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 //#define DEBUG
  27
  28 #include "libavcore/audioconvert.h"
  29 #include "libavutil/crc.h"
  30 #include "avcodec.h"
  31 #include "libavutil/common.h" /* for av_reverse */
  32 #include "put_bits.h"
  33 #include "ac3.h"
  34 #include "audioconvert.h"
  35
  36 #define SCALE_FLOAT(a, bits) lrintf((a) * (float)(1 << (bits)))
  37
  38 typedef struct AC3EncodeContext {
  39     PutBitContext pb;                       ///< bitstream writer context
  40
  41     int bitstream_id;                       ///< bitstream id                           (bsid)
  42     int bitstream_mode;                     ///< bitstream mode                         (bsmod)
  43
  44     int bit_rate;                           ///< target bit rate, in bits-per-second
  45     int sample_rate;                        ///< sampling frequency, in Hz
  46
  47     int frame_size_min;                     ///< minimum frame size in case rounding is necessary
  48     int frame_size;                         ///< current frame size in words
  49     int frame_size_code;                    ///< frame size code                        (frmsizecod)
  50     int bits_written;                       ///< bit count    (used to avg. bitrate)
  51     int samples_written;                    ///< sample count (used to avg. bitrate)
  52
  53     int fbw_channels;                       ///< number of full-bandwidth channels      (nfchans)
  54     int channels;                           ///< total number of channels               (nchans)
  55     int lfe_on;                             ///< indicates if there is an LFE channel   (lfeon)
  56     int lfe_channel;                        ///< channel index of the LFE channel
  57     int channel_mode;                       ///< channel mode                           (acmod)
  58     const uint8_t *channel_map;             ///< channel map used to reorder channels
  59
  60     int bandwidth_code[AC3_MAX_CHANNELS];   ///< bandwidth code (0 to 60)               (chbwcod)
  61     int nb_coefs[AC3_MAX_CHANNELS];
  62
  63     /* bitrate allocation control */
  64     int slow_gain_code;                     ///< slow gain code                         (sgaincod)
  65     int slow_decay_code;                    ///< slow decay code                        (sdcycod)
  66     int fast_decay_code;                    ///< fast decay code                        (fdcycod)
  67     int db_per_bit_code;                    ///< dB/bit code                            (dbpbcod)
  68     int floor_code;                         ///< floor code                             (floorcod)
  69     AC3BitAllocParameters bit_alloc;        ///< bit allocation parameters
  70     int coarse_snr_offset;                  ///< coarse SNR offsets                     (csnroffst)
  71     int fast_gain_code[AC3_MAX_CHANNELS];   ///< fast gain codes (signal-to-mask ratio) (fgaincod)
  72     int fine_snr_offset[AC3_MAX_CHANNELS];  ///< fine SNR offsets                       (fsnroffst)
  73
  74     /* mantissa encoding */
  75     int mant1_cnt, mant2_cnt, mant4_cnt;    ///< mantissa counts for bap=1,2,4
  76
  77     int16_t last_samples[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_BLOCK_SIZE]; ///< last 256 samples from previous frame
  78 } AC3EncodeContext;
  79
  80 static int16_t costab[64];
  81 static int16_t sintab[64];
  82 static int16_t xcos1[128];
  83 static int16_t xsin1[128];
  84
  85 #define MDCT_NBITS 9
  86 #define MDCT_SAMPLES (1 << MDCT_NBITS)
  87
  88 /* new exponents are sent if their Norm 1 exceed this number */
  89 #define EXP_DIFF_THRESHOLD 1000
  90
  91 #define FIX15(a) av_clip_int16(SCALE_FLOAT(a, 15))
  92
  93 typedef struct IComplex {
  94     int16_t re,im;
  95 } IComplex;
  96
  97 static av_cold void fft_init(int ln)
  98 {
  99     int i, n;
 100     float alpha;
 101
 102     n = 1 << ln;
 103
 104     for(i=0;i<(n/2);i++) {
 105         alpha = 2 * M_PI * (float)i / (float)n;
 106         costab[i] = FIX15(cos(alpha));
 107         sintab[i] = FIX15(sin(alpha));
 108     }
 109 }
 110
 111 static av_cold void mdct_init(int nbits)
 112 {
 113     int i;
 114     float alpha;
 115     int n  = 1 << nbits;
 116     int n4 = n >> 2;
 117
 118     fft_init(nbits - 2);
 119
 120     for(i=0;i<n4;i++) {
 121         alpha = 2 * M_PI * (i + 1.0 / 8.0) / n;
 122         xcos1[i] = FIX15(-cos(alpha));
 123         xsin1[i] = FIX15(-sin(alpha));
 124     }
 125 }
 126
 127 /* butter fly op */
 128 #define BF(pre, pim, qre, qim, pre1, pim1, qre1, qim1) \
 129 {\
 130   int ax, ay, bx, by;\
 131   bx=pre1;\
 132   by=pim1;\
 133   ax=qre1;\
 134   ay=qim1;\
 135   pre = (bx + ax) >> 1;\
 136   pim = (by + ay) >> 1;\
 137   qre = (bx - ax) >> 1;\
 138   qim = (by - ay) >> 1;\
 139 }
 140
 141 #define CMUL(pre, pim, are, aim, bre, bim) \
 142 {\
 143    pre = (MUL16(are, bre) - MUL16(aim, bim)) >> 15;\
 144    pim = (MUL16(are, bim) + MUL16(bre, aim)) >> 15;\
 145 }
 146
 147
 148 /* do a 2^n point complex fft on 2^ln points. */
 149 static void fft(IComplex *z, int ln)
 150 {
 151     int        j, l, np, np2;
 152     int        nblocks, nloops;
 153     register IComplex *p,*q;
 154     int tmp_re, tmp_im;
 155
 156     np = 1 << ln;
 157
 158     /* reverse */
 159     for(j=0;j<np;j++) {
 160         int k = av_reverse[j] >> (8 - ln);
 161         if (k < j)
 162             FFSWAP(IComplex, z[k], z[j]);
 163     }
 164
 165     /* pass 0 */
 166
 167     p=&z[0];
 168     j=(np >> 1);
 169     do {
 170         BF(p[0].re, p[0].im, p[1].re, p[1].im,
 171            p[0].re, p[0].im, p[1].re, p[1].im);
 172         p+=2;
 173     } while (--j != 0);
 174
 175     /* pass 1 */
 176
 177     p=&z[0];
 178     j=np >> 2;
 179     do {
 180         BF(p[0].re, p[0].im, p[2].re, p[2].im,
 181            p[0].re, p[0].im, p[2].re, p[2].im);
 182         BF(p[1].re, p[1].im, p[3].re, p[3].im,
 183            p[1].re, p[1].im, p[3].im, -p[3].re);
 184         p+=4;
 185     } while (--j != 0);
 186
 187     /* pass 2 .. ln-1 */
 188
 189     nblocks = np >> 3;
 190     nloops = 1 << 2;
 191     np2 = np >> 1;
 192     do {
 193         p = z;
 194         q = z + nloops;
 195         for (j = 0; j < nblocks; ++j) {
 196
 197             BF(p->re, p->im, q->re, q->im,
 198                p->re, p->im, q->re, q->im);
