i++) {
 142         float alpha = 2.0 * M_PI * (i + 1.0 / 8.0) / n;
 143         xcos1[i] = FIX15(-cos(alpha));
 144         xsin1[i] = FIX15(-sin(alpha));
 145     }
 146 }
 147
 148
 149 /** Butterfly op */
 150 #define BF(pre, pim, qre, qim, pre1, pim1, qre1, qim1)  \
 151 {                                                       \
 152   int ax, ay, bx, by;                                   \
 153   bx  = pre1;                                           \
 154   by  = pim1;                                           \
 155   ax  = qre1;                                           \
 156   ay  = qim1;                                           \
 157   pre = (bx + ax) >> 1;                                 \
 158   pim = (by + ay) >> 1;                                 \
 159   qre = (bx - ax) >> 1;                                 \
 160   qim = (by - ay) >> 1;                                 \
 161 }
 162
 163
 164 /** Complex multiply */
 165 #define CMUL(pre, pim, are, aim, bre, bim)              \
 166 {                                                       \
 167    pre = (MUL16(are, bre) - MUL16(aim, bim)) >> 15;     \
 168    pim = (MUL16(are, bim) + MUL16(bre, aim)) >> 15;     \
 169 }
 170
 171
 172 /**
 173  * Calculate a 2^n point complex FFT on 2^ln points.
 174  * @param z  complex input/output samples
 175  * @param ln log2(FFT size)
 176  */
 177 static void fft(IComplex *z, int ln)
 178 {
 179     int j, l, np, np2;
 180     int nblocks, nloops;
 181     register IComplex *p,*q;
 182     int tmp_re, tmp_im;
 183
 184     np = 1 << ln;
 185
 186     /* reverse */
 187     for (j = 0; j < np; j++) {
 188         int k = av_reverse[j] >> (8 - ln);
 189         if (k < j)
 190             FFSWAP(IComplex, z[k], z[j]);
 191     }
 192
 193     /* pass 0 */
 194
 195     p = &z[0];
 196     j = np >> 1;
 197     do {
 198         BF(p[0].re, p[0].im, p[1].re, p[1].im,
 199            p[0].re, p[0].im, p[1].re, p[1].im);
 200         p += 2;
 201     } while (--j);
 202
 203     /* pass 1 */
 204
 205     p = &z[0];
 206     j = np >> 2;
 207     do {
 208         BF(p[0].re, p[0].im, p[2].re,  p[2].im,
 209            p[0].re, p[0].im, p[2].re,  p[2].im);
 210         BF(p[1].re, p[1].im, p[3].re,  p[3].im,
 211            p[1].re, p[1].im, p[3].im, -p[3].re);
 212         p+=4;
 213     } while (--j);
 214
 215     /* pass 2 .. ln-1 */
 216
 217     nblocks = np >> 3;
 218     nloops  =  1 << 2;
 219     np2     = np >> 1;
 220     do {
 221         p = z;
 222         q = z + nloops;
 223         for (j = 0; j < nblocks; j++) {
 224             BF(p->re, p->im, q->re, q->im,
 225                p->re, p->im, q->re, q->im);
 226             p++;
 227             q++;
 228             for(l = nblocks; l < np2; l += nblocks) {
 229                 CMUL(tmp_re, tmp_im, costab[l], -sintab[l], q->re, q->im);
 230                 BF(p->re, p->im, q->re,  q->im,
 231                    p->re, p->im, tmp_re, tmp_im);
 232                 p++;
 233                 q++;
 234             }
 235             p += nloops;
 236             q += nloops;
 237         }
 238         nblocks = nblocks >> 1;
 239         nloops  = nloops  << 1;
 240     } while (nblocks);
 241 }
 242
 243
 244 /**
 245  * Calculate a 512-point MDCT
 246  * @param out 256 output frequency coefficients
 247  * @param in  512 windowed input audio samples
 248  */
 249 static void mdct512(int32_t *out, int16_t *in)
 250 {
 251     int i, re, im, re1, im1;
 252     int16_t rot[MDCT_SAMPLES];
 253     IComplex x[MDCT_SAMPLES/4];
 254
 255     /* shift to simplify computations */
 256     for (i = 0; i < MDCT_SAMPLES/4; i++)
 257         rot[i] = -in[i + 3*MDCT_SAMPLES/4];
 258     for (;i < MDCT_SAMPLES; i++)
 259         rot[i] =  in[i -   MDCT_SAMPLES/4];
 260
 261     /* pre rotation */
 262     for (i = 0; i < MDCT_SAMPLES/4; i++) {
 263         re =  ((int)rot[               2*i] - (int)rot[MDCT_SAMPLES  -1-2*i]) >> 1;
 264         im = -((int)rot[MDCT_SAMPLES/2+2*i] - (int)rot[MDCT_SAMPLES/2-1-2*i]) >> 1;
 265         CMUL(x[i].re, x[i].im, re, im, -xcos1[i], xsin1[i]);
 266     }
 267
 268     fft(x, MDCT_NBITS - 2);
 269
 270     /* post rotation */
 271     for (i = 0; i < MDCT_SAMPLES/4; i++) {
 272         re = x[i].re;
 273         im = x[i].im;
 274         CMUL(re1, im1, re, im, xsin1[i], xcos1[i]);
 275         out[                 2*i] = im1;
 276         out[MDCT_SAMPLES/2-1-2*i] = re1;
 277     }
 278 }
 279
 280
 281 /**
 282  * Calculate the log2() of the maximum absolute value in an array.
 283  * @param tab input array
 284  * @param n   number of values in the array
 285  * @return    log2(max(abs(tab[])))
 286  */
 287 static int log2_tab(int16_t *tab, int n)
 288 {
 289     int i, v;
 290
 291     v = 0;
 292     for (i = 0; i < n; i++)
 293         v |= abs(tab[i]);
 294
 295     return av_log2(v);
 296 }
 297
 298
 299 /**
 300  * Left-shift each value in an array by a specified amount.
 301  * @param tab    input array
 302  * @param n      number of values in the array
 303  * @param lshift left shift amount. a negative value means right shift.
 304  */
 305 static void lshift_tab(int16_t *tab, int n, int lshift)
 306 {
 307     int i;
 308
 309     if (lshift > 0) {
 310         for(i = 0; i < n; i++)
 311             tab[i] <<= lshift;
 312     } else if (lshift < 0) {
 313         lshift = -lshift;
 314         for (i = 0; i < n; i++)
 315             tab[i] >>= lshift;
 316     }
 317 }
 318
 319
 320 /**
 321  * Calculate the sum of absolute differences (SAD) between 2 sets of exponents.
