]> git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/ac3enc.c
e815c66640998892d2c87f5ec00f01ee384a6e69
[ffmpeg] / libavcodec / ac3enc.c
1 /*
2  * The simplest AC-3 encoder
3  * Copyright (c) 2000 Fabrice Bellard
4  * Copyright (c) 2006-2010 Justin Ruggles <justin.ruggles@gmail.com>
5  * Copyright (c) 2006-2010 Prakash Punnoor <prakash@punnoor.de>
6  *
7  * This file is part of FFmpeg.
8  *
9  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
11  * License as published by the Free Software Foundation; either
12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
13  *
14  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
17  * Lesser General Public License for more details.
18  *
19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
20  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
22  */
23
24 /**
25  * @file
26  * The simplest AC-3 encoder.
27  */
28
29 //#define DEBUG
30
31 #include "libavcore/audioconvert.h"
32 #include "libavutil/crc.h"
33 #include "avcodec.h"
34 #include "put_bits.h"
35 #include "dsputil.h"
36 #include "ac3.h"
37 #include "audioconvert.h"
38
39
40 #ifndef CONFIG_AC3ENC_FLOAT
41 #define CONFIG_AC3ENC_FLOAT 0
42 #endif
43
44
45 /** Maximum number of exponent groups. +1 for separate DC exponent. */
46 #define AC3_MAX_EXP_GROUPS 85
47
48 /** Scale a float value by 2^bits and convert to an integer. */
49 #define SCALE_FLOAT(a, bits) lrintf((a) * (float)(1 << (bits)))
50
51
52 #if CONFIG_AC3ENC_FLOAT
53 #include "ac3enc_float.h"
54 #else
55 #include "ac3enc_fixed.h"
56 #endif
57
58
59 /**
60  * Data for a single audio block.
61  */
62 typedef struct AC3Block {
63     uint8_t  **bap;                             ///< bit allocation pointers (bap)
64     CoefType **mdct_coef;                       ///< MDCT coefficients
65     uint8_t  **exp;                             ///< original exponents
66     uint8_t  **grouped_exp;                     ///< grouped exponents
67     int16_t  **psd;                             ///< psd per frequency bin
68     int16_t  **band_psd;                        ///< psd per critical band
69     int16_t  **mask;                            ///< masking curve
70     uint16_t **qmant;                           ///< quantized mantissas
71     uint8_t  exp_strategy[AC3_MAX_CHANNELS];    ///< exponent strategies
72     int8_t   exp_shift[AC3_MAX_CHANNELS];       ///< exponent shift values
73 } AC3Block;
74
75 /**
76  * AC-3 encoder private context.
77  */
78 typedef struct AC3EncodeContext {
79     PutBitContext pb;                       ///< bitstream writer context
80     DSPContext dsp;
81     AC3MDCTContext mdct;                    ///< MDCT context
82
83     AC3Block blocks[AC3_MAX_BLOCKS];        ///< per-block info
84
85     int bitstream_id;                       ///< bitstream id                           (bsid)
86     int bitstream_mode;                     ///< bitstream mode                         (bsmod)
87
88     int bit_rate;                           ///< target bit rate, in bits-per-second
89     int sample_rate;                        ///< sampling frequency, in Hz
90
91     int frame_size_min;                     ///< minimum frame size in case rounding is necessary
92     int frame_size;                         ///< current frame size in bytes
93     int frame_size_code;                    ///< frame size code                        (frmsizecod)
94     uint16_t crc_inv[2];
95     int bits_written;                       ///< bit count    (used to avg. bitrate)
96     int samples_written;                    ///< sample count (used to avg. bitrate)
97
98     int fbw_channels;                       ///< number of full-bandwidth channels      (nfchans)
99     int channels;                           ///< total number of channels               (nchans)
100     int lfe_on;                             ///< indicates if there is an LFE channel   (lfeon)
101     int lfe_channel;                        ///< channel index of the LFE channel
102     int channel_mode;                       ///< channel mode                           (acmod)
103     const uint8_t *channel_map;             ///< channel map used to reorder channels
104
105     int cutoff;                             ///< user-specified cutoff frequency, in Hz
106     int bandwidth_code[AC3_MAX_CHANNELS];   ///< bandwidth code (0 to 60)               (chbwcod)
107     int nb_coefs[AC3_MAX_CHANNELS];
108
109     /* bitrate allocation control */
110     int slow_gain_code;                     ///< slow gain code                         (sgaincod)
111     int slow_decay_code;                    ///< slow decay code                        (sdcycod)
112     int fast_decay_code;                    ///< fast decay code                        (fdcycod)
113     int db_per_bit_code;                    ///< dB/bit code                            (dbpbcod)
114     int floor_code;                         ///< floor code                             (floorcod)
115     AC3BitAllocParameters bit_alloc;        ///< bit allocation parameters
116     int coarse_snr_offset;                  ///< coarse SNR offsets                     (csnroffst)
117     int fast_gain_code[AC3_MAX_CHANNELS];   ///< fast gain codes (signal-to-mask ratio) (fgaincod)
118     int fine_snr_offset[AC3_MAX_CHANNELS];  ///< fine SNR offsets                       (fsnroffst)
119     int frame_bits_fixed;                   ///< number of non-coefficient bits for fixed parameters
120     int frame_bits;                         ///< all frame bits except exponents and mantissas
121     int exponent_bits;                      ///< number of bits used for exponents
122
123     /* mantissa encoding */
124     int mant1_cnt, mant2_cnt, mant4_cnt;    ///< mantissa counts for bap=1,2,4
125     uint16_t *qmant1_ptr, *qmant2_ptr, *qmant4_ptr; ///< mantissa pointers for bap=1,2,4
126
127     SampleType **planar_samples;
128     uint8_t *bap_buffer;
129     uint8_t *bap1_buffer;
130     CoefType *mdct_coef_buffer;
131     uint8_t *exp_buffer;
132     uint8_t *grouped_exp_buffer;
133     int16_t *psd_buffer;
134     int16_t *band_psd_buffer;
135     int16_t *mask_buffer;
136     uint16_t *qmant_buffer;
137
138     DECLARE_ALIGNED(16, SampleType, windowed_samples)[AC3_WINDOW_SIZE];
139 } AC3EncodeContext;
140
141
142 /* prototypes for functions in ac3enc_fixed.c and ac3enc_float.c */
143
144 static av_cold void mdct_end(AC3MDCTContext *mdct);
145
146 static av_cold int mdct_init(AVCodecContext *avctx, AC3MDCTContext *mdct,
147                              int nbits);
148
149 static void mdct512(AC3MDCTContext *mdct, CoefType *out, SampleType *in);
150
151 static void apply_window(SampleType *output, const SampleType *input,
152                          const SampleType *window, int n);
153
154 static int normalize_samples(AC3EncodeContext *s);
155
156
157 /**
158  * LUT for number of exponent groups.
159  * exponent_group_tab[exponent strategy-1][number of coefficients]
160  */
161 static uint8_t exponent_group_tab[3][256];
162
163
164 /**
165  * List of supported channel layouts.
166  */
167 static const int64_t ac3_channel_layouts[] = {
168      AV_CH_LAYOUT_MONO,
169      AV_CH_LAYOUT_STEREO,
170      AV_CH_LAYOUT_2_1,
171      AV_CH_LAYOUT_SURROUND,
172      AV_CH_LAYOUT_2_2,
173      AV_CH_LAYOUT_QUAD,
174      AV_CH_LAYOUT_4POINT0,
175      AV_CH_LAYOUT_5POINT0,
176      AV_CH_LAYOUT_5POINT0_BACK,
177     (AV_CH_LAYOUT_MONO     | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
178     (AV_CH_LAYOUT_STEREO   | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
179     (AV_CH_LAYOUT_2_1      | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
180     (AV_CH_LAYOUT_SURROUND | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
181     (AV_CH_LAYOUT_2_2      | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
182     (AV_CH_LAYOUT_QUAD     | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
183     (AV_CH_LAYOUT_4POINT0  | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
184      AV_CH_LAYOUT_5POINT1,
185      AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK,
186      0
187 };
188
189
190 /**
191  * Adjust the frame size to make the average bit rate match the target bit rate.