 199
 200             p++;
 201             q++;
 202             for(l = nblocks; l < np2; l += nblocks) {
 203                 CMUL(tmp_re, tmp_im, costab[l], -sintab[l], q->re, q->im);
 204                 BF(p->re, p->im, q->re, q->im,
 205                    p->re, p->im, tmp_re, tmp_im);
 206                 p++;
 207                 q++;
 208             }
 209             p += nloops;
 210             q += nloops;
 211         }
 212         nblocks = nblocks >> 1;
 213         nloops = nloops << 1;
 214     } while (nblocks != 0);
 215 }
 216
 217 /* do a 512 point mdct */
 218 static void mdct512(int32_t *out, int16_t *in)
 219 {
 220     int i, re, im, re1, im1;
 221     int16_t rot[MDCT_SAMPLES];
 222     IComplex x[MDCT_SAMPLES/4];
 223
 224     /* shift to simplify computations */
 225     for(i=0;i<MDCT_SAMPLES/4;i++)
 226         rot[i] = -in[i + 3*MDCT_SAMPLES/4];
 227     for(i=MDCT_SAMPLES/4;i<MDCT_SAMPLES;i++)
 228         rot[i] = in[i - MDCT_SAMPLES/4];
 229
 230     /* pre rotation */
 231     for(i=0;i<MDCT_SAMPLES/4;i++) {
 232         re = ((int)rot[2*i] - (int)rot[MDCT_SAMPLES-1-2*i]) >> 1;
 233         im = -((int)rot[MDCT_SAMPLES/2+2*i] - (int)rot[MDCT_SAMPLES/2-1-2*i]) >> 1;
 234         CMUL(x[i].re, x[i].im, re, im, -xcos1[i], xsin1[i]);
 235     }
 236
 237     fft(x, MDCT_NBITS - 2);
 238
 239     /* post rotation */
 240     for(i=0;i<MDCT_SAMPLES/4;i++) {
 241         re = x[i].re;
 242         im = x[i].im;
 243         CMUL(re1, im1, re, im, xsin1[i], xcos1[i]);
 244         out[2*i] = im1;
 245         out[MDCT_SAMPLES/2-1-2*i] = re1;
 246     }
 247 }
 248
 249 /* XXX: use another norm ? */
 250 static int calc_exp_diff(uint8_t *exp1, uint8_t *exp2, int n)
 251 {
 252     int sum, i;
 253     sum = 0;
 254     for(i=0;i<n;i++) {
 255         sum += abs(exp1[i] - exp2[i]);
 256     }
 257     return sum;
 258 }
 259
 260 static void compute_exp_strategy(uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
 261                                  uint8_t exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
 262                                  int ch, int is_lfe)
 263 {
 264     int i, j;
 265     int exp_diff;
 266
 267     /* estimate if the exponent variation & decide if they should be
 268        reused in the next frame */
 269     exp_strategy[0][ch] = EXP_NEW;
 270     for(i=1;i<AC3_MAX_BLOCKS;i++) {
 271         exp_diff = calc_exp_diff(exp[i][ch], exp[i-1][ch], AC3_MAX_COEFS);
 272         if (exp_diff > EXP_DIFF_THRESHOLD)
 273             exp_strategy[i][ch] = EXP_NEW;
 274         else
 275             exp_strategy[i][ch] = EXP_REUSE;
 276     }
 277     if (is_lfe)
 278         return;
 279
 280     /* now select the encoding strategy type : if exponents are often
 281        recoded, we use a coarse encoding */
 282     i = 0;
 283     while (i < AC3_MAX_BLOCKS) {
 284         j = i + 1;
 285         while (j < AC3_MAX_BLOCKS && exp_strategy[j][ch] == EXP_REUSE)
 286             j++;
 287         switch(j - i) {
 288         case 1:
 289             exp_strategy[i][ch] = EXP_D45;
 290             break;
 291         case 2:
 292         case 3:
 293             exp_strategy[i][ch] = EXP_D25;
 294             break;
 295         default:
 296             exp_strategy[i][ch] = EXP_D15;
 297             break;
 298         }
 299         i = j;
 300     }
 301 }
 302
 303 /* set exp[i] to min(exp[i], exp1[i]) */
 304 static void exponent_min(uint8_t exp[AC3_MAX_COEFS], uint8_t exp1[AC3_MAX_COEFS], int n)
 305 {
 306     int i;
 307
 308     for(i=0;i<n;i++) {
 309         if (exp1[i] < exp[i])
 310             exp[i] = exp1[i];
 311     }
 312 }
 313
 314 /* update the exponents so that they are the ones the decoder will
 315    decode. Return the number of bits used to code the exponents */
 316 static int encode_exp(uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_COEFS],
 317                       uint8_t exp[AC3_MAX_COEFS],
 318                       int nb_exps,
 319                       int exp_strategy)
 320 {
 321     int group_size, nb_groups, i, j, k, exp_min;
 322     uint8_t exp1[AC3_MAX_COEFS];
 323
 324     switch(exp_strategy) {
 325     case EXP_D15:
 326         group_size = 1;
 327         break;
 328     case EXP_D25:
 329         group_size = 2;
 330         break;
 331     default:
 332     case EXP_D45:
 333         group_size = 4;
 334         break;
 335     }
 336     nb_groups = ((nb_exps + (group_size * 3) - 4) / (3 * group_size)) * 3;
 337
 338     /* for each group, compute the minimum exponent */
 339     exp1[0] = exp[0]; /* DC exponent is handled separately */
 340     k = 1;
 341     for(i=1;i<=nb_groups;i++) {
 342         exp_min = exp[k];
 343         assert(exp_min >= 0 && exp_min <= 24);
 344         for(j=1;j<group_size;j++) {
 345             if (exp[k+j] < exp_min)
 346                 exp_min = exp[k+j];
 347         }
 348         exp1[i] = exp_min;
 349         k += group_size;
 350     }
 351
 352     /* constraint for DC exponent */
 353     if (exp1[0] > 15)
 354         exp1[0] = 15;
 355
 356     /* Decrease the delta between each groups to within 2
 357      * so that they can be differentially encoded */
 358     for (i=1;i<=nb_groups;i++)
 359         exp1[i] = FFMIN(exp1[i], exp1[i-1] + 2);
 360     for (i=nb_groups-1;i>=0;i--)
 361         exp1[i] = FFMIN(exp1[i], exp1[i+1] + 2);
 362
 363     /* now we have the exponent values the decoder will see */
 364     encoded_exp[0] = exp1[0];
 365     k = 1;
 366     for(i=1;i<=nb_groups;i++) {
 367         for(j=0;j<group_size;j++) {
 368             encoded_exp[k+j] = exp1[i];
 369         }
 370         k += group_size;
 371     }
 372
 373     return 4 + (nb_groups / 3) * 7;
 374 }
 375
 376 /* return the size in bits taken by the mantissa */
 377 static int compute_mantissa_size(AC3EncodeContext *s, uint8_t *m, int nb_coefs)
 378 {
 379     int bits, mant, i;
 380
 381     bits = 0;
 382     for(i=0;i<nb_coefs;i++) {
 383         mant = m[i];
 384         switch(mant) {
 385         case 0:
 386             /* nothing */
 387             break;
 388         case 1:
 389             /* 3 mantissa in 5 bits */
 390             if (s->mant1_cnt == 0)
 391                 bits += 5;
 392             if (++s->mant1_cnt == 3)
 393                 s->mant1_cnt = 0;