 322  */
 323 static int calc_exp_diff(uint8_t *exp1, uint8_t *exp2, int n)
 324 {
 325     int sum, i;
 326     sum = 0;
 327     for (i = 0; i < n; i++)
 328         sum += abs(exp1[i] - exp2[i]);
 329     return sum;
 330 }
 331
 332
 333 /**
 334  * Exponent Difference Threshold.
 335  * New exponents are sent if their SAD exceed this number.
 336  */
 337 #define EXP_DIFF_THRESHOLD 1000
 338
 339
 340 /**
 341  * Calculate exponent strategies for all blocks in a single channel.
 342  */
 343 static void compute_exp_strategy_ch(uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
 344                                     uint8_t exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
 345                                     int ch, int is_lfe)
 346 {
 347     int blk, blk1;
 348     int exp_diff;
 349
 350     /* estimate if the exponent variation & decide if they should be
 351        reused in the next frame */
 352     exp_strategy[0][ch] = EXP_NEW;
 353     for (blk = 1; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
 354         exp_diff = calc_exp_diff(exp[blk][ch], exp[blk-1][ch], AC3_MAX_COEFS);
 355         if (exp_diff > EXP_DIFF_THRESHOLD)
 356             exp_strategy[blk][ch] = EXP_NEW;
 357         else
 358             exp_strategy[blk][ch] = EXP_REUSE;
 359     }
 360     if (is_lfe)
 361         return;
 362
 363     /* now select the encoding strategy type : if exponents are often
 364        recoded, we use a coarse encoding */
 365     blk = 0;
 366     while (blk < AC3_MAX_BLOCKS) {
 367         blk1 = blk + 1;
 368         while (blk1 < AC3_MAX_BLOCKS && exp_strategy[blk1][ch] == EXP_REUSE)
 369             blk1++;
 370         switch (blk1 - blk) {
 371         case 1:  exp_strategy[blk][ch] = EXP_D45; break;
 372         case 2:
 373         case 3:  exp_strategy[blk][ch] = EXP_D25; break;
 374         default: exp_strategy[blk][ch] = EXP_D15; break;
 375         }
 376         blk = blk1;
 377     }
 378 }
 379
 380
 381 /**
 382  * Set each encoded exponent in a block to the minimum of itself and the
 383  * exponent in the same frequency bin of a following block.
 384  * exp[i] = min(exp[i], exp1[i]
 385  */
 386 static void exponent_min(uint8_t exp[AC3_MAX_COEFS], uint8_t exp1[AC3_MAX_COEFS], int n)
 387 {
 388     int i;
 389     for (i = 0; i < n; i++) {
 390         if (exp1[i] < exp[i])
 391             exp[i] = exp1[i];
 392     }
 393 }
 394
 395
 396 /**
 397  * Update the exponents so that they are the ones the decoder will decode.
 398  * @return the number of bits used to encode the exponents.
 399  */
 400 static int encode_exponents_blk_ch(uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_COEFS],
 401                                    uint8_t exp[AC3_MAX_COEFS],
 402                                    int nb_exps, int exp_strategy)
 403 {
 404     int group_size, nb_groups, i, j, k, exp_min;
 405     uint8_t exp1[AC3_MAX_COEFS];
 406
 407     group_size = exp_strategy + (exp_strategy == EXP_D45);
 408     nb_groups = ((nb_exps + (group_size * 3) - 4) / (3 * group_size)) * 3;
 409
 410     /* for each group, compute the minimum exponent */
 411     exp1[0] = exp[0]; /* DC exponent is handled separately */
 412     k = 1;
 413     for (i = 1; i <= nb_groups; i++) {
 414         exp_min = exp[k];
 415         assert(exp_min >= 0 && exp_min <= 24);
 416         for (j = 1; j < group_size; j++) {
 417             if (exp[k+j] < exp_min)
 418                 exp_min = exp[k+j];
 419         }
 420         exp1[i] = exp_min;
 421         k += group_size;
 422     }
 423
 424     /* constraint for DC exponent */
 425     if (exp1[0] > 15)
 426         exp1[0] = 15;
 427
 428     /* decrease the delta between each groups to within 2 so that they can be
 429        differentially encoded */
 430     for (i = 1; i <= nb_groups; i++)
 431         exp1[i] = FFMIN(exp1[i], exp1[i-1] + 2);
 432     for (i = nb_groups-1; i >= 0; i--)
 433         exp1[i] = FFMIN(exp1[i], exp1[i+1] + 2);
 434
 435     /* now we have the exponent values the decoder will see */
 436     encoded_exp[0] = exp1[0];
 437     k = 1;
 438     for (i = 1; i <= nb_groups; i++) {
 439         for (j = 0; j < group_size; j++)
 440             encoded_exp[k+j] = exp1[i];
 441         k += group_size;
 442     }
 443
 444     return 4 + (nb_groups / 3) * 7;
 445 }
 446
 447
 448 /**
 449  * Calculate the number of bits needed to encode a set of mantissas.
 450  */
 451 static int compute_mantissa_size(AC3EncodeContext *s, uint8_t *m, int nb_coefs)
 452 {
 453     int bits, mant, i;
 454
 455     bits = 0;
 456     for (i = 0; i < nb_coefs; i++) {
 457         mant = m[i];
 458         switch (mant) {
 459         case 0:
 460             /* nothing */
 461             break;
 462         case 1:
 463             /* 3 mantissa in 5 bits */
 464             if (s->mant1_cnt == 0)
 465                 bits += 5;
 466             if (++s->mant1_cnt == 3)
 467                 s->mant1_cnt = 0;
 468             break;
 469         case 2:
 470             /* 3 mantissa in 7 bits */
 471             if (s->mant2_cnt == 0)
 472                 bits += 7;
 473             if (++s->mant2_cnt == 3)
 474                 s->mant2_cnt = 0;
 475             break;
 476         case 3:
 477             bits += 3;
 478             break;
 479         case 4:
 480             /* 2 mantissa in 7 bits */
 481             if (s->mant4_cnt == 0)
 482                 bits += 7;
 483             if (++s->mant4_cnt == 2)
 484                 s->mant4_cnt = 0;
 485             break;
 486         case 14:
 487             bits += 14;
 488             break;
 489         case 15:
 490             bits += 16;
 491             break;
 492         default:
 493             bits += mant - 1;
 494             break;
 495         }
 496     }
 497     return bits;
 498 }
 499
 500
 501 /**
 502  * Calculate masking curve based on the final exponents.