192  * This is only needed for 11025, 22050, and 44100 sample rates.
193  */
194 static void adjust_frame_size(AC3EncodeContext *s)
195 {
196     while (s->bits_written >= s->bit_rate && s->samples_written >= s->sample_rate) {
197         s->bits_written    -= s->bit_rate;
198         s->samples_written -= s->sample_rate;
199     }
200     s->frame_size = s->frame_size_min +
201                     2 * (s->bits_written * s->sample_rate < s->samples_written * s->bit_rate);
202     s->bits_written    += s->frame_size * 8;
203     s->samples_written += AC3_FRAME_SIZE;
204 }
205
206
207 /**
208  * Deinterleave input samples.
209  * Channels are reordered from FFmpeg's default order to AC-3 order.
210  */
211 static void deinterleave_input_samples(AC3EncodeContext *s,
212                                        const SampleType *samples)
213 {
214     int ch, i;
215
216     /* deinterleave and remap input samples */
217     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
218         const SampleType *sptr;
219         int sinc;
220
221         /* copy last 256 samples of previous frame to the start of the current frame */
222         memcpy(&s->planar_samples[ch][0], &s->planar_samples[ch][AC3_FRAME_SIZE],
223                AC3_BLOCK_SIZE * sizeof(s->planar_samples[0][0]));
224
225         /* deinterleave */
226         sinc = s->channels;
227         sptr = samples + s->channel_map[ch];
228         for (i = AC3_BLOCK_SIZE; i < AC3_FRAME_SIZE+AC3_BLOCK_SIZE; i++) {
229             s->planar_samples[ch][i] = *sptr;
230             sptr += sinc;
231         }
232     }
233 }
234
235
236 /**
237  * Apply the MDCT to input samples to generate frequency coefficients.
238  * This applies the KBD window and normalizes the input to reduce precision
239  * loss due to fixed-point calculations.
240  */
241 static void apply_mdct(AC3EncodeContext *s)
242 {
243     int blk, ch;
244
245     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
246         for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
247             AC3Block *block = &s->blocks[blk];
248             const SampleType *input_samples = &s->planar_samples[ch][blk * AC3_BLOCK_SIZE];
249
250             apply_window(s->windowed_samples, input_samples, s->mdct.window, AC3_WINDOW_SIZE);
251
252             block->exp_shift[ch] = normalize_samples(s);
253
254             mdct512(&s->mdct, block->mdct_coef[ch], s->windowed_samples);
255         }
256     }
257 }
258
259
260 /**
261  * Initialize exponent tables.
262  */
263 static av_cold void exponent_init(AC3EncodeContext *s)
264 {
265     int i;
266     for (i = 73; i < 256; i++) {
267         exponent_group_tab[0][i] = (i - 1) /  3;
268         exponent_group_tab[1][i] = (i + 2) /  6;
269         exponent_group_tab[2][i] = (i + 8) / 12;
270     }
271     /* LFE */
272     exponent_group_tab[0][7] = 2;
273 }
274
275
276 /**
277  * Extract exponents from the MDCT coefficients.
278  * This takes into account the normalization that was done to the input samples
279  * by adjusting the exponents by the exponent shift values.
280  */
281 static void extract_exponents(AC3EncodeContext *s)
282 {
283     int blk, ch, i;
284
285     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
286         for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
287             AC3Block *block = &s->blocks[blk];
288             uint8_t *exp   = block->exp[ch];
289             CoefType *coef = block->mdct_coef[ch];
290             int exp_shift  = block->exp_shift[ch];
291             for (i = 0; i < AC3_MAX_COEFS; i++) {
292                 int e;
293                 int v = abs(SCALE_COEF(coef[i]));
294                 if (v == 0)
295                     e = 24;
296                 else {
297                     e = 23 - av_log2(v) + exp_shift;
298                     if (e >= 24) {
299                         e = 24;
300                         coef[i] = 0;
301                     }
302                 }
303                 exp[i] = e;
304             }
305         }
306     }
307 }
308
309
310 /**
311  * Exponent Difference Threshold.
312  * New exponents are sent if their SAD exceed this number.
313  */
314 #define EXP_DIFF_THRESHOLD 1000
315
316
317 /**
318  * Calculate exponent strategies for all blocks in a single channel.
319  */
320 static void compute_exp_strategy_ch(AC3EncodeContext *s, uint8_t *exp_strategy,
321                                     uint8_t **exp)
322 {
323     int blk, blk1;
324     int exp_diff;
325
326     /* estimate if the exponent variation & decide if they should be
327        reused in the next frame */
328     exp_strategy[0] = EXP_NEW;
329     for (blk = 1; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
330         exp_diff = s->dsp.sad[0](NULL, exp[blk], exp[blk-1], 16, 16);
331         if (exp_diff > EXP_DIFF_THRESHOLD)
332             exp_strategy[blk] = EXP_NEW;
333         else
334             exp_strategy[blk] = EXP_REUSE;
335     }
336     emms_c();
337
338     /* now select the encoding strategy type : if exponents are often
339        recoded, we use a coarse encoding */
340     blk = 0;
341     while (blk < AC3_MAX_BLOCKS) {
342         blk1 = blk + 1;
343         while (blk1 < AC3_MAX_BLOCKS && exp_strategy[blk1] == EXP_REUSE)
344             blk1++;
345         switch (blk1 - blk) {
346         case 1:  exp_strategy[blk] = EXP_D45; break;
347         case 2:
348         case 3:  exp_strategy[blk] = EXP_D25; break;
349         default: exp_strategy[blk] = EXP_D15; break;
350         }
351         blk = blk1;
352     }
353 }
354
355
356 /**
357  * Calculate exponent strategies for all channels.
358  * Array arrangement is reversed to simplify the per-channel calculation.
359  */
360 static void compute_exp_strategy(AC3EncodeContext *s)
361 {
362     uint8_t *exp1[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_BLOCKS];
363     uint8_t exp_str1[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_BLOCKS];
364     int ch, blk;
365
366     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
367         for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
368             exp1[ch][blk]     = s->blocks[blk].exp[ch];
369             exp_str1[ch][blk] = s->blocks[blk].exp_strategy[ch];
370         }
371
372         compute_exp_strategy_ch(s, exp_str1[ch], exp1[ch]);
373
374         for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++)
375             s->blocks[blk].exp_strategy[ch] = exp_str1[ch][blk];
376     }
377     if (s->lfe_on) {
378         ch = s->lfe_channel;
379         s->blocks[0].exp_strategy[ch] = EXP_D15;
380         for (blk = 1; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++)
381             s->blocks[blk].exp_strategy[ch] = EXP_REUSE;
382     }
383 }
384
385
386 /**
387  * Set each encoded exponent in a block to the minimum of itself and the
388  * exponent in the same frequency bin of a following block.
389  * exp[i] = min(exp[i], exp1[i]
390  */
391 static void exponent_min(uint8_t *exp, uint8_t *exp1, int n)
392 {
393     int i;
394     for (i = 0; i < n; i++) {
395         if (exp1[i] < exp[i])
396             exp[i] = exp1[i];
397     }
398 }
399
400
401 /**
402  * Update the exponents so that they are the ones the decoder will decode.