 394             break;
 395         case 2:
 396             /* 3 mantissa in 7 bits */
 397             if (s->mant2_cnt == 0)
 398                 bits += 7;
 399             if (++s->mant2_cnt == 3)
 400                 s->mant2_cnt = 0;
 401             break;
 402         case 3:
 403             bits += 3;
 404             break;
 405         case 4:
 406             /* 2 mantissa in 7 bits */
 407             if (s->mant4_cnt == 0)
 408                 bits += 7;
 409             if (++s->mant4_cnt == 2)
 410                 s->mant4_cnt = 0;
 411             break;
 412         case 14:
 413             bits += 14;
 414             break;
 415         case 15:
 416             bits += 16;
 417             break;
 418         default:
 419             bits += mant - 1;
 420             break;
 421         }
 422     }
 423     return bits;
 424 }
 425
 426
 427 static void bit_alloc_masking(AC3EncodeContext *s,
 428                               uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
 429                               uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
 430                               int16_t psd[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
 431                               int16_t mask[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][50])
 432 {
 433     int blk, ch;
 434     int16_t band_psd[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][50];
 435
 436     for(blk=0; blk<AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
 437         for(ch=0;ch<s->channels;ch++) {
 438             if(exp_strategy[blk][ch] == EXP_REUSE) {
 439                 memcpy(psd[blk][ch], psd[blk-1][ch], AC3_MAX_COEFS*sizeof(int16_t));
 440                 memcpy(mask[blk][ch], mask[blk-1][ch], 50*sizeof(int16_t));
 441             } else {
 442                 ff_ac3_bit_alloc_calc_psd(encoded_exp[blk][ch], 0,
 443                                           s->nb_coefs[ch],
 444                                           psd[blk][ch], band_psd[blk][ch]);
 445                 ff_ac3_bit_alloc_calc_mask(&s->bit_alloc, band_psd[blk][ch],
 446                                            0, s->nb_coefs[ch],
 447                                            ff_ac3_fast_gain_tab[s->fast_gain_code[ch]],
 448                                            ch == s->lfe_channel,
 449                                            DBA_NONE, 0, NULL, NULL, NULL,
 450                                            mask[blk][ch]);
 451             }
 452         }
 453     }
 454 }
 455
 456 static int bit_alloc(AC3EncodeContext *s,
 457                      int16_t mask[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][50],
 458                      int16_t psd[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
 459                      uint8_t bap[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
 460                      int frame_bits, int coarse_snr_offset, int fine_snr_offset)
 461 {
 462     int i, ch;
 463     int snr_offset;
 464
 465     snr_offset = (((coarse_snr_offset - 15) << 4) + fine_snr_offset) << 2;
 466
 467     /* compute size */
 468     for(i=0;i<AC3_MAX_BLOCKS;i++) {
 469         s->mant1_cnt = 0;
 470         s->mant2_cnt = 0;
 471         s->mant4_cnt = 0;
 472         for(ch=0;ch<s->channels;ch++) {
 473             ff_ac3_bit_alloc_calc_bap(mask[i][ch], psd[i][ch], 0,
 474                                       s->nb_coefs[ch], snr_offset,
 475                                       s->bit_alloc.floor, ff_ac3_bap_tab,
 476                                       bap[i][ch]);
 477             frame_bits += compute_mantissa_size(s, bap[i][ch],
 478                                                  s->nb_coefs[ch]);
 479         }
 480     }
 481     return 16 * s->frame_size - frame_bits;
 482 }
 483
 484 #define SNR_INC1 4
 485
 486 static int compute_bit_allocation(AC3EncodeContext *s,
 487                                   uint8_t bap[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
 488                                   uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
 489                                   uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
 490                                   int frame_bits)
 491 {
 492     int i, ch;
 493     int coarse_snr_offset, fine_snr_offset;
 494     uint8_t bap1[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
 495     int16_t psd[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
 496     int16_t mask[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][50];
 497     static const int frame_bits_inc[8] = { 0, 0, 2, 2, 2, 4, 2, 4 };
 498
 499     /* init default parameters */
 500     s->slow_decay_code = 2;
 501     s->fast_decay_code = 1;
 502     s->slow_gain_code = 1;
 503     s->db_per_bit_code = 2;
 504     s->floor_code = 4;
 505     for(ch=0;ch<s->channels;ch++)
 506         s->fast_gain_code[ch] = 4;
 507
 508     /* compute real values */
 509     s->bit_alloc.slow_decay = ff_ac3_slow_decay_tab[s->slow_decay_code] >> s->bit_alloc.sr_shift;
 510     s->bit_alloc.fast_decay = ff_ac3_fast_decay_tab[s->fast_decay_code] >> s->bit_alloc.sr_shift;
 511     s->bit_alloc.slow_gain = ff_ac3_slow_gain_tab[s->slow_gain_code];
 512     s->bit_alloc.db_per_bit = ff_ac3_db_per_bit_tab[s->db_per_bit_code];
 513     s->bit_alloc.floor = ff_ac3_floor_tab[s->floor_code];
 514
 515     /* header size */
 516     frame_bits += 65;
 517     // if (s->channel_mode == 2)
 518     //    frame_bits += 2;
 519     frame_bits += frame_bits_inc[s->channel_mode];
 520
 521     /* audio blocks */
 522     for(i=0;i<AC3_MAX_BLOCKS;i++) {
 523         frame_bits += s->fbw_channels * 2 + 2; /* blksw * c, dithflag * c, dynrnge, cplstre */
 524         if (s->channel_mode == AC3_CHMODE_STEREO) {
 525             frame_bits++; /* rematstr */
 526             if(i==0) frame_bits += 4;
 527         }
 528         frame_bits += 2 * s->fbw_channels; /* chexpstr[2] * c */
 529         if (s->lfe_on)
 530             frame_bits++; /* lfeexpstr */
 531         for(ch=0;ch<s->fbw_channels;ch++) {
 532             if (exp_strategy[i][ch] != EXP_REUSE)
 533                 frame_bits += 6 + 2; /* chbwcod[6], gainrng[2] */
 534         }
 535         frame_bits++; /* baie */
 536         frame_bits++; /* snr */
 537         frame_bits += 2; /* delta / skip */
 538     }