 503  * Also calculate the power spectral densities to use in future calculations.
 504  */
 505 static void bit_alloc_masking(AC3EncodeContext *s,
 506                               uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
 507                               uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
 508                               int16_t psd[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
 509                               int16_t mask[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_CRITICAL_BANDS])
 510 {
 511     int blk, ch;
 512     int16_t band_psd[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_CRITICAL_BANDS];
 513
 514     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
 515         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
 516             if(exp_strategy[blk][ch] == EXP_REUSE) {
 517                 memcpy(psd[blk][ch],  psd[blk-1][ch],  AC3_MAX_COEFS*sizeof(psd[0][0][0]));
 518                 memcpy(mask[blk][ch], mask[blk-1][ch], AC3_CRITICAL_BANDS*sizeof(mask[0][0][0]));
 519             } else {
 520                 ff_ac3_bit_alloc_calc_psd(encoded_exp[blk][ch], 0,
 521                                           s->nb_coefs[ch],
 522                                           psd[blk][ch], band_psd[blk][ch]);
 523                 ff_ac3_bit_alloc_calc_mask(&s->bit_alloc, band_psd[blk][ch],
 524                                            0, s->nb_coefs[ch],
 525                                            ff_ac3_fast_gain_tab[s->fast_gain_code[ch]],
 526                                            ch == s->lfe_channel,
 527                                            DBA_NONE, 0, NULL, NULL, NULL,
 528                                            mask[blk][ch]);
 529             }
 530         }
 531     }
 532 }
 533
 534
 535 /**
 536  * Run the bit allocation with a given SNR offset.
 537  * This calculates the bit allocation pointers that will be used to determine
 538  * the quantization of each mantissa.
 539  * @return the number of remaining bits (positive or negative) if the given
 540  *         SNR offset is used to quantize the mantissas.
 541  */
 542 static int bit_alloc(AC3EncodeContext *s,
 543                      int16_t mask[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_CRITICAL_BANDS],
 544                      int16_t psd[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
 545                      uint8_t bap[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
 546                      int frame_bits, int coarse_snr_offset, int fine_snr_offset)
 547 {
 548     int blk, ch;
 549     int snr_offset;
 550
 551     snr_offset = (((coarse_snr_offset - 15) << 4) + fine_snr_offset) << 2;
 552
 553     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
 554         s->mant1_cnt = 0;
 555         s->mant2_cnt = 0;
 556         s->mant4_cnt = 0;
 557         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
 558             ff_ac3_bit_alloc_calc_bap(mask[blk][ch], psd[blk][ch], 0,
 559                                       s->nb_coefs[ch], snr_offset,
 560                                       s->bit_alloc.floor, ff_ac3_bap_tab,
 561                                       bap[blk][ch]);
 562             frame_bits += compute_mantissa_size(s, bap[blk][ch], s->nb_coefs[ch]);
 563         }
 564     }
 565     return 16 * s->frame_size - frame_bits;
 566 }
 567
 568
 569 #define SNR_INC1 4
 570
 571 /**
 572  * Perform bit allocation search.
 573  * Finds the SNR offset value that maximizes quality and fits in the specified
 574  * frame size.  Output is the SNR offset and a set of bit allocation pointers
 575  * used to quantize the mantissas.
 576  */
 577 static int compute_bit_allocation(AC3EncodeContext *s,
 578                                   uint8_t bap[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
 579                                   uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
 580                                   uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
 581                                   int frame_bits)
 582 {
 583     int blk, ch;
 584     int coarse_snr_offset, fine_snr_offset;
 585     uint8_t bap1[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
 586     int16_t psd[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
 587     int16_t mask[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_CRITICAL_BANDS];
 588     static const int frame_bits_inc[8] = { 0, 0, 2, 2, 2, 4, 2, 4 };
 589
 590     /* init default parameters */
 591     s->slow_decay_code = 2;
 592     s->fast_decay_code = 1;
 593     s->slow_gain_code  = 1;
 594     s->db_per_bit_code = 2;
 595     s->floor_code      = 4;
 596     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
 597         s->fast_gain_code[ch] = 4;
 598
 599     /* compute real values */
 600     s->bit_alloc.slow_decay = ff_ac3_slow_decay_tab[s->slow_decay_code] >> s->bit_alloc.sr_shift;
 601     s->bit_alloc.fast_decay = ff_ac3_fast_decay_tab[s->fast_decay_code] >> s->bit_alloc.sr_shift;
 602     s->bit_alloc.slow_gain  = ff_ac3_slow_gain_tab[s->slow_gain_code];
 603     s->bit_alloc.db_per_bit = ff_ac3_db_per_bit_tab[s->db_per_bit_code];
 604     s->bit_alloc.floor      = ff_ac3_floor_tab[s->floor_code];
 605
 606     /* header size */
 607     frame_bits += 65;
 608     // if (s->channel_mode == 2)
 609     //    frame_bits += 2;
 610     frame_bits += frame_bits_inc[s->channel_mode];
 611
 612     /* audio blocks */
 613     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
 614         frame_bits += s->fbw_channels * 2 + 2; /* blksw * c, dithflag * c, dynrnge, cplstre */
 615         if (s->channel_mode == AC3_CHMODE_STEREO) {
 616             frame_bits++; /* rematstr */
 617             if (!blk)
 618                 frame_bits += 4;