403  */
404 static void encode_exponents_blk_ch(uint8_t *exp, int nb_exps, int exp_strategy)
405 {
406     int nb_groups, i, k;
407
408     nb_groups = exponent_group_tab[exp_strategy-1][nb_exps] * 3;
409
410     /* for each group, compute the minimum exponent */
411     switch(exp_strategy) {
412     case EXP_D25:
413         for (i = 1, k = 1; i <= nb_groups; i++) {
414             uint8_t exp_min = exp[k];
415             if (exp[k+1] < exp_min)
416                 exp_min = exp[k+1];
417             exp[i] = exp_min;
418             k += 2;
419         }
420         break;
421     case EXP_D45:
422         for (i = 1, k = 1; i <= nb_groups; i++) {
423             uint8_t exp_min = exp[k];
424             if (exp[k+1] < exp_min)
425                 exp_min = exp[k+1];
426             if (exp[k+2] < exp_min)
427                 exp_min = exp[k+2];
428             if (exp[k+3] < exp_min)
429                 exp_min = exp[k+3];
430             exp[i] = exp_min;
431             k += 4;
432         }
433         break;
434     }
435
436     /* constraint for DC exponent */
437     if (exp[0] > 15)
438         exp[0] = 15;
439
440     /* decrease the delta between each groups to within 2 so that they can be
441        differentially encoded */
442     for (i = 1; i <= nb_groups; i++)
443         exp[i] = FFMIN(exp[i], exp[i-1] + 2);
444     i--;
445     while (--i >= 0)
446         exp[i] = FFMIN(exp[i], exp[i+1] + 2);
447
448     /* now we have the exponent values the decoder will see */
449     switch (exp_strategy) {
450     case EXP_D25:
451         for (i = nb_groups, k = nb_groups * 2; i > 0; i--) {
452             uint8_t exp1 = exp[i];
453             exp[k--] = exp1;
454             exp[k--] = exp1;
455         }
456         break;
457     case EXP_D45:
458         for (i = nb_groups, k = nb_groups * 4; i > 0; i--) {
459             exp[k] = exp[k-1] = exp[k-2] = exp[k-3] = exp[i];
460             k -= 4;
461         }
462         break;
463     }
464 }
465
466
467 /**
468  * Encode exponents from original extracted form to what the decoder will see.
469  * This copies and groups exponents based on exponent strategy and reduces
470  * deltas between adjacent exponent groups so that they can be differentially
471  * encoded.
472  */
473 static void encode_exponents(AC3EncodeContext *s)
474 {
475     int blk, blk1, blk2, ch;
476     AC3Block *block, *block1, *block2;
477
478     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
479         blk = 0;
480         block = &s->blocks[0];
481         while (blk < AC3_MAX_BLOCKS) {
482             blk1 = blk + 1;
483             block1 = block + 1;
484             /* for the EXP_REUSE case we select the min of the exponents */
485             while (blk1 < AC3_MAX_BLOCKS && block1->exp_strategy[ch] == EXP_REUSE) {
486                 exponent_min(block->exp[ch], block1->exp[ch], s->nb_coefs[ch]);
487                 blk1++;
488                 block1++;
489             }
490             encode_exponents_blk_ch(block->exp[ch], s->nb_coefs[ch],
491                                     block->exp_strategy[ch]);
492             /* copy encoded exponents for reuse case */
493             block2 = block + 1;
494             for (blk2 = blk+1; blk2 < blk1; blk2++, block2++) {
495                 memcpy(block2->exp[ch], block->exp[ch],
496                        s->nb_coefs[ch] * sizeof(uint8_t));
497             }
498             blk = blk1;
499             block = block1;
500         }
501     }
502 }
503
504
505 /**
506  * Group exponents.
507  * 3 delta-encoded exponents are in each 7-bit group. The number of groups
508  * varies depending on exponent strategy and bandwidth.
509  */
510 static void group_exponents(AC3EncodeContext *s)
511 {
512     int blk, ch, i;
513     int group_size, nb_groups, bit_count;
514     uint8_t *p;
515     int delta0, delta1, delta2;
516     int exp0, exp1;
517
518     bit_count = 0;
519     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
520         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
521         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
522             if (block->exp_strategy[ch] == EXP_REUSE) {
523                 continue;
524             }
525             group_size = block->exp_strategy[ch] + (block->exp_strategy[ch] == EXP_D45);
526             nb_groups = exponent_group_tab[block->exp_strategy[ch]-1][s->nb_coefs[ch]];
527             bit_count += 4 + (nb_groups * 7);
528             p = block->exp[ch];
529
530             /* DC exponent */
531             exp1 = *p++;
532             block->grouped_exp[ch][0] = exp1;
533
534             /* remaining exponents are delta encoded */
535             for (i = 1; i <= nb_groups; i++) {
536                 /* merge three delta in one code */
537                 exp0   = exp1;
538                 exp1   = p[0];
539                 p     += group_size;
540                 delta0 = exp1 - exp0 + 2;
541
542                 exp0   = exp1;
543                 exp1   = p[0];
544                 p     += group_size;
545                 delta1 = exp1 - exp0 + 2;
546
547                 exp0   = exp1;
548                 exp1   = p[0];
549                 p     += group_size;
550                 delta2 = exp1 - exp0 + 2;
551
552                 block->grouped_exp[ch][i] = ((delta0 * 5 + delta1) * 5) + delta2;
553             }
554         }
555     }
556
557     s->exponent_bits = bit_count;
558 }
559
560
561 /**
562  * Calculate final exponents from the supplied MDCT coefficients and exponent shift.
563  * Extract exponents from MDCT coefficients, calculate exponent strategies,
564  * and encode final exponents.
565  */
566 static void process_exponents(AC3EncodeContext *s)
567 {
568     extract_exponents(s);
569
570     compute_exp_strategy(s);
571
572     encode_exponents(s);
573
574     group_exponents(s);
575 }
576
577
578 /**
579  * Count frame bits that are based solely on fixed parameters.
580  * This only has to be run once when the encoder is initialized.
581  */
582 static void count_frame_bits_fixed(AC3EncodeContext *s)
583 {
584     static const int frame_bits_inc[8] = { 0, 0, 2, 2, 2, 4, 2, 4 };
585     int blk;
586     int frame_bits;
587
588     /* assumptions:
589      *   no dynamic range codes
590      *   no channel coupling
591      *   no rematrixing
592      *   bit allocation parameters do not change between blocks
593      *   SNR offsets do not change between blocks
594      *   no delta bit allocation
595      *   no skipped data
596      *   no auxilliary data
597      */
598
599     /* header size */
600     frame_bits = 65;
601     frame_bits += frame_bits_inc[s->channel_mode];
602
603     /* audio blocks */
604     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
605         frame_bits += s->fbw_channels * 2 + 2; /* blksw * c, dithflag * c, dynrnge, cplstre */
606         if (s->channel_mode == AC3_CHMODE_STEREO) {
607             frame_bits++; /* rematstr */
608             if (!blk)
609                 frame_bits += 4;
610         }
611         frame_bits += 2 * s->fbw_channels; /* chexpstr[2] * c */
612         if (s->lfe_on)
613             frame_bits++; /* lfeexpstr */
614         frame_bits++; /* baie */
615         frame_bits++; /* snr */
616         frame_bits += 2; /* delta / skip */
617     }
618     frame_bits++; /* cplinu for block 0 */
619     /* bit alloc info */
620     /* sdcycod[2], fdcycod[2], sgaincod[2], dbpbcod[2], floorcod[3] */
621     /* csnroffset[6] */
622     /* (fsnoffset[4] + fgaincod[4]) * c */
623     frame_bits += 2*4 + 3 + 6 + s->channels * (4 + 3);
624
625     /* auxdatae, crcrsv */
626     frame_bits += 2;
627
628     /* CRC */
629     frame_bits += 16;
630
631     s->frame_bits_fixed = frame_bits;
632 }
633
634
635 /**
636  * Initialize bit allocation.
637  * Set default parameter codes and calculate parameter values.