 539     frame_bits++; /* cplinu for block 0 */
 540     /* bit alloc info */
 541     /* sdcycod[2], fdcycod[2], sgaincod[2], dbpbcod[2], floorcod[3] */
 542     /* csnroffset[6] */
 543     /* (fsnoffset[4] + fgaincod[4]) * c */
 544     frame_bits += 2*4 + 3 + 6 + s->channels * (4 + 3);
 545
 546     /* auxdatae, crcrsv */
 547     frame_bits += 2;
 548
 549     /* CRC */
 550     frame_bits += 16;
 551
 552     /* calculate psd and masking curve before doing bit allocation */
 553     bit_alloc_masking(s, encoded_exp, exp_strategy, psd, mask);
 554
 555     /* now the big work begins : do the bit allocation. Modify the snr
 556        offset until we can pack everything in the requested frame size */
 557
 558     coarse_snr_offset = s->coarse_snr_offset;
 559     while (coarse_snr_offset >= 0 &&
 560            bit_alloc(s, mask, psd, bap, frame_bits, coarse_snr_offset, 0) < 0)
 561         coarse_snr_offset -= SNR_INC1;
 562     if (coarse_snr_offset < 0) {
 563         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Bit allocation failed. Try increasing the bitrate.\n");
 564         return -1;
 565     }
 566     while ((coarse_snr_offset + SNR_INC1) <= 63 &&
 567            bit_alloc(s, mask, psd, bap1, frame_bits,
 568                      coarse_snr_offset + SNR_INC1, 0) >= 0) {
 569         coarse_snr_offset += SNR_INC1;
 570         memcpy(bap, bap1, sizeof(bap1));
 571     }
 572     while ((coarse_snr_offset + 1) <= 63 &&
 573            bit_alloc(s, mask, psd, bap1, frame_bits, coarse_snr_offset + 1, 0) >= 0) {
 574         coarse_snr_offset++;
 575         memcpy(bap, bap1, sizeof(bap1));
 576     }
 577
 578     fine_snr_offset = 0;
 579     while ((fine_snr_offset + SNR_INC1) <= 15 &&
 580            bit_alloc(s, mask, psd, bap1, frame_bits,
 581                      coarse_snr_offset, fine_snr_offset + SNR_INC1) >= 0) {
 582         fine_snr_offset += SNR_INC1;
 583         memcpy(bap, bap1, sizeof(bap1));
 584     }
 585     while ((fine_snr_offset + 1) <= 15 &&
 586            bit_alloc(s, mask, psd, bap1, frame_bits,
 587                      coarse_snr_offset, fine_snr_offset + 1) >= 0) {
 588         fine_snr_offset++;
 589         memcpy(bap, bap1, sizeof(bap1));
 590     }
 591
 592     s->coarse_snr_offset = coarse_snr_offset;
 593     for(ch=0;ch<s->channels;ch++)
 594         s->fine_snr_offset[ch] = fine_snr_offset;
 595
 596     return 0;
 597 }
 598
 599 static av_cold int set_channel_info(AC3EncodeContext *s, int channels,
 600                                     int64_t *channel_layout)
 601 {
 602     int ch_layout;
 603
 604     if (channels < 1 || channels > AC3_MAX_CHANNELS)
 605         return -1;
 606     if ((uint64_t)*channel_layout > 0x7FF)
 607         return -1;
 608     ch_layout = *channel_layout;
 609     if (!ch_layout)
 610         ch_layout = avcodec_guess_channel_layout(channels, CODEC_ID_AC3, NULL);
 611     if (av_get_channel_layout_nb_channels(ch_layout) != channels)
 612         return -1;
 613
 614     s->lfe_on       = !!(ch_layout & AV_CH_LOW_FREQUENCY);
 615     s->channels     = channels;
 616     s->fbw_channels = channels - s->lfe_on;
 617     s->lfe_channel  = s->lfe_on ? s->fbw_channels : -1;
 618     if (s->lfe_on)
 619         ch_layout -= AV_CH_LOW_FREQUENCY;
 620
 621     switch (ch_layout) {
 622     case AV_CH_LAYOUT_MONO:           s->channel_mode = AC3_CHMODE_MONO;   break;
 623     case AV_CH_LAYOUT_STEREO:         s->channel_mode = AC3_CHMODE_STEREO; break;
 624     case AV_CH_LAYOUT_SURROUND:       s->channel_mode = AC3_CHMODE_3F;     break;
 625     case AV_CH_LAYOUT_2_1:            s->channel_mode = AC3_CHMODE_2F1R;   break;
 626     case AV_CH_LAYOUT_4POINT0:        s->channel_mode = AC3_CHMODE_3F1R;   break;
 627     case AV_CH_LAYOUT_QUAD:
 628     case AV_CH_LAYOUT_2_2:            s->channel_mode = AC3_CHMODE_2F2R;   break;
 629     case AV_CH_LAYOUT_5POINT0:
 630     case AV_CH_LAYOUT_5POINT0_BACK:   s->channel_mode = AC3_CHMODE_3F2R;   break;
 631     default:
 632         return -1;
 633     }
 634
 635     s->channel_map = ff_ac3_enc_channel_map[s->channel_mode][s->lfe_on];
 636     *channel_layout = ch_layout;
 637     if (s->lfe_on)
 638         *channel_layout |= AV_CH_LOW_FREQUENCY;
 639
 640     return 0;
 641 }
 642
 643 static av_cold int AC3_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 644 {
 645     int freq = avctx->sample_rate;
 646     int bitrate = avctx->bit_rate;
 647     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
 648     int i, j, ch;
 649     int bw_code;
 650
 651     avctx->frame_size = AC3_FRAME_SIZE;
 652
 653     ac3_common_init();
 654
 655     if (!avctx->channel_layout) {
 656         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "No channel layout specified. The "
 657                                       "encoder will guess the layout, but it "
 658                                       "might be incorrect.\n");
 659     }
 660     if (set_channel_info(s, avctx->channels, &avctx->channel_layout)) {
 661         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid channel layout\n");
 662         return -1;
 663     }
 664
 665     /* frequency */
 666     for(i=0;i<3;i++) {
 667         for(j=0;j<3;j++)
 668             if ((ff_ac3_sample_rate_tab[j] >> i) == freq)
 669                 goto found;
 670     }
 671     return -1;
 672  found:
 673     s->sample_rate = freq;
 674     s->bit_alloc.sr_shift = i;
 675     s->bit_alloc.sr_code = j;
 676     s->bitstream_id = 8 + s->bit_alloc.sr_shift;
 677     s->bitstream_mode = 0; /* complete main audio service */
 678
 679     /* bitrate & frame size */
 680     for(i=0;i<19;i++) {
 681         if ((ff_ac3_bitrate_tab[i] >> s->bit_alloc.sr_shift)*1000 == bitrate)
 682             break;
 683     }
 684     if (i == 19)
 685         return -1;
 686     s->bit_rate = bitrate;
 687     s->frame_size_code = i << 1;
 688     s->frame_size_min = ff_ac3_frame_size_tab[s->frame_size_code][s->bit_alloc.sr_code];
 689     s->bits_written = 0;
 690     s->samples_written = 0;
 691     s->frame_size = s->frame_size_min;
 692
 693     /* bit allocation init */
 694     if(avctx->cutoff) {
 695         /* calculate bandwidth based on user-specified cutoff frequency */
 696         int cutoff = av_clip(avctx->cutoff, 1, s->sample_rate >> 1);
