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