638  */
639 static void bit_alloc_init(AC3EncodeContext *s)
640 {
641     int ch;
642
643     /* init default parameters */
644     s->slow_decay_code = 2;
645     s->fast_decay_code = 1;
646     s->slow_gain_code  = 1;
647     s->db_per_bit_code = 3;
648     s->floor_code      = 4;
649     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
650         s->fast_gain_code[ch] = 4;
651
652     /* initial snr offset */
653     s->coarse_snr_offset = 40;
654
655     /* compute real values */
656     /* currently none of these values change during encoding, so we can just
657        set them once at initialization */
658     s->bit_alloc.slow_decay = ff_ac3_slow_decay_tab[s->slow_decay_code] >> s->bit_alloc.sr_shift;
659     s->bit_alloc.fast_decay = ff_ac3_fast_decay_tab[s->fast_decay_code] >> s->bit_alloc.sr_shift;
660     s->bit_alloc.slow_gain  = ff_ac3_slow_gain_tab[s->slow_gain_code];
661     s->bit_alloc.db_per_bit = ff_ac3_db_per_bit_tab[s->db_per_bit_code];
662     s->bit_alloc.floor      = ff_ac3_floor_tab[s->floor_code];
663
664     count_frame_bits_fixed(s);
665 }
666
667
668 /**
669  * Count the bits used to encode the frame, minus exponents and mantissas.
670  * Bits based on fixed parameters have already been counted, so now we just
671  * have to add the bits based on parameters that change during encoding.
672  */
673 static void count_frame_bits(AC3EncodeContext *s)
674 {
675     int blk, ch;
676     int frame_bits = 0;
677
678     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
679         uint8_t *exp_strategy = s->blocks[blk].exp_strategy;
680         for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
681             if (exp_strategy[ch] != EXP_REUSE)
682                 frame_bits += 6 + 2; /* chbwcod[6], gainrng[2] */
683         }
684     }
685     s->frame_bits = s->frame_bits_fixed + frame_bits;
686 }
687
688
689 /**
690  * Calculate the number of bits needed to encode a set of mantissas.
691  */
692 static int compute_mantissa_size(int mant_cnt[5], uint8_t *bap, int nb_coefs)
693 {
694     int bits, b, i;
695
696     bits = 0;
697     for (i = 0; i < nb_coefs; i++) {
698         b = bap[i];
699         if (b <= 4) {
700             // bap=1 to bap=4 will be counted in compute_mantissa_size_final
701             mant_cnt[b]++;
702         } else if (b <= 13) {
703             // bap=5 to bap=13 use (bap-1) bits
704             bits += b - 1;
705         } else {
706             // bap=14 uses 14 bits and bap=15 uses 16 bits
707             bits += (b == 14) ? 14 : 16;
708         }
709     }
710     return bits;
711 }
712
713
714 /**
715  * Finalize the mantissa bit count by adding in the grouped mantissas.
716  */
717 static int compute_mantissa_size_final(int mant_cnt[5])
718 {
719     // bap=1 : 3 mantissas in 5 bits
720     int bits = (mant_cnt[1] / 3) * 5;
721     // bap=2 : 3 mantissas in 7 bits
722     // bap=4 : 2 mantissas in 7 bits
723     bits += ((mant_cnt[2] / 3) + (mant_cnt[4] >> 1)) * 7;
724     // bap=3 : each mantissa is 3 bits
725     bits += mant_cnt[3] * 3;
726     return bits;
727 }
728
729
730 /**
731  * Calculate masking curve based on the final exponents.
732  * Also calculate the power spectral densities to use in future calculations.
733  */
734 static void bit_alloc_masking(AC3EncodeContext *s)
735 {
736     int blk, ch;
737
738     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
739         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
740         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
741             /* We only need psd and mask for calculating bap.
742                Since we currently do not calculate bap when exponent
743                strategy is EXP_REUSE we do not need to calculate psd or mask. */
744             if (block->exp_strategy[ch] != EXP_REUSE) {
745                 ff_ac3_bit_alloc_calc_psd(block->exp[ch], 0,
746                                           s->nb_coefs[ch],
747                                           block->psd[ch], block->band_psd[ch]);
748                 ff_ac3_bit_alloc_calc_mask(&s->bit_alloc, block->band_psd[ch],
749                                            0, s->nb_coefs[ch],
750                                            ff_ac3_fast_gain_tab[s->fast_gain_code[ch]],
751                                            ch == s->lfe_channel,
752                                            DBA_NONE, 0, NULL, NULL, NULL,
753                                            block->mask[ch]);
754             }
755         }
756     }
757 }
758
759
760 /**
761  * Ensure that bap for each block and channel point to the current bap_buffer.
762  * They may have been switched during the bit allocation search.
763  */
764 static void reset_block_bap(AC3EncodeContext *s)
765 {
766     int blk, ch;
767     if (s->blocks[0].bap[0] == s->bap_buffer)
768         return;
769     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
770         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
771             s->blocks[blk].bap[ch] = &s->bap_buffer[AC3_MAX_COEFS * (blk * s->channels + ch)];
772         }
773     }
774 }
775
776
777 /**
778  * Run the bit allocation with a given SNR offset.
779  * This calculates the bit allocation pointers that will be used to determine
780  * the quantization of each mantissa.
781  * @return the number of bits needed for mantissas if the given SNR offset is
782  *         is used.
783  */
784 static int bit_alloc(AC3EncodeContext *s, int snr_offset)
785 {
786     int blk, ch;
787     int mantissa_bits;
788     int mant_cnt[5];
789
790     snr_offset = (snr_offset - 240) << 2;
791
792     reset_block_bap(s);
793     mantissa_bits = 0;
794     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
795         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
796         // initialize grouped mantissa counts. these are set so that they are
797         // padded to the next whole group size when bits are counted in
798         // compute_mantissa_size_final
799         mant_cnt[0] = mant_cnt[3] = 0;
800         mant_cnt[1] = mant_cnt[2] = 2;
801         mant_cnt[4] = 1;
802         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
803             /* Currently the only bit allocation parameters which vary across
804                blocks within a frame are the exponent values.  We can take
805                advantage of that by reusing the bit allocation pointers
806                whenever we reuse exponents. */
807             if (block->exp_strategy[ch] == EXP_REUSE) {
808                 memcpy(block->bap[ch], s->blocks[blk-1].bap[ch], AC3_MAX_COEFS);
809             } else {
810                 ff_ac3_bit_alloc_calc_bap(block->mask[ch], block->psd[ch], 0,
811                                           s->nb_coefs[ch], snr_offset,
812                                           s->bit_alloc.floor, ff_ac3_bap_tab,
813                                           block->bap[ch]);
814             }
815             mantissa_bits += compute_mantissa_size(mant_cnt, block->bap[ch], s->nb_coefs[ch]);
816         }
817         mantissa_bits += compute_mantissa_size_final(mant_cnt);
818     }
819     return mantissa_bits;
820 }
821
822
823 /**
824  * Constant bitrate bit allocation search.
825  * Find the largest SNR offset that will allow data to fit in the frame.
826  */
827 static int cbr_bit_allocation(AC3EncodeContext *s)
828 {
829     int ch;
830     int bits_left;
831     int snr_offset, snr_incr;
832
833     bits_left = 8 * s->frame_size - (s->frame_bits + s->exponent_bits);
834
835     snr_offset = s->coarse_snr_offset << 4;
836
837     /* if previous frame SNR offset was 1023, check if current frame can also
838        use SNR offset of 1023. if so, skip the search. */
839     if ((snr_offset | s->fine_snr_offset[0]) == 1023) {
840         if (bit_alloc(s, 1023) <= bits_left)
841             return 0;
842     }
843
844     while (snr_offset >= 0 &&
845            bit_alloc(s, snr_offset) > bits_left) {
846         snr_offset -= 64;
847     }
848     if (snr_offset < 0)
849         return AVERROR(EINVAL);
850
851     FFSWAP(uint8_t *, s->bap_buffer, s->bap1_buffer);
852     for (snr_incr = 64; snr_incr > 0; snr_incr >>= 2) {
853         while (snr_offset + snr_incr <= 1023 &&
854                bit_alloc(s, snr_offset + snr_incr) <= bits_left) {
855             snr_offset += snr_incr;
856             FFSWAP(uint8_t *, s->bap_buffer, s->bap1_buffer);
857         }
858     }
859     FFSWAP(uint8_t *, s->bap_buffer, s->bap1_buffer);
860     reset_block_bap(s);
861
862     s->coarse_snr_offset = snr_offset >> 4;
863     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
864         s->fine_snr_offset[ch] = snr_offset & 0xF;
865
866     return 0;
867 }
868
869
870 /**
871  * Downgrade exponent strategies to reduce the bits used by the exponents.