 619         }
 620         frame_bits += 2 * s->fbw_channels; /* chexpstr[2] * c */
 621         if (s->lfe_on)
 622             frame_bits++; /* lfeexpstr */
 623         for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
 624             if (exp_strategy[blk][ch] != EXP_REUSE)
 625                 frame_bits += 6 + 2; /* chbwcod[6], gainrng[2] */
 626         }
 627         frame_bits++; /* baie */
 628         frame_bits++; /* snr */
 629         frame_bits += 2; /* delta / skip */
 630     }
 631     frame_bits++; /* cplinu for block 0 */
 632     /* bit alloc info */
 633     /* sdcycod[2], fdcycod[2], sgaincod[2], dbpbcod[2], floorcod[3] */
 634     /* csnroffset[6] */
 635     /* (fsnoffset[4] + fgaincod[4]) * c */
 636     frame_bits += 2*4 + 3 + 6 + s->channels * (4 + 3);
 637
 638     /* auxdatae, crcrsv */
 639     frame_bits += 2;
 640
 641     /* CRC */
 642     frame_bits += 16;
 643
 644     /* calculate psd and masking curve before doing bit allocation */
 645     bit_alloc_masking(s, encoded_exp, exp_strategy, psd, mask);
 646
 647     /* now the big work begins : do the bit allocation. Modify the snr
 648        offset until we can pack everything in the requested frame size */
 649
 650     coarse_snr_offset = s->coarse_snr_offset;
 651     while (coarse_snr_offset >= 0 &&
 652            bit_alloc(s, mask, psd, bap, frame_bits, coarse_snr_offset, 0) < 0)
 653         coarse_snr_offset -= SNR_INC1;
 654     if (coarse_snr_offset < 0) {
 655         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Bit allocation failed. Try increasing the bitrate.\n");
 656         return -1;
 657     }
 658     while (coarse_snr_offset + SNR_INC1 <= 63 &&
 659            bit_alloc(s, mask, psd, bap1, frame_bits,
 660                      coarse_snr_offset + SNR_INC1, 0) >= 0) {
 661         coarse_snr_offset += SNR_INC1;
 662         memcpy(bap, bap1, sizeof(bap1));
 663     }
 664     while (coarse_snr_offset + 1 <= 63 &&
 665            bit_alloc(s, mask, psd, bap1, frame_bits, coarse_snr_offset + 1, 0) >= 0) {
 666         coarse_snr_offset++;
 667         memcpy(bap, bap1, sizeof(bap1));
 668     }
 669
 670     fine_snr_offset = 0;
 671     while (fine_snr_offset + SNR_INC1 <= 15 &&
 672            bit_alloc(s, mask, psd, bap1, frame_bits,
 673                      coarse_snr_offset, fine_snr_offset + SNR_INC1) >= 0) {
 674         fine_snr_offset += SNR_INC1;
 675         memcpy(bap, bap1, sizeof(bap1));
 676     }
 677     while (fine_snr_offset + 1 <= 15 &&
 678            bit_alloc(s, mask, psd, bap1, frame_bits,
 679                      coarse_snr_offset, fine_snr_offset + 1) >= 0) {
 680         fine_snr_offset++;
 681         memcpy(bap, bap1, sizeof(bap1));
 682     }
 683
 684     s->coarse_snr_offset = coarse_snr_offset;
 685     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
 686         s->fine_snr_offset[ch] = fine_snr_offset;
 687
 688     return 0;
 689 }
 690
 691
 692 /**
 693  * Write the AC-3 frame header to the output bitstream.
 694  */
 695 static void output_frame_header(AC3EncodeContext *s, unsigned char *frame)
 696 {
 697     init_put_bits(&s->pb, frame, AC3_MAX_CODED_FRAME_SIZE);
 698
 699     put_bits(&s->pb, 16, 0x0b77);   /* frame header */
 700     put_bits(&s->pb, 16, 0);        /* crc1: will be filled later */
 701     put_bits(&s->pb, 2,  s->bit_alloc.sr_code);
 702     put_bits(&s->pb, 6,  s->frame_size_code + (s->frame_size - s->frame_size_min));
 703     put_bits(&s->pb, 5,  s->bitstream_id);
 704     put_bits(&s->pb, 3,  s->bitstream_mode);
 705     put_bits(&s->pb, 3,  s->channel_mode);
 706     if ((s->channel_mode & 0x01) && s->channel_mode != AC3_CHMODE_MONO)
 707         put_bits(&s->pb, 2, 1);     /* XXX -4.5 dB */
 708     if (s->channel_mode & 0x04)
 709         put_bits(&s->pb, 2, 1);     /* XXX -6 dB */
 710     if (s->channel_mode == AC3_CHMODE_STEREO)
 711         put_bits(&s->pb, 2, 0);     /* surround not indicated */
 712     put_bits(&s->pb, 1, s->lfe_on); /* LFE */
 713     put_bits(&s->pb, 5, 31);        /* dialog norm: -31 db */
 714     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no compression control word */
 715     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no lang code */
 716     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no audio production info */
 717     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no copyright */
 718     put_bits(&s->pb, 1, 1);         /* original bitstream */
 719     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no time code 1 */
 720     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no time code 2 */
 721     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no additional bit stream info */
 722 }
 723
 724
 725 /**
 726  * Symmetric quantization on 'levels' levels.
 727  */
 728 static inline int sym_quant(int c, int e, int levels)
 729 {
 730     int v;
 731
 732     if (c >= 0) {
 733         v = (levels * (c << e)) >> 24;
 734         v = (v + 1) >> 1;
 735         v = (levels >> 1) + v;
 736     } else {
 737         v = (levels * ((-c) << e)) >> 24;
 738         v = (v + 1) >> 1;
 739         v = (levels >> 1) - v;
 740     }
 741     assert (v >= 0 && v < levels);
 742     return v;
 743 }
 744
 745
 746 /**
 747  * Asymmetric quantization on 2^qbits levels.
 748  */
 749 static inline int asym_quant(int c, int e, int qbits)
 750 {
 751     int lshift, m, v;
 752
 753     lshift = e + qbits - 24;
 754     if (lshift >= 0)
 755         v = c << lshift;
 756     else
 757         v = c >> (-lshift);
 758     /* rounding */
 759     v = (v + 1) >> 1;
 760     m = (1 << (qbits-1));
 761     if (v >= m)
 762         v = m - 1;
 763     assert(v >= -m);
 764     return v & ((1 << qbits)-1);
 765 }
 766
 767
 768 /**
 769  * Write one audio block to the output bitstream.
