git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/dcaenc.c

   1 /*
   2  * DCA encoder
   3  * Copyright (C) 2008-2012 Alexander E. Patrakov
   4  *               2010 Benjamin Larsson
   5  *               2011 Xiang Wang
   6  *
   7  * This file is part of FFmpeg.
   8  *
   9  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  11  * License as published by the Free Software Foundation; either
  12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  22  */
  23
  24 #include "libavutil/avassert.h"
  25 #include "libavutil/channel_layout.h"
  26 #include "libavutil/common.h"
  27 #include "libavutil/ffmath.h"
  28 #include "avcodec.h"
  29 #include "dca.h"
  30 #include "dcadata.h"
  31 #include "dcaenc.h"
  32 #include "internal.h"
  33 #include "mathops.h"
  34 #include "put_bits.h"
  35
  36 #define MAX_CHANNELS 6
  37 #define DCA_MAX_FRAME_SIZE 16384
  38 #define DCA_HEADER_SIZE 13
  39 #define DCA_LFE_SAMPLES 8
  40
  41 #define DCAENC_SUBBANDS 32
  42 #define SUBFRAMES 1
  43 #define SUBSUBFRAMES 2
  44 #define SUBBAND_SAMPLES (SUBFRAMES * SUBSUBFRAMES * 8)
  45 #define AUBANDS 25
  46
  47 typedef struct DCAEncContext {
  48     PutBitContext pb;
  49     int frame_size;
  50     int frame_bits;
  51     int fullband_channels;
  52     int channels;
  53     int lfe_channel;
  54     int samplerate_index;
  55     int bitrate_index;
  56     int channel_config;
  57     const int32_t *band_interpolation;
  58     const int32_t *band_spectrum;
  59     int lfe_scale_factor;
  60     softfloat lfe_quant;
  61     int32_t lfe_peak_cb;
  62     const int8_t *channel_order_tab;  ///< channel reordering table, lfe and non lfe
  63
  64     int32_t history[512][MAX_CHANNELS]; /* This is a circular buffer */
  65     int32_t subband[SUBBAND_SAMPLES][DCAENC_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
  66     int32_t quantized[SUBBAND_SAMPLES][DCAENC_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
  67     int32_t peak_cb[DCAENC_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
  68     int32_t downsampled_lfe[DCA_LFE_SAMPLES];
  69     int32_t masking_curve_cb[SUBSUBFRAMES][256];
  70     int abits[DCAENC_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
  71     int scale_factor[DCAENC_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
  72     softfloat quant[DCAENC_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
  73     int32_t eff_masking_curve_cb[256];
  74     int32_t band_masking_cb[32];
  75     int32_t worst_quantization_noise;
  76     int32_t worst_noise_ever;
  77     int consumed_bits;
  78 } DCAEncContext;
  79
  80 static int32_t cos_table[2048];
  81 static int32_t band_interpolation[2][512];
  82 static int32_t band_spectrum[2][8];
  83 static int32_t auf[9][AUBANDS][256];
  84 static int32_t cb_to_add[256];
  85 static int32_t cb_to_level[2048];
  86 static int32_t lfe_fir_64i[512];
  87
  88 /* Transfer function of outer and middle ear, Hz -> dB */
  89 static double hom(double f)
  90 {
  91     double f1 = f / 1000;
  92
  93     return -3.64 * pow(f1, -0.8)
  94            + 6.8 * exp(-0.6 * (f1 - 3.4) * (f1 - 3.4))
  95            - 6.0 * exp(-0.15 * (f1 - 8.7) * (f1 - 8.7))
  96            - 0.0006 * (f1 * f1) * (f1 * f1);
  97 }
  98
  99 static double gammafilter(int i, double f)
 100 {
 101     double h = (f - fc[i]) / erb[i];
 102
 103     h = 1 + h * h;
 104     h = 1 / (h * h);
 105     return 20 * log10(h);
 106 }
 107
 108 static int encode_init(AVCodecContext *avctx)
 109 {
 110     DCAEncContext *c = avctx->priv_data;
 111     uint64_t layout = avctx->channel_layout;
 112     int i, min_frame_bits;
 113
 114     c->fullband_channels = c->channels = avctx->channels;
 115     c->lfe_channel = (avctx->channels == 3 || avctx->channels == 6);