872  * This is a fallback for when bit allocation fails with the normal exponent
873  * strategies.  Each time this function is run it only downgrades the
874  * strategy in 1 channel of 1 block.
875  * @return non-zero if downgrade was unsuccessful
876  */
877 static int downgrade_exponents(AC3EncodeContext *s)
878 {
879     int ch, blk;
880
881     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
882         for (blk = AC3_MAX_BLOCKS-1; blk >= 0; blk--) {
883             if (s->blocks[blk].exp_strategy[ch] == EXP_D15) {
884                 s->blocks[blk].exp_strategy[ch] = EXP_D25;
885                 return 0;
886             }
887         }
888     }
889     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
890         for (blk = AC3_MAX_BLOCKS-1; blk >= 0; blk--) {
891             if (s->blocks[blk].exp_strategy[ch] == EXP_D25) {
892                 s->blocks[blk].exp_strategy[ch] = EXP_D45;
893                 return 0;
894             }
895         }
896     }
897     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
898         /* block 0 cannot reuse exponents, so only downgrade D45 to REUSE if
899            the block number > 0 */
900         for (blk = AC3_MAX_BLOCKS-1; blk > 0; blk--) {
901             if (s->blocks[blk].exp_strategy[ch] > EXP_REUSE) {
902                 s->blocks[blk].exp_strategy[ch] = EXP_REUSE;
903                 return 0;
904             }
905         }
906     }
907     return -1;
908 }
909
910
911 /**
912  * Reduce the bandwidth to reduce the number of bits used for a given SNR offset.
913  * This is a second fallback for when bit allocation still fails after exponents
914  * have been downgraded.
915  * @return non-zero if bandwidth reduction was unsuccessful
916  */
917 static int reduce_bandwidth(AC3EncodeContext *s, int min_bw_code)
918 {
919     int ch;
920
921     if (s->bandwidth_code[0] > min_bw_code) {
922         for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
923             s->bandwidth_code[ch]--;
924             s->nb_coefs[ch] = s->bandwidth_code[ch] * 3 + 73;
925         }
926         return 0;
927     }
928     return -1;
929 }
930
931
932 /**
933  * Perform bit allocation search.
934  * Finds the SNR offset value that maximizes quality and fits in the specified
935  * frame size.  Output is the SNR offset and a set of bit allocation pointers
936  * used to quantize the mantissas.
937  */
938 static int compute_bit_allocation(AC3EncodeContext *s)
939 {
940     int ret;
941
942     count_frame_bits(s);
943
944     bit_alloc_masking(s);
945
946     ret = cbr_bit_allocation(s);
947     while (ret) {
948         /* fallback 1: downgrade exponents */
949         if (!downgrade_exponents(s)) {
950             extract_exponents(s);
951             encode_exponents(s);
952             group_exponents(s);
953             ret = compute_bit_allocation(s);
954             continue;
955         }
956
957         /* fallback 2: reduce bandwidth */
958         /* only do this if the user has not specified a specific cutoff
959            frequency */
960         if (!s->cutoff && !reduce_bandwidth(s, 0)) {
961             process_exponents(s);
962             ret = compute_bit_allocation(s);
963             continue;
964         }
965
966         /* fallbacks were not enough... */
967         break;
968     }
969
970     return ret;
971 }
972
973
974 /**
975  * Symmetric quantization on 'levels' levels.
976  */
977 static inline int sym_quant(int c, int e, int levels)
978 {
979     int v;
980
981     if (c >= 0) {
982         v = (levels * (c << e)) >> 24;
983         v = (v + 1) >> 1;
984         v = (levels >> 1) + v;
985     } else {
986         v = (levels * ((-c) << e)) >> 24;
987         v = (v + 1) >> 1;
988         v = (levels >> 1) - v;
989     }
990     assert(v >= 0 && v < levels);
991     return v;
992 }
993
994
995 /**
996  * Asymmetric quantization on 2^qbits levels.
997  */
998 static inline int asym_quant(int c, int e, int qbits)
999 {
1000     int lshift, m, v;
1001
1002     lshift = e + qbits - 24;
1003     if (lshift >= 0)
1004         v = c << lshift;
1005     else
1006         v = c >> (-lshift);
1007     /* rounding */
1008     v = (v + 1) >> 1;
1009     m = (1 << (qbits-1));
1010     if (v >= m)
1011         v = m - 1;
1012     assert(v >= -m);
1013     return v & ((1 << qbits)-1);
1014 }
1015
1016
1017 /**
1018  * Quantize a set of mantissas for a single channel in a single block.
1019  */
1020 static void quantize_mantissas_blk_ch(AC3EncodeContext *s, CoefType *mdct_coef,
1021                                       int8_t exp_shift, uint8_t *exp,
1022                                       uint8_t *bap, uint16_t *qmant, int n)
1023 {
1024     int i;
1025
1026     for (i = 0; i < n; i++) {
1027         int v;
1028         int c = SCALE_COEF(mdct_coef[i]);
1029         int e = exp[i] - exp_shift;
1030         int b = bap[i];
1031         switch (b) {
1032         case 0:
1033             v = 0;
1034             break;
1035         case 1:
1036             v = sym_quant(c, e, 3);
1037             switch (s->mant1_cnt) {
1038             case 0:
1039                 s->qmant1_ptr = &qmant[i];
1040                 v = 9 * v;
1041                 s->mant1_cnt = 1;
1042                 break;
1043             case 1:
1044                 *s->qmant1_ptr += 3 * v;
1045                 s->mant1_cnt = 2;
1046                 v = 128;
1047                 break;
1048             default:
1049                 *s->qmant1_ptr += v;
1050                 s->mant1_cnt = 0;
1051                 v = 128;
1052                 break;
1053             }
1054             break;
1055         case 2:
1056             v = sym_quant(c, e, 5);
1057             switch (s->mant2_cnt) {
1058             case 0:
1059                 s->qmant2_ptr = &qmant[i];
1060                 v = 25 * v;
1061                 s->mant2_cnt = 1;
1062                 break;
1063             case 1:
1064                 *s->qmant2_ptr += 5 * v;
1065                 s->mant2_cnt = 2;
1066                 v = 128;
1067                 break;
1068             default:
1069                 *s->qmant2_ptr += v;
1070                 s->mant2_cnt = 0;
1071                 v = 128;
1072                 break;
1073             }
1074             break;
1075         case 3:
1076             v = sym_quant(c, e, 7);
1077             break;
1078         case 4:
1079             v = sym_quant(c, e, 11);
1080             switch (s->mant4_cnt) {
1081             case 0:
1082                 s->qmant4_ptr = &qmant[i];
1083                 v = 11 * v;
1084                 s->mant4_cnt = 1;
1085                 break;
1086             default:
1087                 *s->qmant4_ptr += v;
1088                 s->mant4_cnt = 0;
1089                 v = 128;
1090                 break;
1091             }
1092             break;
1093         case 5:
1094             v = sym_quant(c, e, 15);
1095             break;
1096         case 14:
1097             v = asym_quant(c, e, 14);
1098             break;
1099         case 15:
1100             v = asym_quant(c, e, 16);
1101             break;
1102         default:
1103             v = asym_quant(c, e, b - 1);
1104             break;
1105         }
1106         qmant[i] = v;
1107     }
1108 }
1109
1110
1111 /**
1112  * Quantize mantissas using coefficients, exponents, and bit allocation pointers.