 770  */
 771 static void output_audio_block(AC3EncodeContext *s,
 772                                uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_CHANNELS],
 773                                uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
 774                                uint8_t bap[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
 775                                int32_t mdct_coef[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
 776                                int8_t exp_shift[AC3_MAX_CHANNELS],
 777                                int block_num)
 778 {
 779     int ch, nb_groups, group_size, i, baie, rbnd;
 780     uint8_t *p;
 781     uint16_t qmant[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
 782     int exp0, exp1;
 783     int mant1_cnt, mant2_cnt, mant4_cnt;
 784     uint16_t *qmant1_ptr, *qmant2_ptr, *qmant4_ptr;
 785     int delta0, delta1, delta2;
 786
 787     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++)
 788         put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no block switching */
 789     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++)
 790         put_bits(&s->pb, 1, 1); /* no dither */
 791     put_bits(&s->pb, 1, 0);     /* no dynamic range */
 792     if (!block_num) {
 793         put_bits(&s->pb, 1, 1); /* coupling strategy present */
 794         put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no coupling strategy */
 795     } else {
 796         put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no new coupling strategy */
 797     }
 798
 799     if (s->channel_mode == AC3_CHMODE_STEREO) {
 800         if (!block_num) {
 801             /* first block must define rematrixing (rematstr) */
 802             put_bits(&s->pb, 1, 1);
 803
 804             /* dummy rematrixing rematflg(1:4)=0 */
 805             for (rbnd = 0; rbnd < 4; rbnd++)
 806                 put_bits(&s->pb, 1, 0);
 807         } else {
 808             /* no matrixing (but should be used in the future) */
 809             put_bits(&s->pb, 1, 0);
 810         }
 811     }
 812
 813     /* exponent strategy */
 814     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++)
 815         put_bits(&s->pb, 2, exp_strategy[ch]);
 816
 817     if (s->lfe_on)
 818         put_bits(&s->pb, 1, exp_strategy[s->lfe_channel]);
 819
 820     /* bandwidth */
 821     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
 822         if (exp_strategy[ch] != EXP_REUSE)
 823             put_bits(&s->pb, 6, s->bandwidth_code[ch]);
 824     }
 825
 826     /* exponents */
 827     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
 828         if (exp_strategy[ch] == EXP_REUSE)
 829             continue;
 830         group_size = exp_strategy[ch] + (exp_strategy[ch] == EXP_D45);
 831         nb_groups = (s->nb_coefs[ch] + (group_size * 3) - 4) / (3 * group_size);
 832         p = encoded_exp[ch];
 833
 834         /* first exponent */
 835         exp1 = *p++;
 836         put_bits(&s->pb, 4, exp1);
 837
 838         /* next ones are delta encoded */
 839         for (i = 0; i < nb_groups; i++) {
 840             /* merge three delta in one code */
 841             exp0   = exp1;
 842             exp1   = p[0];
 843             p     += group_size;
 844             delta0 = exp1 - exp0 + 2;
 845
 846             exp0   = exp1;
 847             exp1   = p[0];
 848             p     += group_size;
 849             delta1 = exp1 - exp0 + 2;
 850
 851             exp0   = exp1;
 852             exp1   = p[0];
 853             p     += group_size;
 854             delta2 = exp1 - exp0 + 2;
 855
 856             put_bits(&s->pb, 7, ((delta0 * 5 + delta1) * 5) + delta2);
 857         }
 858
 859         if (ch != s->lfe_channel)
 860             put_bits(&s->pb, 2, 0); /* no gain range info */
 861     }
 862
 863     /* bit allocation info */
 864     baie = (block_num == 0);
 865     put_bits(&s->pb, 1, baie);
 866     if (baie) {
 867         put_bits(&s->pb, 2, s->slow_decay_code);
 868         put_bits(&s->pb, 2, s->fast_decay_code);
 869         put_bits(&s->pb, 2, s->slow_gain_code);
 870         put_bits(&s->pb, 2, s->db_per_bit_code);
 871         put_bits(&s->pb, 3, s->floor_code);
 872     }
 873
 874     /* snr offset */
 875     put_bits(&s->pb, 1, baie);
 876     if (baie) {
 877         put_bits(&s->pb, 6, s->coarse_snr_offset);
 878         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
 879             put_bits(&s->pb, 4, s->fine_snr_offset[ch]);
 880             put_bits(&s->pb, 3, s->fast_gain_code[ch]);
 881         }
 882     }
 883
 884     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no delta bit allocation */
 885     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no data to skip */
 886
 887     /* mantissa encoding : we use two passes to handle the grouping. A
 888        one pass method may be faster, but it would necessitate to
 889        modify the output stream. */
 890
 891     /* first pass: quantize */
 892     mant1_cnt = mant2_cnt = mant4_cnt = 0;
 893     qmant1_ptr = qmant2_ptr = qmant4_ptr = NULL;
 894
 895     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
 896         int b, c, e, v;
 897
 898         for (i = 0; i < s->nb_coefs[ch]; i++) {
 899             c = mdct_coef[ch][i];
 900             e = encoded_exp[ch][i] - exp_shift[ch];
 901             b = bap[ch][i];
 902             switch (b) {
 903             case 0:
 904                 v = 0;
 905                 break;
 906             case 1:
 907                 v = sym_quant(c, e, 3);
 908                 switch (mant1_cnt) {
 909                 case 0:
 910                     qmant1_ptr = &qmant[ch][i];
 911                     v = 9 * v;
 912                     mant1_cnt = 1;
 913                     break;
 914                 case 1:
 915                     *qmant1_ptr += 3 * v;
 916                     mant1_cnt = 2;
 917                     v = 128;
 918                     break;
 919                 default:
 920                     *qmant1_ptr += v;
 921                     mant1_cnt = 0;
 922                     v = 128;
 923                     break;
 924                 }
 925                 break;
 926             case 2:
 927                 v = sym_quant(c, e, 5);
 928                 switch (mant2_cnt) {
 929                 case 0:
 930                     qmant2_ptr = &qmant[ch][i];
 931                     v = 25 * v;
 932                     mant2_cnt = 1;
 933                     break;
 934                 case 1:
 935                     *qmant2_ptr += 5 * v;
 936                     mant2_cnt = 2;
 937                     v = 128;
 938                     break;
 939                 default:
 940                     *qmant2_ptr += v;
 941                     mant2_cnt = 0;
 942                     v = 128;
 943                     break;
 944                 }
 945                 break;
 946             case 3:
 947                 v = sym_quant(c, e, 7);
 948                 break;
 949             case 4:
 950                 v = sym_quant(c, e, 11);
 951                 switch (mant4_cnt) {
 952                 case 0:
 953                     qmant4_ptr = &qmant[ch][i];
 954                     v = 11 * v;
 955                     mant4_cnt = 1;
 956                     break;
 957                 default:
 958                     *qmant4_ptr += v;
 959                     mant4_cnt = 0;
 960                     v = 128;
 961                     break;
 962                 }
 963                 break;
 964             case 5:
 965                 v = sym_quant(c, e, 15);
 966                 break;
 967             case 14:
 968                 v = asym_quant(c, e, 14);
 969                 break;
 970             case 15:
 971                 v = asym_quant(c, e, 16);
 972                 break;
 973             default:
 974                 v = asym_quant(c, e, b - 1);
 975                 break;
 976             }
 977             qmant[ch][i] = v;
 978         }
 979     }
 980
 981     /* second pass : output the values */
 982     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
 983         int b, q;
 984
 985         for (i = 0; i < s->nb_coefs[ch]; i++) {
 986             q = qmant[ch][i];
 987             b = bap[ch][i];
 988             switch (b) {
 989             case 0:                                         break;
 990             case 1: if (q != 128) put_bits(&s->pb,   5, q); break;
 991             case 2: if (q != 128) put_bits(&s->pb,   7, q); break;
 992             case 3:               put_bits(&s->pb,   3, q); break;
 993             case 4: if (q != 128) put_bits(&s->pb,   7, q); break;
 994             case 14:              put_bits(&s->pb,  14, q); break;
 995             case 15:              put_bits(&s->pb,  16, q); break;
 996             default:              put_bits(&s->pb, b-1, q); break;
 997             }
 998         }
 999     }
1000 }
1001
1002
1003 /** CRC-16 Polynomial */
1004 #define CRC16_POLY ((1 << 0) | (1 << 2) | (1 << 15) | (1 << 16))
1005
1006
1007 static unsigned int mul_poly(unsigned int a, unsigned int b, unsigned int poly)
1008 {
1009     unsigned int c;
1010
1011     c = 0;
1012     while (a) {
1013         if (a & 1)
1014             c ^= b;
1015         a = a >> 1;
1016         b = b << 1;
1017         if (b & (1 << 16))
1018             b ^= poly;
1019     }
1020     return c;
1021 }
1022
1023
1024 static unsigned int pow_poly(unsigned int a, unsigned int n, unsigned int poly)
1025 {
1026     unsigned int r;
1027     r = 1;
1028     while (n) {
1029         if (n & 1)
1030             r = mul_poly(r, a, poly);
1031         a = mul_poly(a, a, poly);
1032         n >>= 1;
1033     }
1034     return r;
1035 }
1036
1037
1038 /**
1039  * Fill the end of the frame with 0's and compute the two CRCs.