 697         int fbw_coeffs = cutoff * 2 * AC3_MAX_COEFS / s->sample_rate;
 698         bw_code = av_clip((fbw_coeffs - 73) / 3, 0, 60);
 699     } else {
 700         /* use default bandwidth setting */
 701         /* XXX: should compute the bandwidth according to the frame
 702            size, so that we avoid annoying high frequency artifacts */
 703         bw_code = 50;
 704     }
 705     for(ch=0;ch<s->fbw_channels;ch++) {
 706         /* bandwidth for each channel */
 707         s->bandwidth_code[ch] = bw_code;
 708         s->nb_coefs[ch] = bw_code * 3 + 73;
 709     }
 710     if (s->lfe_on) {
 711         s->nb_coefs[s->lfe_channel] = 7; /* fixed */
 712     }
 713     /* initial snr offset */
 714     s->coarse_snr_offset = 40;
 715
 716     mdct_init(9);
 717
 718     avctx->coded_frame= avcodec_alloc_frame();
 719     avctx->coded_frame->key_frame= 1;
 720
 721     return 0;
 722 }
 723
 724 /* output the AC-3 frame header */
 725 static void output_frame_header(AC3EncodeContext *s, unsigned char *frame)
 726 {
 727     init_put_bits(&s->pb, frame, AC3_MAX_CODED_FRAME_SIZE);
 728
 729     put_bits(&s->pb, 16, 0x0b77); /* frame header */
 730     put_bits(&s->pb, 16, 0); /* crc1: will be filled later */
 731     put_bits(&s->pb, 2, s->bit_alloc.sr_code);
 732     put_bits(&s->pb, 6, s->frame_size_code + (s->frame_size - s->frame_size_min));
 733     put_bits(&s->pb, 5, s->bitstream_id);
 734     put_bits(&s->pb, 3, s->bitstream_mode);
 735     put_bits(&s->pb, 3, s->channel_mode);
 736     if ((s->channel_mode & 0x01) && s->channel_mode != AC3_CHMODE_MONO)
 737         put_bits(&s->pb, 2, 1); /* XXX -4.5 dB */
 738     if (s->channel_mode & 0x04)
 739         put_bits(&s->pb, 2, 1); /* XXX -6 dB */
 740     if (s->channel_mode == AC3_CHMODE_STEREO)
 741         put_bits(&s->pb, 2, 0); /* surround not indicated */
 742     put_bits(&s->pb, 1, s->lfe_on); /* LFE */
 743     put_bits(&s->pb, 5, 31); /* dialog norm: -31 db */
 744     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no compression control word */
 745     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no lang code */
 746     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no audio production info */
 747     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no copyright */
 748     put_bits(&s->pb, 1, 1); /* original bitstream */
 749     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no time code 1 */
 750     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no time code 2 */
 751     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no additional bit stream info */
 752 }
 753
 754 /* symetric quantization on 'levels' levels */
 755 static inline int sym_quant(int c, int e, int levels)
 756 {
 757     int v;
 758
 759     if (c >= 0) {
 760         v = (levels * (c << e)) >> 24;
 761         v = (v + 1) >> 1;
 762         v = (levels >> 1) + v;
 763     } else {
 764         v = (levels * ((-c) << e)) >> 24;
 765         v = (v + 1) >> 1;
 766         v = (levels >> 1) - v;
 767     }
 768     assert (v >= 0 && v < levels);
 769     return v;
 770 }
 771
 772 /* asymetric quantization on 2^qbits levels */
 773 static inline int asym_quant(int c, int e, int qbits)
 774 {
 775     int lshift, m, v;
 776
 777     lshift = e + qbits - 24;
 778     if (lshift >= 0)
 779         v = c << lshift;
 780     else
 781         v = c >> (-lshift);
 782     /* rounding */
 783     v = (v + 1) >> 1;
 784     m = (1 << (qbits-1));
 785     if (v >= m)
 786         v = m - 1;
 787     assert(v >= -m);
 788     return v & ((1 << qbits)-1);
 789 }
 790
 791 /* Output one audio block. There are AC3_MAX_BLOCKS audio blocks in one AC-3
 792    frame */
 793 static void output_audio_block(AC3EncodeContext *s,
 794                                uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_CHANNELS],
 795                                uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
 796                                uint8_t bap[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
 797                                int32_t mdct_coefs[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
 798                                int8_t global_exp[AC3_MAX_CHANNELS],
 799                                int block_num)
 800 {
 801     int ch, nb_groups, group_size, i, baie, rbnd;
 802     uint8_t *p;
 803     uint16_t qmant[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
 804     int exp0, exp1;
 805     int mant1_cnt, mant2_cnt, mant4_cnt;
 806     uint16_t *qmant1_ptr, *qmant2_ptr, *qmant4_ptr;
 807     int delta0, delta1, delta2;
 808
 809     for(ch=0;ch<s->fbw_channels;ch++)
 810         put_bits(&s->pb, 1, 0); /* 512 point MDCT */
 811     for(ch=0;ch<s->fbw_channels;ch++)
 812         put_bits(&s->pb, 1, 1); /* no dither */
 813     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no dynamic range */
 814     if (block_num == 0) {
 815         /* for block 0, even if no coupling, we must say it. This is a
 816            waste of bit :-) */
 817         put_bits(&s->pb, 1, 1); /* coupling strategy present */
 818         put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no coupling strategy */
 819     } else {
 820         put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no new coupling strategy */
 821     }
 822
 823     if (s->channel_mode == AC3_CHMODE_STEREO)
 824       {
 825         if(block_num==0)
 826           {
 827             /* first block must define rematrixing (rematstr)  */
 828             put_bits(&s->pb, 1, 1);
 829
 830             /* dummy rematrixing rematflg(1:4)=0 */
 831             for (rbnd=0;rbnd<4;rbnd++)
 832               put_bits(&s->pb, 1, 0);
 833           }
 834         else
 835           {
 836             /* no matrixing (but should be used in the future) */
 837             put_bits(&s->pb, 1, 0);
 838           }
 839       }
 840
 841     /* exponent strategy */
 842     for(ch=0;ch<s->fbw_channels;ch++) {
 843         put_bits(&s->pb, 2, exp_strategy[ch]);
 844     }
 845
 846     if (s->lfe_on) {
 847         put_bits(&s->pb, 1, exp_strategy[s->lfe_channel]);
 848     }
 849
 850     for(ch=0;ch<s->fbw_channels;ch++) {
 851         if (exp_strategy[ch] != EXP_REUSE)
 852             put_bits(&s->pb, 6, s->bandwidth_code[ch]);
 853     }
 854
 855     /* exponents */
 856     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