1113  */
1114 static void quantize_mantissas(AC3EncodeContext *s)
1115 {
1116     int blk, ch;
1117
1118
1119     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
1120         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
1121         s->mant1_cnt  = s->mant2_cnt  = s->mant4_cnt  = 0;
1122         s->qmant1_ptr = s->qmant2_ptr = s->qmant4_ptr = NULL;
1123
1124         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1125             quantize_mantissas_blk_ch(s, block->mdct_coef[ch], block->exp_shift[ch],
1126                                       block->exp[ch], block->bap[ch],
1127                                       block->qmant[ch], s->nb_coefs[ch]);
1128         }
1129     }
1130 }
1131
1132
1133 /**
1134  * Write the AC-3 frame header to the output bitstream.
1135  */
1136 static void output_frame_header(AC3EncodeContext *s)
1137 {
1138     put_bits(&s->pb, 16, 0x0b77);   /* frame header */
1139     put_bits(&s->pb, 16, 0);        /* crc1: will be filled later */
1140     put_bits(&s->pb, 2,  s->bit_alloc.sr_code);
1141     put_bits(&s->pb, 6,  s->frame_size_code + (s->frame_size - s->frame_size_min) / 2);
1142     put_bits(&s->pb, 5,  s->bitstream_id);
1143     put_bits(&s->pb, 3,  s->bitstream_mode);
1144     put_bits(&s->pb, 3,  s->channel_mode);
1145     if ((s->channel_mode & 0x01) && s->channel_mode != AC3_CHMODE_MONO)
1146         put_bits(&s->pb, 2, 1);     /* XXX -4.5 dB */
1147     if (s->channel_mode & 0x04)
1148         put_bits(&s->pb, 2, 1);     /* XXX -6 dB */
1149     if (s->channel_mode == AC3_CHMODE_STEREO)
1150         put_bits(&s->pb, 2, 0);     /* surround not indicated */
1151     put_bits(&s->pb, 1, s->lfe_on); /* LFE */
1152     put_bits(&s->pb, 5, 31);        /* dialog norm: -31 db */
1153     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no compression control word */
1154     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no lang code */
1155     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no audio production info */
1156     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no copyright */
1157     put_bits(&s->pb, 1, 1);         /* original bitstream */
1158     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no time code 1 */
1159     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no time code 2 */
1160     put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no additional bit stream info */
1161 }
1162
1163
1164 /**
1165  * Write one audio block to the output bitstream.
1166  */
1167 static void output_audio_block(AC3EncodeContext *s, int block_num)
1168 {
1169     int ch, i, baie, rbnd;
1170     AC3Block *block = &s->blocks[block_num];
1171
1172     /* block switching */
1173     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++)
1174         put_bits(&s->pb, 1, 0);
1175
1176     /* dither flags */
1177     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++)
1178         put_bits(&s->pb, 1, 1);
1179
1180     /* dynamic range codes */
1181     put_bits(&s->pb, 1, 0);
1182
1183     /* channel coupling */
1184     if (!block_num) {
1185         put_bits(&s->pb, 1, 1); /* coupling strategy present */
1186         put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no coupling strategy */
1187     } else {
1188         put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no new coupling strategy */
1189     }
1190
1191     /* stereo rematrixing */
1192     if (s->channel_mode == AC3_CHMODE_STEREO) {
1193         if (!block_num) {
1194             /* first block must define rematrixing (rematstr) */
1195             put_bits(&s->pb, 1, 1);
1196
1197             /* dummy rematrixing rematflg(1:4)=0 */
1198             for (rbnd = 0; rbnd < 4; rbnd++)
1199                 put_bits(&s->pb, 1, 0);
1200         } else {
1201             /* no matrixing (but should be used in the future) */
1202             put_bits(&s->pb, 1, 0);
1203         }
1204     }
1205
1206     /* exponent strategy */
1207     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++)
1208         put_bits(&s->pb, 2, block->exp_strategy[ch]);
1209     if (s->lfe_on)
1210         put_bits(&s->pb, 1, block->exp_strategy[s->lfe_channel]);
1211
1212     /* bandwidth */
1213     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
1214         if (block->exp_strategy[ch] != EXP_REUSE)
1215             put_bits(&s->pb, 6, s->bandwidth_code[ch]);
1216     }
1217
1218     /* exponents */
1219     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1220         int nb_groups;
1221
1222         if (block->exp_strategy[ch] == EXP_REUSE)
1223             continue;
1224
1225         /* DC exponent */
1226         put_bits(&s->pb, 4, block->grouped_exp[ch][0]);
1227
1228         /* exponent groups */
1229         nb_groups = exponent_group_tab[block->exp_strategy[ch]-1][s->nb_coefs[ch]];
1230         for (i = 1; i <= nb_groups; i++)
1231             put_bits(&s->pb, 7, block->grouped_exp[ch][i]);
1232
1233         /* gain range info */
1234         if (ch != s->lfe_channel)
1235             put_bits(&s->pb, 2, 0);
1236     }
1237
1238     /* bit allocation info */
1239     baie = (block_num == 0);
1240     put_bits(&s->pb, 1, baie);
1241     if (baie) {
1242         put_bits(&s->pb, 2, s->slow_decay_code);
1243         put_bits(&s->pb, 2, s->fast_decay_code);
1244         put_bits(&s->pb, 2, s->slow_gain_code);
1245         put_bits(&s->pb, 2, s->db_per_bit_code);
1246         put_bits(&s->pb, 3, s->floor_code);
1247     }
1248
1249     /* snr offset */
1250     put_bits(&s->pb, 1, baie);
1251     if (baie) {
1252         put_bits(&s->pb, 6, s->coarse_snr_offset);
1253         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1254             put_bits(&s->pb, 4, s->fine_snr_offset[ch]);
1255             put_bits(&s->pb, 3, s->fast_gain_code[ch]);
1256         }
1257     }
1258
1259     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no delta bit allocation */
1260     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no data to skip */
1261
1262     /* mantissas */
1263     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1264         int b, q;
1265         for (i = 0; i < s->nb_coefs[ch]; i++) {
1266             q = block->qmant[ch][i];
1267             b = block->bap[ch][i];
1268             switch (b) {
1269             case 0:                                         break;
1270             case 1: if (q != 128) put_bits(&s->pb,   5, q); break;
1271             case 2: if (q != 128) put_bits(&s->pb,   7, q); break;
1272             case 3:               put_bits(&s->pb,   3, q); break;
1273             case 4: if (q != 128) put_bits(&s->pb,   7, q); break;
1274             case 14:              put_bits(&s->pb,  14, q); break;
1275             case 15:              put_bits(&s->pb,  16, q); break;
1276             default:              put_bits(&s->pb, b-1, q); break;
1277             }
1278         }
1279     }
1280 }
1281
1282
1283 /** CRC-16 Polynomial */
1284 #define CRC16_POLY ((1 << 0) | (1 << 2) | (1 << 15) | (1 << 16))
1285
1286
1287 static unsigned int mul_poly(unsigned int a, unsigned int b, unsigned int poly)
1288 {
1289     unsigned int c;
1290
1291     c = 0;
1292     while (a) {
1293         if (a & 1)
1294             c ^= b;
1295         a = a >> 1;
1296         b = b << 1;
1297         if (b & (1 << 16))
1298             b ^= poly;
1299     }
1300     return c;
1301 }
1302
1303
1304 static unsigned int pow_poly(unsigned int a, unsigned int n, unsigned int poly)
1305 {
1306     unsigned int r;
1307     r = 1;
1308     while (n) {
1309         if (n & 1)
1310             r = mul_poly(r, a, poly);
1311         a = mul_poly(a, a, poly);
1312         n >>= 1;
1313     }
1314     return r;
1315 }
1316
1317
1318 /**
1319  * Fill the end of the frame with 0's and compute the two CRCs.