1040  */
1041 static int output_frame_end(AC3EncodeContext *s)
1042 {
1043     int frame_size, frame_size_58, n, crc1, crc2, crc_inv;
1044     uint8_t *frame;
1045
1046     frame_size = s->frame_size; /* frame size in words */
1047     /* align to 8 bits */
1048     flush_put_bits(&s->pb);
1049     /* add zero bytes to reach the frame size */
1050     frame = s->pb.buf;
1051     n = 2 * s->frame_size - (put_bits_ptr(&s->pb) - frame) - 2;
1052     assert(n >= 0);
1053     if (n > 0)
1054         memset(put_bits_ptr(&s->pb), 0, n);
1055
1056     /* Now we must compute both crcs : this is not so easy for crc1
1057        because it is at the beginning of the data... */
1058     frame_size_58 = (frame_size >> 1) + (frame_size >> 3);
1059
1060     crc1 = av_bswap16(av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI), 0,
1061                              frame + 4, 2 * frame_size_58 - 4));
1062
1063     /* XXX: could precompute crc_inv */
1064     crc_inv = pow_poly((CRC16_POLY >> 1), (16 * frame_size_58) - 16, CRC16_POLY);
1065     crc1    = mul_poly(crc_inv, crc1, CRC16_POLY);
1066     AV_WB16(frame + 2, crc1);
1067
1068     crc2 = av_bswap16(av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI), 0,
1069                              frame + 2 * frame_size_58,
1070                              (frame_size - frame_size_58) * 2 - 2));
1071     AV_WB16(frame + 2*frame_size - 2, crc2);
1072
1073     return frame_size * 2;
1074 }
1075
1076
1077 /**
1078  * Encode a single AC-3 frame.
1079  */
1080 static int ac3_encode_frame(AVCodecContext *avctx,
1081                             unsigned char *frame, int buf_size, void *data)
1082 {
1083     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
1084     const int16_t *samples = data;
1085     int v;
1086     int blk, blk1, blk2, ch, i;
1087     int16_t input_samples[AC3_WINDOW_SIZE];
1088     int32_t mdct_coef[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
1089     uint8_t exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
1090     uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS];
1091     uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
1092     uint8_t bap[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
1093     int8_t exp_shift[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS];
1094     int frame_bits;
1095
1096     frame_bits = 0;
1097     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1098         int ich = s->channel_map[ch];
1099         /* fixed mdct to the six sub blocks & exponent computation */
1100         for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
1101             const int16_t *sptr;
1102             int sinc;
1103
1104             /* compute input samples */
1105             memcpy(input_samples, s->last_samples[ich], AC3_BLOCK_SIZE * sizeof(int16_t));
1106             sinc = s->channels;
1107             sptr = samples + (sinc * AC3_BLOCK_SIZE * blk) + ich;
1108             for (i = 0; i < AC3_BLOCK_SIZE; i++) {
1109                 v = *sptr;
1110                 input_samples[i + AC3_BLOCK_SIZE] = v;
1111                 s->last_samples[ich][i] = v;
1112                 sptr += sinc;
1113             }
1114
1115             /* apply the MDCT window */
1116             for (i = 0; i < AC3_BLOCK_SIZE; i++) {
1117                 input_samples[i]                   = MUL16(input_samples[i],
1118                                                            ff_ac3_window[i]) >> 15;
1119                 input_samples[AC3_WINDOW_SIZE-i-1] = MUL16(input_samples[AC3_WINDOW_SIZE-i-1],
1120                                                            ff_ac3_window[i]) >> 15;
1121             }
1122
1123             /* Normalize the samples to use the maximum available precision */
1124             v = 14 - log2_tab(input_samples, AC3_WINDOW_SIZE);
1125             if (v < 0)
1126                 v = 0;
1127             exp_shift[blk][ch] = v - 9;
1128             lshift_tab(input_samples, AC3_WINDOW_SIZE, v);
1129
1130             /* do the MDCT */
1131             mdct512(mdct_coef[blk][ch], input_samples);
1132
1133             /* compute "exponents". We take into account the normalization there */
1134             for (i = 0; i < AC3_MAX_COEFS; i++) {
1135                 int e;
1136                 v = abs(mdct_coef[blk][ch][i]);
1137                 if (v == 0)
1138                     e = 24;
1139                 else {
1140                     e = 23 - av_log2(v) + exp_shift[blk][ch];
1141                     if (e >= 24) {