 116     c->band_interpolation = band_interpolation[1];
 117     c->band_spectrum = band_spectrum[1];
 118     c->worst_quantization_noise = -2047;
 119     c->worst_noise_ever = -2047;
 120
 121     if (!layout) {
 122         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "No channel layout specified. The "
 123                                       "encoder will guess the layout, but it "
 124                                       "might be incorrect.\n");
 125         layout = av_get_default_channel_layout(avctx->channels);
 126     }
 127     switch (layout) {
 128     case AV_CH_LAYOUT_MONO:         c->channel_config = 0; break;
 129     case AV_CH_LAYOUT_STEREO:       c->channel_config = 2; break;
 130     case AV_CH_LAYOUT_2_2:          c->channel_config = 8; break;
 131     case AV_CH_LAYOUT_5POINT0:      c->channel_config = 9; break;
 132     case AV_CH_LAYOUT_5POINT1:      c->channel_config = 9; break;
 133     default:
 134         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported channel layout!\n");
 135         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 136     }
 137
 138     if (c->lfe_channel) {
 139         c->fullband_channels--;
 140         c->channel_order_tab = ff_dca_channel_reorder_lfe[c->channel_config];
 141     } else {
 142         c->channel_order_tab = ff_dca_channel_reorder_nolfe[c->channel_config];
 143     }
 144
 145     for (i = 0; i < 9; i++) {
 146         if (sample_rates[i] == avctx->sample_rate)
 147             break;
 148     }
 149     if (i == 9)
 150         return AVERROR(EINVAL);
 151     c->samplerate_index = i;
 152
 153     if (avctx->bit_rate < 32000 || avctx->bit_rate > 3840000) {
 154         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Bit rate %"PRId64" not supported.", (int64_t)avctx->bit_rate);
 155         return AVERROR(EINVAL);
 156     }
 157     for (i = 0; ff_dca_bit_rates[i] < avctx->bit_rate; i++)
 158         ;
 159     c->bitrate_index = i;
 160     c->frame_bits = FFALIGN((avctx->bit_rate * 512 + avctx->sample_rate - 1) / avctx->sample_rate, 32);
 161     min_frame_bits = 132 + (493 + 28 * 32) * c->fullband_channels + c->lfe_channel * 72;
 162     if (c->frame_bits < min_frame_bits || c->frame_bits > (DCA_MAX_FRAME_SIZE << 3))
 163         return AVERROR(EINVAL);
 164
 165     c->frame_size = (c->frame_bits + 7) / 8;
 166
 167     avctx->frame_size = 32 * SUBBAND_SAMPLES;
 168
 169     if (!cos_table[0]) {
 170         int j, k;
 171
 172         cos_table[0] = 0x7fffffff;
 173         cos_table[512] = 0;
 174         cos_table[1024] = -cos_table[0];
 175         for (i = 1; i < 512; i++) {
 176             cos_table[i]   = (int32_t)(0x7fffffff * cos(M_PI * i / 1024));
 177             cos_table[1024-i] = -cos_table[i];
 178             cos_table[1024+i] = -cos_table[i];
 179             cos_table[2048-i] = cos_table[i];
 180         }
 181         for (i = 0; i < 2048; i++) {
 182             cb_to_level[i] = (int32_t)(0x7fffffff * ff_exp10(-0.005 * i));
 183         }
 184
 185         for (k = 0; k < 32; k++) {
 186             for (j = 0; j < 8; j++) {
 187                 lfe_fir_64i[64 * j + k] = (int32_t)(0xffffff800000ULL * ff_dca_lfe_fir_64[8 * k + j]);
 188                 lfe_fir_64i[64 * (7-j) + (63 - k)] = (int32_t)(0xffffff800000ULL * ff_dca_lfe_fir_64[8 * k + j]);
 189             }
 190         }
 191
 192         for (i = 0; i < 512; i++) {
 193             band_interpolation[0][i] = (int32_t)(0x1000000000ULL * ff_dca_fir_32bands_perfect[i]);
 194             band_interpolation[1][i] = (int32_t)(0x1000000000ULL * ff_dca_fir_32bands_nonperfect[i]);
 195         }
 196
 197         for (i = 0; i < 9; i++) {
 198             for (j = 0; j < AUBANDS; j++) {
 199                 for (k = 0; k < 256; k++) {