1320  */
1321 static void output_frame_end(AC3EncodeContext *s)
1322 {
1323     const AVCRC *crc_ctx = av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI);
1324     int frame_size_58, pad_bytes, crc1, crc2_partial, crc2, crc_inv;
1325     uint8_t *frame;
1326
1327     frame_size_58 = ((s->frame_size >> 2) + (s->frame_size >> 4)) << 1;
1328
1329     /* pad the remainder of the frame with zeros */
1330     flush_put_bits(&s->pb);
1331     frame = s->pb.buf;
1332     pad_bytes = s->frame_size - (put_bits_ptr(&s->pb) - frame) - 2;
1333     assert(pad_bytes >= 0);
1334     if (pad_bytes > 0)
1335         memset(put_bits_ptr(&s->pb), 0, pad_bytes);
1336
1337     /* compute crc1 */
1338     /* this is not so easy because it is at the beginning of the data... */
1339     crc1    = av_bswap16(av_crc(crc_ctx, 0, frame + 4, frame_size_58 - 4));
1340     crc_inv = s->crc_inv[s->frame_size > s->frame_size_min];
1341     crc1    = mul_poly(crc_inv, crc1, CRC16_POLY);
1342     AV_WB16(frame + 2, crc1);
1343
1344     /* compute crc2 */
1345     crc2_partial = av_crc(crc_ctx, 0, frame + frame_size_58,
1346                           s->frame_size - frame_size_58 - 3);
1347     crc2 = av_crc(crc_ctx, crc2_partial, frame + s->frame_size - 3, 1);
1348     /* ensure crc2 does not match sync word by flipping crcrsv bit if needed */
1349     if (crc2 == 0x770B) {
1350         frame[s->frame_size - 3] ^= 0x1;
1351         crc2 = av_crc(crc_ctx, crc2_partial, frame + s->frame_size - 3, 1);
1352     }
1353     crc2 = av_bswap16(crc2);
1354     AV_WB16(frame + s->frame_size - 2, crc2);
1355 }
1356
1357
1358 /**
1359  * Write the frame to the output bitstream.
1360  */
1361 static void output_frame(AC3EncodeContext *s, unsigned char *frame)
1362 {
1363     int blk;
1364
1365     init_put_bits(&s->pb, frame, AC3_MAX_CODED_FRAME_SIZE);
1366
1367     output_frame_header(s);
1368
1369     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++)
1370         output_audio_block(s, blk);
1371
1372     output_frame_end(s);
1373 }
1374
1375
1376 /**
1377  * Encode a single AC-3 frame.
1378  */
1379 static int ac3_encode_frame(AVCodecContext *avctx, unsigned char *frame,
1380                             int buf_size, void *data)
1381 {
1382     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
1383     const SampleType *samples = data;
1384     int ret;
1385
1386     if (s->bit_alloc.sr_code == 1)
1387         adjust_frame_size(s);
1388
1389     deinterleave_input_samples(s, samples);
1390
1391     apply_mdct(s);
1392
1393     process_exponents(s);
1394
1395     ret = compute_bit_allocation(s);
1396     if (ret) {
1397         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Bit allocation failed. Try increasing the bitrate.\n");
1398         return ret;
1399     }
1400
1401     quantize_mantissas(s);
1402
1403     output_frame(s, frame);
1404
1405     return s->frame_size;
1406 }
1407
1408
1409 /**
1410  * Finalize encoding and free any memory allocated by the encoder.
1411  */
1412 static av_cold int ac3_encode_close(AVCodecContext *avctx)
1413 {
1414     int blk, ch;
1415     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
1416
1417     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
1418         av_freep(&s->planar_samples[ch]);
1419     av_freep(&s->planar_samples);
1420     av_freep(&s->bap_buffer);
1421     av_freep(&s->bap1_buffer);
1422     av_freep(&s->mdct_coef_buffer);
1423     av_freep(&s->exp_buffer);
1424     av_freep(&s->grouped_exp_buffer);
1425     av_freep(&s->psd_buffer);
1426     av_freep(&s->band_psd_buffer);
1427     av_freep(&s->mask_buffer);
1428     av_freep(&s->qmant_buffer);
1429     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
1430         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
1431         av_freep(&block->bap);
1432         av_freep(&block->mdct_coef);
1433         av_freep(&block->exp);
1434         av_freep(&block->grouped_exp);
1435         av_freep(&block->psd);
1436         av_freep(&block->band_psd);
1437         av_freep(&block->mask);
1438         av_freep(&block->qmant);
1439     }
1440
1441     mdct_end(&s->mdct);
1442
1443     av_freep(&avctx->coded_frame);
1444     return 0;
1445 }
1446
1447
1448 /**
1449  * Set channel information during initialization.
1450  */
1451 static av_cold int set_channel_info(AC3EncodeContext *s, int channels,
1452                                     int64_t *channel_layout)
1453 {
1454     int ch_layout;
1455
1456     if (channels < 1 || channels > AC3_MAX_CHANNELS)
1457         return AVERROR(EINVAL);
1458     if ((uint64_t)*channel_layout > 0x7FF)
1459         return AVERROR(EINVAL);
1460     ch_layout = *channel_layout;
1461     if (!ch_layout)
1462         ch_layout = avcodec_guess_channel_layout(channels, CODEC_ID_AC3, NULL);
1463     if (av_get_channel_layout_nb_channels(ch_layout) != channels)
1464         return AVERROR(EINVAL);
1465
1466     s->lfe_on       = !!(ch_layout & AV_CH_LOW_FREQUENCY);
1467     s->channels     = channels;
1468     s->fbw_channels = channels - s->lfe_on;
1469     s->lfe_channel  = s->lfe_on ? s->fbw_channels : -1;
1470     if (s->lfe_on)
1471         ch_layout -= AV_CH_LOW_FREQUENCY;
1472
1473     switch (ch_layout) {
1474     case AV_CH_LAYOUT_MONO:           s->channel_mode = AC3_CHMODE_MONO;   break;
1475     case AV_CH_LAYOUT_STEREO:         s->channel_mode = AC3_CHMODE_STEREO; break;
1476     case AV_CH_LAYOUT_SURROUND:       s->channel_mode = AC3_CHMODE_3F;     break;
1477     case AV_CH_LAYOUT_2_1:            s->channel_mode = AC3_CHMODE_2F1R;   break;
1478     case AV_CH_LAYOUT_4POINT0:        s->channel_mode = AC3_CHMODE_3F1R;   break;
1479     case AV_CH_LAYOUT_QUAD:
1480     case AV_CH_LAYOUT_2_2:            s->channel_mode = AC3_CHMODE_2F2R;   break;
1481     case AV_CH_LAYOUT_5POINT0:
1482     case AV_CH_LAYOUT_5POINT0_BACK:   s->channel_mode = AC3_CHMODE_3F2R;   break;
1483     default:
1484         return AVERROR(EINVAL);
1485     }
1486
1487     s->channel_map  = ff_ac3_enc_channel_map[s->channel_mode][s->lfe_on];
1488     *channel_layout = ch_layout;
1489     if (s->lfe_on)
1490         *channel_layout |= AV_CH_LOW_FREQUENCY;
1491
1492     return 0;
1493 }
1494
1495
1496 static av_cold int validate_options(AVCodecContext *avctx, AC3EncodeContext *s)
1497 {
1498     int i, ret;
1499
1500     /* validate channel layout */
1501     if (!avctx->channel_layout) {
1502         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "No channel layout specified. The "
1503                                       "encoder will guess the layout, but it "
1504                                       "might be incorrect.\n");
1505     }
1506     ret = set_channel_info(s, avctx->channels, &avctx->channel_layout);
1507     if (ret) {
1508         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid channel layout\n");
1509         return ret;
1510     }
1511
1512     /* validate sample rate */
1513     for (i = 0; i < 9; i++) {
1514         if ((ff_ac3_sample_rate_tab[i / 3] >> (i % 3)) == avctx->sample_rate)
1515             break;
1516     }
1517     if (i == 9) {
1518         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid sample rate\n");
1519         return AVERROR(EINVAL);
1520     }
1521     s->sample_rate        = avctx->sample_rate;
1522     s->bit_alloc.sr_shift = i % 3;
1523     s->bit_alloc.sr_code  = i / 3;
1524
1525     /* validate bit rate */
1526     for (i = 0; i < 19; i++) {
1527         if ((ff_ac3_bitrate_tab[i] >> s->bit_alloc.sr_shift)*1000 == avctx->bit_rate)
1528             break;
1529     }
1530     if (i == 19) {
1531         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid bit rate\n");
1532         return AVERROR(EINVAL);
1533     }
1534     s->bit_rate        = avctx->bit_rate;
1535     s->frame_size_code = i << 1;
1536
1537     /* validate cutoff */
1538     if (avctx->cutoff < 0) {
1539         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid cutoff frequency\n");
1540         return AVERROR(EINVAL);
1541     }
1542     s->cutoff = avctx->cutoff;
1543     if (s->cutoff > (s->sample_rate >> 1))
1544         s->cutoff = s->sample_rate >> 1;
1545
1546     return 0;
1547 }
1548
1549
1550 /**
1551  * Set bandwidth for all channels.