1142                         e = 24;
1143                         mdct_coef[blk][ch][i] = 0;
1144                     }
1145                 }
1146                 exp[blk][ch][i] = e;
1147             }
1148         }
1149
1150         compute_exp_strategy_ch(exp_strategy, exp, ch, ch == s->lfe_channel);
1151
1152         /* compute the exponents as the decoder will see them. The
1153            EXP_REUSE case must be handled carefully : we select the
1154            min of the exponents */
1155         blk = 0;
1156         while (blk < AC3_MAX_BLOCKS) {
1157             blk1 = blk + 1;
1158             while (blk1 < AC3_MAX_BLOCKS && exp_strategy[blk1][ch] == EXP_REUSE) {
1159                 exponent_min(exp[blk][ch], exp[blk1][ch], s->nb_coefs[ch]);
1160                 blk1++;
1161             }
1162             frame_bits += encode_exponents_blk_ch(encoded_exp[blk][ch],
1163                                                   exp[blk][ch], s->nb_coefs[ch],
1164                                                   exp_strategy[blk][ch]);
1165             /* copy encoded exponents for reuse case */
1166             for (blk2 = blk+1; blk2 < blk1; blk2++) {
1167                 memcpy(encoded_exp[blk2][ch], encoded_exp[blk][ch],
1168                        s->nb_coefs[ch] * sizeof(uint8_t));
1169             }
1170             blk = blk1;
1171         }
1172     }
1173
1174     /* adjust for fractional frame sizes */
1175     while (s->bits_written >= s->bit_rate && s->samples_written >= s->sample_rate) {
1176         s->bits_written    -= s->bit_rate;
1177         s->samples_written -= s->sample_rate;
1178     }
1179     s->frame_size = s->frame_size_min + (s->bits_written * s->sample_rate < s->samples_written * s->bit_rate);
1180     s->bits_written    += s->frame_size * 16;
1181     s->samples_written += AC3_FRAME_SIZE;
1182
1183     compute_bit_allocation(s, bap, encoded_exp, exp_strategy, frame_bits);
1184     /* everything is known... let's output the frame */
1185     output_frame_header(s, frame);
1186
1187     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
1188         output_audio_block(s, exp_strategy[blk], encoded_exp[blk],
1189                            bap[blk], mdct_coef[blk], exp_shift[blk], blk);
1190     }
1191     return output_frame_end(s);
1192 }
1193
1194
1195 /**
1196  * Finalize encoding and free any memory allocated by the encoder.
1197  */
1198 static av_cold int ac3_encode_close(AVCodecContext *avctx)
1199 {
1200     av_freep(&avctx->coded_frame);
1201     return 0;
1202 }
1203
1204
1205 /**
1206  * Set channel information during initialization.
1207  */
1208 static av_cold int set_channel_info(AC3EncodeContext *s, int channels,
1209                                     int64_t *channel_layout)
1210 {
1211     int ch_layout;
1212
1213     if (channels < 1 || channels > AC3_MAX_CHANNELS)
1214         return -1;
1215     if ((uint64_t)*channel_layout > 0x7FF)
1216         return -1;
1217     ch_layout = *channel_layout;
1218     if (!ch_layout)
1219         ch_layout = avcodec_guess_channel_layout(channels, CODEC_ID_AC3, NULL);
1220     if (av_get_channel_layout_nb_channels(ch_layout) != channels)
1221         return -1;
1222
1223     s->lfe_on       = !!(ch_layout & AV_CH_LOW_FREQUENCY);
1224     s->channels     = channels;
1225     s->fbw_channels = channels - s->lfe_on;
1226     s->lfe_channel  = s->lfe_on ? s->fbw_channels : -1;
1227     if (s->lfe_on)
1228         ch_layout -= AV_CH_LOW_FREQUENCY;
1229
1230     switch (ch_layout) {
1231     case AV_CH_LAYOUT_MONO:           s->channel_mode = AC3_CHMODE_MONO;   break;
1232     case AV_CH_LAYOUT_STEREO:         s->channel_mode = AC3_CHMODE_STEREO; break;
1233     case AV_CH_LAYOUT_SURROUND:       s->channel_mode = AC3_CHMODE_3F;     break;
1234     case AV_CH_LAYOUT_2_1:            s->channel_mode = AC3_CHMODE_2F1R;   break;
1235     case AV_CH_LAYOUT_4POINT0:        s->channel_mode = AC3_CHMODE_3F1R;   break;
1236     case AV_CH_LAYOUT_QUAD:
1237     case AV_CH_LAYOUT_2_2:            s->channel_mode = AC3_CHMODE_2F2R;   break;
1238     case AV_CH_LAYOUT_5POINT0:
1239     case AV_CH_LAYOUT_5POINT0_BACK:   s->channel_mode = AC3_CHMODE_3F2R;   break;
1240     default:
1241         return -1;
1242     }
1243
1244     s->channel_map  = ff_ac3_enc_channel_map[s->channel_mode][s->lfe_on];
1245     *channel_layout = ch_layout;
1246     if (s->lfe_on)
1247         *channel_layout |= AV_CH_LOW_FREQUENCY;
1248
1249     return 0;
1250 }
1251
1252
1253 /**
1254  * Initialize the encoder.