 200                     double freq = sample_rates[i] * (k + 0.5) / 512;
 201
 202                     auf[i][j][k] = (int32_t)(10 * (hom(freq) + gammafilter(j, freq)));
 203                 }
 204             }
 205         }
 206
 207         for (i = 0; i < 256; i++) {
 208             double add = 1 + ff_exp10(-0.01 * i);
 209             cb_to_add[i] = (int32_t)(100 * log10(add));
 210         }
 211         for (j = 0; j < 8; j++) {
 212             double accum = 0;
 213             for (i = 0; i < 512; i++) {
 214                 double reconst = ff_dca_fir_32bands_perfect[i] * ((i & 64) ? (-1) : 1);
 215                 accum += reconst * cos(2 * M_PI * (i + 0.5 - 256) * (j + 0.5) / 512);
 216             }
 217             band_spectrum[0][j] = (int32_t)(200 * log10(accum));
 218         }
 219         for (j = 0; j < 8; j++) {
 220             double accum = 0;
 221             for (i = 0; i < 512; i++) {
 222                 double reconst = ff_dca_fir_32bands_nonperfect[i] * ((i & 64) ? (-1) : 1);
 223                 accum += reconst * cos(2 * M_PI * (i + 0.5 - 256) * (j + 0.5) / 512);
 224             }
 225             band_spectrum[1][j] = (int32_t)(200 * log10(accum));
 226         }
 227     }
 228     return 0;
 229 }
 230
 231 static inline int32_t cos_t(int x)
 232 {
 233     return cos_table[x & 2047];
 234 }
 235
 236 static inline int32_t sin_t(int x)
 237 {
 238     return cos_t(x - 512);
 239 }
 240
 241 static inline int32_t half32(int32_t a)
 242 {
 243     return (a + 1) >> 1;
 244 }
 245
 246 static inline int32_t mul32(int32_t a, int32_t b)
 247 {
 248     int64_t r = (int64_t)a * b + 0x80000000ULL;
 249     return r >> 32;
 250 }
 251
 252 static void subband_transform(DCAEncContext *c, const int32_t *input)
 253 {
 254     int ch, subs, i, k, j;
 255
 256     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
 257         /* History is copied because it is also needed for PSY */
 258         int32_t hist[512];
 259         int hist_start = 0;
 260         const int chi = c->channel_order_tab[ch];
 261
 262         for (i = 0; i < 512; i++)
 263             hist[i] = c->history[i][ch];
 264
 265         for (subs = 0; subs < SUBBAND_SAMPLES; subs++) {
 266             int32_t accum[64];
 267             int32_t resp;
 268             int band;
 269
 270             /* Calculate the convolutions at once */
 271             for (i = 0; i < 64; i++)
 272                 accum[i] = 0;
 273
 274             for (k = 0, i = hist_start, j = 0;
 275                     i < 512; k = (k + 1) & 63, i++, j++)
 276                 accum[k] += mul32(hist[i], c->band_interpolation[j]);
 277             for (i = 0; i < hist_start; k = (k + 1) & 63, i++, j++)
 278                 accum[k] += mul32(hist[i], c->band_interpolation[j]);
 279
 280             for (k = 16; k < 32; k++)
 281                 accum[k] = accum[k] - accum[31 - k];
 282             for (k = 32; k < 48; k++)
 283                 accum[k] = accum[k] + accum[95 - k];
 284
 285             for (band = 0; band < 32; band++) {
 286                 resp = 0;
 287                 for (i = 16; i < 48; i++) {
 288                     int s = (2 * band + 1) * (2 * (i + 16) + 1);
 289                     resp += mul32(accum[i], cos_t(s << 3)) >> 3;
 290                 }
 291
 292                 c->subband[subs][band][ch] = ((band + 1) & 2) ? -resp : resp;
 293             }
 294
 295             /* Copy in 32 new samples from input */
 296             for (i = 0; i < 32; i++)
 297                 hist[i + hist_start] = input[(subs * 32 + i) * c->channels + chi];
 298             hist_start = (hist_start + 32) & 511;
 299         }
 300     }
 301 }
 302
 303 static void lfe_downsample(DCAEncContext *c, const int32_t *input)
 304 {
 305     /* FIXME: make 128x LFE downsampling possible */