 857         switch(exp_strategy[ch]) {
 858         case EXP_REUSE:
 859             continue;
 860         case EXP_D15:
 861             group_size = 1;
 862             break;
 863         case EXP_D25:
 864             group_size = 2;
 865             break;
 866         default:
 867         case EXP_D45:
 868             group_size = 4;
 869             break;
 870         }
 871         nb_groups = (s->nb_coefs[ch] + (group_size * 3) - 4) / (3 * group_size);
 872         p = encoded_exp[ch];
 873
 874         /* first exponent */
 875         exp1 = *p++;
 876         put_bits(&s->pb, 4, exp1);
 877
 878         /* next ones are delta encoded */
 879         for(i=0;i<nb_groups;i++) {
 880             /* merge three delta in one code */
 881             exp0 = exp1;
 882             exp1 = p[0];
 883             p += group_size;
 884             delta0 = exp1 - exp0 + 2;
 885
 886             exp0 = exp1;
 887             exp1 = p[0];
 888             p += group_size;
 889             delta1 = exp1 - exp0 + 2;
 890
 891             exp0 = exp1;
 892             exp1 = p[0];
 893             p += group_size;
 894             delta2 = exp1 - exp0 + 2;
 895
 896             put_bits(&s->pb, 7, ((delta0 * 5 + delta1) * 5) + delta2);
 897         }
 898
 899         if (ch != s->lfe_channel)
 900             put_bits(&s->pb, 2, 0); /* no gain range info */
 901     }
 902
 903     /* bit allocation info */
 904     baie = (block_num == 0);
 905     put_bits(&s->pb, 1, baie);
 906     if (baie) {
 907         put_bits(&s->pb, 2, s->slow_decay_code);
 908         put_bits(&s->pb, 2, s->fast_decay_code);
 909         put_bits(&s->pb, 2, s->slow_gain_code);
 910         put_bits(&s->pb, 2, s->db_per_bit_code);
 911         put_bits(&s->pb, 3, s->floor_code);
 912     }
 913
 914     /* snr offset */
 915     put_bits(&s->pb, 1, baie); /* always present with bai */
 916     if (baie) {
 917         put_bits(&s->pb, 6, s->coarse_snr_offset);
 918         for(ch=0;ch<s->channels;ch++) {
 919             put_bits(&s->pb, 4, s->fine_snr_offset[ch]);
 920             put_bits(&s->pb, 3, s->fast_gain_code[ch]);
 921         }
 922     }
 923
 924     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no delta bit allocation */
 925     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no data to skip */
 926
 927     /* mantissa encoding : we use two passes to handle the grouping. A
 928        one pass method may be faster, but it would necessitate to
 929        modify the output stream. */
 930
 931     /* first pass: quantize */
 932     mant1_cnt = mant2_cnt = mant4_cnt = 0;
 933     qmant1_ptr = qmant2_ptr = qmant4_ptr = NULL;
 934
 935     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
 936         int b, c, e, v;
 937
 938         for(i=0;i<s->nb_coefs[ch];i++) {
 939             c = mdct_coefs[ch][i];
 940             e = encoded_exp[ch][i] - global_exp[ch];
 941             b = bap[ch][i];
 942             switch(b) {
 943             case 0:
 944                 v = 0;
 945                 break;
 946             case 1:
 947                 v = sym_quant(c, e, 3);
 948                 switch(mant1_cnt) {
 949                 case 0:
 950                     qmant1_ptr = &qmant[ch][i];
 951                     v = 9 * v;
 952                     mant1_cnt = 1;
 953                     break;
 954                 case 1:
 955                     *qmant1_ptr += 3 * v;
 956                     mant1_cnt = 2;
 957                     v = 128;
 958                     break;
 959                 default:
 960                     *qmant1_ptr += v;
 961                     mant1_cnt = 0;
 962                     v = 128;
 963                     break;
 964                 }
 965                 break;
 966             case 2:
 967                 v = sym_quant(c, e, 5);
 968                 switch(mant2_cnt) {
 969                 case 0:
 970                     qmant2_ptr = &qmant[ch][i];
 971                     v = 25 * v;
 972                     mant2_cnt = 1;
 973                     break;
 974                 case 1:
 975                     *qmant2_ptr += 5 * v;
 976                     mant2_cnt = 2;
 977                     v = 128;
 978                     break;
 979                 default:
 980                     *qmant2_ptr += v;
 981                     mant2_cnt = 0;
 982                     v = 128;
 983                     break;
 984                 }
 985                 break;
 986             case 3:
 987                 v = sym_quant(c, e, 7);
 988                 break;
 989             case 4:
 990                 v = sym_quant(c, e, 11);
 991                 switch(mant4_cnt) {
 992                 case 0:
 993                     qmant4_ptr = &qmant[ch][i];
 994                     v = 11 * v;
 995                     mant4_cnt = 1;
 996                     break;
 997                 default:
 998                     *qmant4_ptr += v;
 999                     mant4_cnt = 0;
1000                     v = 128;
1001                     break;
1002                 }
1003                 break;
1004             case 5:
1005                 v = sym_quant(c, e, 15);
1006                 break;
1007             case 14:
1008                 v = asym_quant(c, e, 14);
1009                 break;
1010             case 15:
1011                 v = asym_quant(c, e, 16);
1012                 break;
1013             default:
1014                 v = asym_quant(c, e, b - 1);
1015                 break;
1016             }
1017             qmant[ch][i] = v;
1018         }
1019     }
1020
1021     /* second pass : output the values */
1022     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1023         int b, q;
1024
1025         for(i=0;i<s->nb_coefs[ch];i++) {
1026             q = qmant[ch][i];
1027             b = bap[ch][i];
1028             switch(b) {
1029             case 0:
1030                 break;
1031             case 1:
1032                 if (q != 128)
1033                     put_bits(&s->pb, 5, q);
1034                 break;
1035             case 2:
1036                 if (q != 128)
1037                     put_bits(&s->pb, 7, q);
1038                 break;
1039             case 3:
1040                 put_bits(&s->pb, 3, q);
1041                 break;
1042             case 4:
1043                 if (q != 128)
1044                     put_bits(&s->pb, 7, q);
1045                 break;
1046             case 14:
1047                 put_bits(&s->pb, 14, q);
1048                 break;
1049             case 15:
1050                 put_bits(&s->pb, 16, q);
1051                 break;
1052             default:
1053                 put_bits(&s->pb, b - 1, q);
1054                 break;
1055             }
1056         }
1057     }
1058 }
1059
1060 #define CRC16_POLY ((1 << 0) | (1 << 2) | (1 << 15) | (1 << 16))
1061
1062 static unsigned int mul_poly(unsigned int a, unsigned int b, unsigned int poly)
1063 {
1064     unsigned int c;
1065
1066     c = 0;
1067     while (a) {
1068         if (a & 1)
1069             c ^= b;
1070         a = a >> 1;
1071         b = b << 1;
1072         if (b & (1 << 16))
1073             b ^= poly;
1074     }
1075     return c;
1076 }
1077
1078 static unsigned int pow_poly(unsigned int a, unsigned int n, unsigned int poly)
1079 {
1080     unsigned int r;
1081     r = 1;
1082     while (n) {
1083         if (n & 1)
1084             r = mul_poly(r, a, poly);
1085         a = mul_poly(a, a, poly);
1086         n >>= 1;
1087     }
1088     return r;
1089 }
1090
1091
1092 /* compute log2(max(abs(tab[]))) */
1093 static int log2_tab(int16_t *tab, int n)
1094 {
1095     int i, v;
1096
1097     v = 0;
1098     for(i=0;i<n;i++) {
1099         v |= abs(tab[i]);
1100     }
1101     return av_log2(v);
1102 }
1103
1104 static void lshift_tab(int16_t *tab, int n, int lshift)
1105 {
1106     int i;
1107
1108     if (lshift > 0) {
1109         for(i=0;i<n;i++) {
1110             tab[i] <<= lshift;
1111         }
1112     } else if (lshift < 0) {
1113         lshift = -lshift;
1114         for(i=0;i<n;i++) {
1115             tab[i] >>= lshift;
1116         }
1117     }
1118 }
1119
1120 /* fill the end of the frame and compute the two crcs */
1121 static int output_frame_end(AC3EncodeContext *s)
1122 {
1123     int frame_size, frame_size_58, n, crc1, crc2, crc_inv;
1124     uint8_t *frame;
1125
1126     frame_size = s->frame_size; /* frame size in words */
1127     /* align to 8 bits */
1128     flush_put_bits(&s->pb);
1129     /* add zero bytes to reach the frame size */
1130     frame = s->pb.buf;
1131     n = 2 * s->frame_size - (put_bits_ptr(&s->pb) - frame) - 2;
1132     assert(n >= 0);
1133     if(n>0)
1134       memset(put_bits_ptr(&s->pb), 0, n);
1135
1136     /* Now we must compute both crcs : this is not so easy for crc1
1137        because it is at the beginning of the data... */
1138     frame_size_58 = (frame_size >> 1) + (frame_size >> 3);
1139     crc1 = av_bswap16(av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI), 0,
1140                            frame + 4, 2 * frame_size_58 - 4));
1141     /* XXX: could precompute crc_inv */
1142     crc_inv = pow_poly((CRC16_POLY >> 1), (16 * frame_size_58) - 16, CRC16_POLY);
1143     crc1 = mul_poly(crc_inv, crc1, CRC16_POLY);
1144     AV_WB16(frame+2,crc1);
1145
1146     crc2 = av_bswap16(av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI), 0,
1147                            frame + 2 * frame_size_58,
1148                            (frame_size - frame_size_58) * 2 - 2));
1149     AV_WB16(frame+2*frame_size-2,crc2);
1150
1151     //    printf("n=%d frame_size=%d\n", n, frame_size);
1152     return frame_size * 2;
1153 }
1154
1155 static int AC3_encode_frame(AVCodecContext *avctx,
1156                             unsigned char *frame, int buf_size, void *data)
1157 {
1158     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
1159     const int16_t *samples = data;
1160     int i, j, k, v, ch;
1161     int16_t input_samples[AC3_WINDOW_SIZE];
1162     int32_t mdct_coef[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
1163     uint8_t exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
1164     uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS];
1165     uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
1166     uint8_t bap[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
1167     int8_t exp_samples[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS];
1168     int frame_bits;
1169
1170     frame_bits = 0;
1171     for(ch=0;ch<s->channels;ch++) {
1172         int ich = s->channel_map[ch];
1173         /* fixed mdct to the six sub blocks & exponent computation */
1174         for(i=0;i<AC3_MAX_BLOCKS;i++) {
1175             const int16_t *sptr;
1176             int sinc;
1177
1178             /* compute input samples */
1179             memcpy(input_samples, s->last_samples[ich], AC3_BLOCK_SIZE * sizeof(int16_t));
1180             sinc = s->channels;
1181             sptr = samples + (sinc * AC3_BLOCK_SIZE * i) + ich;
1182             for(j=0;j<AC3_BLOCK_SIZE;j++) {
1183                 v = *sptr;
1184                 input_samples[j + AC3_BLOCK_SIZE] = v;
1185                 s->last_samples[ich][j] = v;
1186                 sptr += sinc;
1187             }
1188
1189             /* apply the MDCT window */
1190             for(j=0;j<AC3_BLOCK_SIZE;j++) {
1191                 input_samples[j] = MUL16(input_samples[j],
1192                                          ff_ac3_window[j]) >> 15;
1193                 input_samples[AC3_WINDOW_SIZE-j-1] = MUL16(input_samples[AC3_WINDOW_SIZE-j-1],
1194                                              ff_ac3_window[j]) >> 15;
1195             }
1196
1197             /* Normalize the samples to use the maximum available
1198                precision */
1199             v = 14 - log2_tab(input_samples, AC3_WINDOW_SIZE);
1200             if (v < 0)
1201                 v = 0;
1202             exp_samples[i][ch] = v - 9;
1203             lshift_tab(input_samples, AC3_WINDOW_SIZE, v);
1204
1205             /* do the MDCT */
1206             mdct512(mdct_coef[i][ch], input_samples);
1207
1208             /* compute "exponents". We take into account the
1209                normalization there */
1210             for(j=0;j<AC3_MAX_COEFS;j++) {
1211                 int e;
1212                 v = abs(mdct_coef[i][ch][j]);
1213                 if (v == 0)
1214                     e = 24;
1215                 else {
1216                     e = 23 - av_log2(v) + exp_samples[i][ch];
1217                     if (e >= 24) {
1218                         e = 24;
1219                         mdct_coef[i][ch][j] = 0;