1255  */
1256 static av_cold int ac3_encode_init(AVCodecContext *avctx)
1257 {
1258     int freq = avctx->sample_rate;
1259     int bitrate = avctx->bit_rate;
1260     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
1261     int i, j, ch;
1262     int bw_code;
1263
1264     avctx->frame_size = AC3_FRAME_SIZE;
1265
1266     ac3_common_init();
1267
1268     if (!avctx->channel_layout) {
1269         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "No channel layout specified. The "
1270                                       "encoder will guess the layout, but it "
1271                                       "might be incorrect.\n");
1272     }
1273     if (set_channel_info(s, avctx->channels, &avctx->channel_layout)) {
1274         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid channel layout\n");
1275         return -1;
1276     }
1277
1278     /* frequency */
1279     for (i = 0; i < 3; i++) {
1280         for (j = 0; j < 3; j++)
1281             if ((ff_ac3_sample_rate_tab[j] >> i) == freq)
1282                 goto found;
1283     }
1284     return -1;
1285  found:
1286     s->sample_rate        = freq;
1287     s->bit_alloc.sr_shift = i;
1288     s->bit_alloc.sr_code  = j;
1289     s->bitstream_id       = 8 + s->bit_alloc.sr_shift;
1290     s->bitstream_mode     = 0; /* complete main audio service */
1291
1292     /* bitrate & frame size */
1293     for (i = 0; i < 19; i++) {
1294         if ((ff_ac3_bitrate_tab[i] >> s->bit_alloc.sr_shift)*1000 == bitrate)
1295             break;
1296     }
1297     if (i == 19)
1298         return -1;
1299     s->bit_rate        = bitrate;
1300     s->frame_size_code = i << 1;
1301     s->frame_size_min  = ff_ac3_frame_size_tab[s->frame_size_code][s->bit_alloc.sr_code];
1302     s->bits_written    = 0;
1303     s->samples_written = 0;
1304     s->frame_size      = s->frame_size_min;
1305
1306     /* set bandwidth */
1307     if(avctx->cutoff) {
1308         /* calculate bandwidth based on user-specified cutoff frequency */
1309         int cutoff     = av_clip(avctx->cutoff, 1, s->sample_rate >> 1);
1310         int fbw_coeffs = cutoff * 2 * AC3_MAX_COEFS / s->sample_rate;
1311         bw_code        = av_clip((fbw_coeffs - 73) / 3, 0, 60);
1312     } else {
1313         /* use default bandwidth setting */
1314         /* XXX: should compute the bandwidth according to the frame
1315            size, so that we avoid annoying high frequency artifacts */
1316         bw_code = 50;
1317     }
1318     for(ch=0;ch<s->fbw_channels;ch++) {
1319         /* bandwidth for each channel */
1320         s->bandwidth_code[ch] = bw_code;
1321         s->nb_coefs[ch]       = bw_code * 3 + 73;
1322     }
1323     if (s->lfe_on)
1324         s->nb_coefs[s->lfe_channel] = 7; /* LFE channel always has 7 coefs */
1325
1326     /* initial snr offset */
1327     s->coarse_snr_offset = 40;
1328
1329     mdct_init(9);
1330
1331     avctx->coded_frame= avcodec_alloc_frame();
1332     avctx->coded_frame->key_frame= 1;
1333
1334     return 0;
1335 }
1336
1337
1338 #ifdef TEST
1339 /*************************************************************************/
1340 /* TEST */
1341
1342 #include "libavutil/lfg.h"
1343
1344 #define FN (MDCT_SAMPLES/4)
1345
1346
1347 static void fft_test(AVLFG *lfg)
1348 {
1349     IComplex in[FN], in1[FN];
1350     int k, n, i;
1351     float sum_re, sum_im, a;
1352
1353     for (i = 0; i < FN; i++) {
1354         in[i].re = av_lfg_get(lfg) % 65535 - 32767;
1355         in[i].im = av_lfg_get(lfg) % 65535 - 32767;
1356         in1[i]   = in[i];
1357     }
1358     fft(in, 7);
1359
1360     /* do it by hand */
1361     for (k = 0; k < FN; k++) {
1362         sum_re = 0;
1363         sum_im = 0;
1364         for (n = 0; n < FN; n++) {
1365             a = -2 * M_PI * (n * k) / FN;
1366             sum_re += in1[n].re * cos(a) - in1[n].im * sin(a);
1367             sum_im += in1[n].re * sin(a) + in1[n].im * cos(a);
1368         }
1369         av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "%3d: %6d,%6d %6.0f,%6.0f\n",
1370                k, in[k].re, in[k].im, sum_re / FN, sum_im / FN);
1371     }
1372 }
1373
1374
1375 static void mdct_test(AVLFG *lfg)
1376 {
1377     int16_t input[MDCT_SAMPLES];
1378     int32_t output[AC3_MAX_COEFS];
1379     float input1[MDCT_SAMPLES];
1380     float output1[AC3_MAX_COEFS];
1381     float s, a, err, e, emax;
1382     int i, k, n;
1383
1384     for (i = 0; i < MDCT_SAMPLES; i++) {
1385         input[i]  = (av_lfg_get(lfg) % 65535 - 32767) * 9 / 10;
1386         input1[i] = input[i];
1387     }
1388
1389     mdct512(output, input);
1390
1391     /* do it by hand */
1392     for (k = 0; k < AC3_MAX_COEFS; k++) {
1393         s = 0;
1394         for (n = 0; n < MDCT_SAMPLES; n++) {
1395             a = (2*M_PI*(2*n+1+MDCT_SAMPLES/2)*(2*k+1) / (4 * MDCT_SAMPLES));
1396             s += input1[n] * cos(a);
1397         }
1398         output1[k] = -2 * s / MDCT_SAMPLES;
1399     }
1400
1401     err  = 0;
1402     emax = 0;
1403     for (i = 0; i < AC3_MAX_COEFS; i++) {
1404         av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "%3d: %7d %7.0f\n", i, output[i], output1[i]);
1405         e = output[i] - output1[i];
1406         if (e > emax)
1407             emax = e;
1408         err += e * e;
1409     }
1410     av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "err2=%f emax=%f\n", err / AC3_MAX_COEFS, emax);
1411 }
1412
1413
1414 int main(void)
1415 {
1416     AVLFG lfg;
1417
1418     av_log_set_level(AV_LOG_DEBUG);
1419     mdct_init(9);
1420
1421     fft_test(&lfg);
1422     mdct_test(&lfg);
1423
1424     return 0;
1425 }
1426 #endif /* TEST */
1427
1428
1429 AVCodec ac3_encoder = {
1430     "ac3",
1431     AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1432     CODEC_ID_AC3,
1433     sizeof(AC3EncodeContext),
1434     ac3_encode_init,
1435     ac3_encode_frame,
1436     ac3_encode_close,
1437     NULL,
1438     .sample_fmts = (const enum AVSampleFormat[]){AV_SAMPLE_FMT_S16,AV_SAMPLE_FMT_NONE},
1439     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("ATSC A/52A (AC-3)"),
1440     .channel_layouts = (const int64_t[]){
1441         AV_CH_LAYOUT_MONO,
1442         AV_CH_LAYOUT_STEREO,
1443         AV_CH_LAYOUT_2_1,
1444         AV_CH_LAYOUT_SURROUND,
1445         AV_CH_LAYOUT_2_2,
1446         AV_CH_LAYOUT_QUAD,
1447         AV_CH_LAYOUT_4POINT0,
1448         AV_CH_LAYOUT_5POINT0,
1449         AV_CH_LAYOUT_5POINT0_BACK,
1450        (AV_CH_LAYOUT_MONO     | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1451        (AV_CH_LAYOUT_STEREO   | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1452        (AV_CH_LAYOUT_2_1      | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1453        (AV_CH_LAYOUT_SURROUND | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1454        (AV_CH_LAYOUT_2_2      | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1455        (AV_CH_LAYOUT_QUAD     | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1456        (AV_CH_LAYOUT_4POINT0  | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1457         AV_CH_LAYOUT_5POINT1,
1458         AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK,
1459         0 },
1460 };