 306     const int lfech = ff_dca_lfe_index[c->channel_config];
 307     int i, j, lfes;
 308     int32_t hist[512];
 309     int32_t accum;
 310     int hist_start = 0;
 311
 312     for (i = 0; i < 512; i++)
 313         hist[i] = c->history[i][c->channels - 1];
 314
 315     for (lfes = 0; lfes < DCA_LFE_SAMPLES; lfes++) {
 316         /* Calculate the convolution */
 317         accum = 0;
 318
 319         for (i = hist_start, j = 0; i < 512; i++, j++)
 320             accum += mul32(hist[i], lfe_fir_64i[j]);
 321         for (i = 0; i < hist_start; i++, j++)
 322             accum += mul32(hist[i], lfe_fir_64i[j]);
 323
 324         c->downsampled_lfe[lfes] = accum;
 325
 326         /* Copy in 64 new samples from input */
 327         for (i = 0; i < 64; i++)
 328             hist[i + hist_start] = input[(lfes * 64 + i) * c->channels + lfech];
 329
 330         hist_start = (hist_start + 64) & 511;
 331     }
 332 }
 333
 334 typedef struct {
 335     int32_t re;
 336     int32_t im;
 337 } cplx32;
 338
 339 static void fft(const int32_t in[2 * 256], cplx32 out[256])
 340 {
 341     cplx32 buf[256], rin[256], rout[256];
 342     int i, j, k, l;
 343
 344     /* do two transforms in parallel */
 345     for (i = 0; i < 256; i++) {
 346         /* Apply the Hann window */
 347         rin[i].re = mul32(in[2 * i], 0x3fffffff - (cos_t(8 * i + 2) >> 1));
 348         rin[i].im = mul32(in[2 * i + 1], 0x3fffffff - (cos_t(8 * i + 6) >> 1));
 349     }
 350     /* pre-rotation */
 351     for (i = 0; i < 256; i++) {
 352         buf[i].re = mul32(cos_t(4 * i + 2), rin[i].re)
 353                   - mul32(sin_t(4 * i + 2), rin[i].im);
 354         buf[i].im = mul32(cos_t(4 * i + 2), rin[i].im)
 355                   + mul32(sin_t(4 * i + 2), rin[i].re);
 356     }
 357
 358     for (j = 256, l = 1; j != 1; j >>= 1, l <<= 1) {
 359         for (k = 0; k < 256; k += j) {
 360             for (i = k; i < k + j / 2; i++) {
 361                 cplx32 sum, diff;
 362                 int t = 8 * l * i;
 363
 364                 sum.re = buf[i].re + buf[i + j / 2].re;
 365                 sum.im = buf[i].im + buf[i + j / 2].im;
 366
 367                 diff.re = buf[i].re - buf[i + j / 2].re;
 368                 diff.im = buf[i].im - buf[i + j / 2].im;
 369
 370                 buf[i].re = half32(sum.re);
 371                 buf[i].im = half32(sum.im);
 372
 373                 buf[i + j / 2].re = mul32(diff.re, cos_t(t))
 374                                   - mul32(diff.im, sin_t(t));
 375                 buf[i + j / 2].im = mul32(diff.im, cos_t(t))
 376                                   + mul32(diff.re, sin_t(t));
 377             }
 378         }
 379     }
 380     /* post-rotation */
 381     for (i = 0; i < 256; i++) {
 382         int b = ff_reverse[i];
 383         rout[i].re = mul32(buf[b].re, cos_t(4 * i))
 384                    - mul32(buf[b].im, sin_t(4 * i));
 385         rout[i].im = mul32(buf[b].im, cos_t(4 * i))
 386                    + mul32(buf[b].re, sin_t(4 * i));
 387     }
 388     for (i = 0; i < 256; i++) {
 389         /* separate the results of the two transforms */
 390         cplx32 o1, o2;
 391
 392         o1.re =  rout[i].re - rout[255 - i].re;
 393         o1.im =  rout[i].im + rout[255 - i].im;
 394
 395         o2.re =  rout[i].im - rout[255 - i].im;
 396         o2.im = -rout[i].re - rout[255 - i].re;
 397
 398         /* combine them into one long transform */
 399         out[i].re = mul32( o1.re + o2.re, cos_t(2 * i + 1))
 400                   + mul32( o1.im - o2.im, sin_t(2 * i + 1));
 401         out[i].im = mul32( o1.im + o2.im, cos_t(2 * i + 1))
 402                   + mul32(-o1.re + o2.re, sin_t(2 * i + 1));
 403     }
 404 }
 405
 406 static int32_t get_cb(int32_t in)
 407 {