1220                     }
1221                 }
1222                 exp[i][ch][j] = e;
1223             }
1224         }
1225
1226         compute_exp_strategy(exp_strategy, exp, ch, ch == s->lfe_channel);
1227
1228         /* compute the exponents as the decoder will see them. The
1229            EXP_REUSE case must be handled carefully : we select the
1230            min of the exponents */
1231         i = 0;
1232         while (i < AC3_MAX_BLOCKS) {
1233             j = i + 1;
1234             while (j < AC3_MAX_BLOCKS && exp_strategy[j][ch] == EXP_REUSE) {
1235                 exponent_min(exp[i][ch], exp[j][ch], s->nb_coefs[ch]);
1236                 j++;
1237             }
1238             frame_bits += encode_exp(encoded_exp[i][ch],
1239                                      exp[i][ch], s->nb_coefs[ch],
1240                                      exp_strategy[i][ch]);
1241             /* copy encoded exponents for reuse case */
1242             for(k=i+1;k<j;k++) {
1243                 memcpy(encoded_exp[k][ch], encoded_exp[i][ch],
1244                        s->nb_coefs[ch] * sizeof(uint8_t));
1245             }
1246             i = j;
1247         }
1248     }
1249
1250     /* adjust for fractional frame sizes */
1251     while(s->bits_written >= s->bit_rate && s->samples_written >= s->sample_rate) {
1252         s->bits_written -= s->bit_rate;
1253         s->samples_written -= s->sample_rate;
1254     }
1255     s->frame_size = s->frame_size_min + (s->bits_written * s->sample_rate < s->samples_written * s->bit_rate);
1256     s->bits_written += s->frame_size * 16;
1257     s->samples_written += AC3_FRAME_SIZE;
1258
1259     compute_bit_allocation(s, bap, encoded_exp, exp_strategy, frame_bits);
1260     /* everything is known... let's output the frame */
1261     output_frame_header(s, frame);
1262
1263     for(i=0;i<AC3_MAX_BLOCKS;i++) {
1264         output_audio_block(s, exp_strategy[i], encoded_exp[i],
1265                            bap[i], mdct_coef[i], exp_samples[i], i);
1266     }
1267     return output_frame_end(s);
1268 }
1269
1270 static av_cold int AC3_encode_close(AVCodecContext *avctx)
1271 {
1272     av_freep(&avctx->coded_frame);
1273     return 0;
1274 }
1275
1276 #ifdef TEST
1277 /*************************************************************************/
1278 /* TEST */
1279
1280 #include "libavutil/lfg.h"
1281
1282 #define FN (MDCT_SAMPLES/4)
1283
1284 static void fft_test(AVLFG *lfg)
1285 {
1286     IComplex in[FN], in1[FN];
1287     int k, n, i;
1288     float sum_re, sum_im, a;
1289
1290     /* FFT test */
1291
1292     for(i=0;i<FN;i++) {
1293         in[i].re = av_lfg_get(lfg) % 65535 - 32767;
1294         in[i].im = av_lfg_get(lfg) % 65535 - 32767;
1295         in1[i] = in[i];
1296     }
1297     fft(in, 7);
1298
1299     /* do it by hand */
1300     for(k=0;k<FN;k++) {
1301         sum_re = 0;
1302         sum_im = 0;
1303         for(n=0;n<FN;n++) {
1304             a = -2 * M_PI * (n * k) / FN;
1305             sum_re += in1[n].re * cos(a) - in1[n].im * sin(a);
1306             sum_im += in1[n].re * sin(a) + in1[n].im * cos(a);
1307         }
1308         av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "%3d: %6d,%6d %6.0f,%6.0f\n",
1309                k, in[k].re, in[k].im, sum_re / FN, sum_im / FN);
1310     }
1311 }
1312
1313 static void mdct_test(AVLFG *lfg)
1314 {
1315     int16_t input[MDCT_SAMPLES];
1316     int32_t output[AC3_MAX_COEFS];
1317     float input1[MDCT_SAMPLES];
1318     float output1[AC3_MAX_COEFS];
1319     float s, a, err, e, emax;
1320     int i, k, n;
1321
1322     for(i=0;i<MDCT_SAMPLES;i++) {
1323         input[i] = (av_lfg_get(lfg) % 65535 - 32767) * 9 / 10;
1324         input1[i] = input[i];
1325     }
1326
1327     mdct512(output, input);
1328
1329     /* do it by hand */
1330     for(k=0;k<AC3_MAX_COEFS;k++) {
1331         s = 0;
1332         for(n=0;n<MDCT_SAMPLES;n++) {
1333             a = (2*M_PI*(2*n+1+MDCT_SAMPLES/2)*(2*k+1) / (4 * MDCT_SAMPLES));
1334             s += input1[n] * cos(a);
1335         }
1336         output1[k] = -2 * s / MDCT_SAMPLES;
1337     }
1338
1339     err = 0;
1340     emax = 0;
1341     for(i=0;i<AC3_MAX_COEFS;i++) {
1342         av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "%3d: %7d %7.0f\n", i, output[i], output1[i]);
1343         e = output[i] - output1[i];
1344         if (e > emax)
1345             emax = e;
1346         err += e * e;
1347     }
1348     av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "err2=%f emax=%f\n", err / AC3_MAX_COEFS, emax);
1349 }
1350
1351 int main(void)
1352 {
1353     AVLFG lfg;
1354
1355     av_log_set_level(AV_LOG_DEBUG);
1356     mdct_init(9);
1357
1358     fft_test(&lfg);
1359     mdct_test(&lfg);
1360
1361     return 0;
1362 }
1363 #endif /* TEST */
1364
1365 AVCodec ac3_encoder = {
1366     "ac3",
1367     AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1368     CODEC_ID_AC3,
1369     sizeof(AC3EncodeContext),
1370     AC3_encode_init,
1371     AC3_encode_frame,
1372     AC3_encode_close,
1373     NULL,
1374     .sample_fmts = (const enum AVSampleFormat[]){AV_SAMPLE_FMT_S16,AV_SAMPLE_FMT_NONE},
1375     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("ATSC A/52A (AC-3)"),
1376     .channel_layouts = (const int64_t[]){
1377         AV_CH_LAYOUT_MONO,
1378         AV_CH_LAYOUT_STEREO,
1379         AV_CH_LAYOUT_2_1,
1380         AV_CH_LAYOUT_SURROUND,
1381         AV_CH_LAYOUT_2_2,
1382         AV_CH_LAYOUT_QUAD,
1383         AV_CH_LAYOUT_4POINT0,
1384         AV_CH_LAYOUT_5POINT0,
1385         AV_CH_LAYOUT_5POINT0_BACK,
1386        (AV_CH_LAYOUT_MONO     | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1387        (AV_CH_LAYOUT_STEREO   | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1388        (AV_CH_LAYOUT_2_1      | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1389        (AV_CH_LAYOUT_SURROUND | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1390        (AV_CH_LAYOUT_2_2      | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1391        (AV_CH_LAYOUT_QUAD     | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1392        (AV_CH_LAYOUT_4POINT0  | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
1393         AV_CH_LAYOUT_5POINT1,
1394         AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK,
1395         0 },
1396 };