1552  * The user can optionally supply a cutoff frequency. Otherwise an appropriate
1553  * default value will be used.
1554  */
1555 static av_cold void set_bandwidth(AC3EncodeContext *s)
1556 {
1557     int ch, bw_code;
1558
1559     if (s->cutoff) {
1560         /* calculate bandwidth based on user-specified cutoff frequency */
1561         int fbw_coeffs;
1562         fbw_coeffs     = s->cutoff * 2 * AC3_MAX_COEFS / s->sample_rate;
1563         bw_code        = av_clip((fbw_coeffs - 73) / 3, 0, 60);
1564     } else {
1565         /* use default bandwidth setting */
1566         /* XXX: should compute the bandwidth according to the frame
1567            size, so that we avoid annoying high frequency artifacts */
1568         bw_code = 50;
1569     }
1570
1571     /* set number of coefficients for each channel */
1572     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
1573         s->bandwidth_code[ch] = bw_code;
1574         s->nb_coefs[ch]       = bw_code * 3 + 73;
1575     }
1576     if (s->lfe_on)
1577         s->nb_coefs[s->lfe_channel] = 7; /* LFE channel always has 7 coefs */
1578 }
1579
1580
1581 static av_cold int allocate_buffers(AVCodecContext *avctx)
1582 {
1583     int blk, ch;
1584     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
1585
1586     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->planar_samples, s->channels * sizeof(*s->planar_samples),
1587                      alloc_fail);
1588     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1589         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, s->planar_samples[ch],
1590                           (AC3_FRAME_SIZE+AC3_BLOCK_SIZE) * sizeof(**s->planar_samples),
1591                           alloc_fail);
1592     }
1593     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->bap_buffer,  AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
1594                      AC3_MAX_COEFS * sizeof(*s->bap_buffer),  alloc_fail);
1595     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->bap1_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
1596                      AC3_MAX_COEFS * sizeof(*s->bap1_buffer), alloc_fail);
1597     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->mdct_coef_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
1598                      AC3_MAX_COEFS * sizeof(*s->mdct_coef_buffer), alloc_fail);
1599     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->exp_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
1600                      AC3_MAX_COEFS * sizeof(*s->exp_buffer), alloc_fail);
1601     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->grouped_exp_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
1602                      128 * sizeof(*s->grouped_exp_buffer), alloc_fail);
1603     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->psd_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
1604                      AC3_MAX_COEFS * sizeof(*s->psd_buffer), alloc_fail);
1605     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->band_psd_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
1606                      64 * sizeof(*s->band_psd_buffer), alloc_fail);
1607     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->mask_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
1608                      64 * sizeof(*s->mask_buffer), alloc_fail);
1609     FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->qmant_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
1610                      AC3_MAX_COEFS * sizeof(*s->qmant_buffer), alloc_fail);
1611     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
1612         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
1613         FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, block->bap, s->channels * sizeof(*block->bap),
1614                          alloc_fail);
1615         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->mdct_coef, s->channels * sizeof(*block->mdct_coef),
1616                           alloc_fail);
1617         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->exp, s->channels * sizeof(*block->exp),
1618                           alloc_fail);
1619         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->grouped_exp, s->channels * sizeof(*block->grouped_exp),
1620                           alloc_fail);
1621         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->psd, s->channels * sizeof(*block->psd),
1622                           alloc_fail);
1623         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->band_psd, s->channels * sizeof(*block->band_psd),
1624                           alloc_fail);
1625         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->mask, s->channels * sizeof(*block->mask),
1626                           alloc_fail);
1627         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->qmant, s->channels * sizeof(*block->qmant),
1628                           alloc_fail);
1629
1630         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1631             block->bap[ch]         = &s->bap_buffer        [AC3_MAX_COEFS * (blk * s->channels + ch)];
1632             block->mdct_coef[ch]   = &s->mdct_coef_buffer  [AC3_MAX_COEFS * (blk * s->channels + ch)];
1633             block->exp[ch]         = &s->exp_buffer        [AC3_MAX_COEFS * (blk * s->channels + ch)];
1634             block->grouped_exp[ch] = &s->grouped_exp_buffer[128           * (blk * s->channels + ch)];
1635             block->psd[ch]         = &s->psd_buffer        [AC3_MAX_COEFS * (blk * s->channels + ch)];
1636             block->band_psd[ch]    = &s->band_psd_buffer   [64            * (blk * s->channels + ch)];
1637             block->mask[ch]        = &s->mask_buffer       [64            * (blk * s->channels + ch)];
1638             block->qmant[ch]       = &s->qmant_buffer      [AC3_MAX_COEFS * (blk * s->channels + ch)];
1639         }
1640     }
1641
1642     return 0;
1643 alloc_fail:
1644     return AVERROR(ENOMEM);
1645 }
1646
1647
1648 /**
1649  * Initialize the encoder.
1650  */
1651 static av_cold int ac3_encode_init(AVCodecContext *avctx)
1652 {
1653     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
1654     int ret, frame_size_58;
1655
1656     avctx->frame_size = AC3_FRAME_SIZE;
1657
1658     ac3_common_init();
1659
1660     ret = validate_options(avctx, s);
1661     if (ret)
1662         return ret;
1663
1664     s->bitstream_id   = 8 + s->bit_alloc.sr_shift;
1665     s->bitstream_mode = 0; /* complete main audio service */
1666
1667     s->frame_size_min  = 2 * ff_ac3_frame_size_tab[s->frame_size_code][s->bit_alloc.sr_code];
1668     s->bits_written    = 0;
1669     s->samples_written = 0;
1670     s->frame_size      = s->frame_size_min;
1671
1672     /* calculate crc_inv for both possible frame sizes */
1673     frame_size_58 = (( s->frame_size    >> 2) + ( s->frame_size    >> 4)) << 1;
1674     s->crc_inv[0] = pow_poly((CRC16_POLY >> 1), (8 * frame_size_58) - 16, CRC16_POLY);
1675     if (s->bit_alloc.sr_code == 1) {
1676         frame_size_58 = (((s->frame_size+2) >> 2) + ((s->frame_size+2) >> 4)) << 1;
1677         s->crc_inv[1] = pow_poly((CRC16_POLY >> 1), (8 * frame_size_58) - 16, CRC16_POLY);
1678     }
1679
1680     set_bandwidth(s);
1681
1682     exponent_init(s);
1683
1684     bit_alloc_init(s);
1685
1686     ret = mdct_init(avctx, &s->mdct, 9);
1687     if (ret)
1688         goto init_fail;
1689
1690     ret = allocate_buffers(avctx);
1691     if (ret)
1692         goto init_fail;
1693
1694     avctx->coded_frame= avcodec_alloc_frame();
1695
1696     dsputil_init(&s->dsp, avctx);
1697
1698     return 0;
1699 init_fail:
1700     ac3_encode_close(avctx);
1701     return ret;
1702 }