 408     int i, res;
 409
 410     res = 0;
 411     if (in < 0)
 412         in = -in;
 413     for (i = 1024; i > 0; i >>= 1) {
 414         if (cb_to_level[i + res] >= in)
 415             res += i;
 416     }
 417     return -res;
 418 }
 419
 420 static int32_t add_cb(int32_t a, int32_t b)
 421 {
 422     if (a < b)
 423         FFSWAP(int32_t, a, b);
 424
 425     if (a - b >= 256)
 426         return a;
 427     return a + cb_to_add[a - b];
 428 }
 429
 430 static void adjust_jnd(int samplerate_index,
 431                        const int32_t in[512], int32_t out_cb[256])
 432 {
 433     int32_t power[256];
 434     cplx32 out[256];
 435     int32_t out_cb_unnorm[256];
 436     int32_t denom;
 437     const int32_t ca_cb = -1114;
 438     const int32_t cs_cb = 928;
 439     int i, j;
 440
 441     fft(in, out);
 442
 443     for (j = 0; j < 256; j++) {
 444         power[j] = add_cb(get_cb(out[j].re), get_cb(out[j].im));
 445         out_cb_unnorm[j] = -2047; /* and can only grow */
 446     }
 447
 448     for (i = 0; i < AUBANDS; i++) {
 449         denom = ca_cb; /* and can only grow */
 450         for (j = 0; j < 256; j++)
 451             denom = add_cb(denom, power[j] + auf[samplerate_index][i][j]);
 452         for (j = 0; j < 256; j++)
 453             out_cb_unnorm[j] = add_cb(out_cb_unnorm[j],
 454                     -denom + auf[samplerate_index][i][j]);
 455     }
 456
 457     for (j = 0; j < 256; j++)
 458         out_cb[j] = add_cb(out_cb[j], -out_cb_unnorm[j] - ca_cb - cs_cb);
 459 }
 460
 461 typedef void (*walk_band_t)(DCAEncContext *c, int band1, int band2, int f,
 462                             int32_t spectrum1, int32_t spectrum2, int channel,
 463                             int32_t * arg);
 464
 465 static void walk_band_low(DCAEncContext *c, int band, int channel,
 466                           walk_band_t walk, int32_t *arg)
 467 {
 468     int f;
 469
 470     if (band == 0) {
 471         for (f = 0; f < 4; f++)
 472             walk(c, 0, 0, f, 0, -2047, channel, arg);
 473     } else {
 474         for (f = 0; f < 8; f++)
 475             walk(c, band, band - 1, 8 * band - 4 + f,
 476                     c->band_spectrum[7 - f], c->band_spectrum[f], channel, arg);
 477     }
 478 }
 479
 480 static void walk_band_high(DCAEncContext *c, int band, int channel,
 481                            walk_band_t walk, int32_t *arg)
 482 {
 483     int f;
 484
 485     if (band == 31) {
 486         for (f = 0; f < 4; f++)
 487             walk(c, 31, 31, 256 - 4 + f, 0, -2047, channel, arg);
 488     } else {
 489         for (f = 0; f < 8; f++)
 490             walk(c, band, band + 1, 8 * band + 4 + f,
 491                     c->band_spectrum[f], c->band_spectrum[7 - f], channel, arg);
 492     }
 493 }
 494
 495 static void update_band_masking(DCAEncContext *c, int band1, int band2,
 496                                 int f, int32_t spectrum1, int32_t spectrum2,
 497                                 int channel, int32_t * arg)
 498 {
 499     int32_t value = c->eff_masking_curve_cb[f] - spectrum1;
 500
 501     if (value < c->band_masking_cb[band1])
 502         c->band_masking_cb[band1] = value;
 503 }
 504
 505 static void calc_masking(DCAEncContext *c, const int32_t *input)
 506 {
 507     int i, k, band, ch, ssf;
 508     int32_t data[512];
 509
 510     for (i = 0; i < 256; i++)
 511         for (ssf = 0; ssf < SUBSUBFRAMES; ssf++)
 512             c->masking_curve_cb[ssf][i] = -2047;
 513
 514     for (ssf = 0; ssf < SUBSUBFRAMES; ssf++)
 515         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
 516             const int chi = c->channel_order_tab[ch];
 517
 518             for (i = 0, k = 128 + 256 * ssf; k < 512; i++, k++)
 519                 data[i] = c->history[k][ch];
 520             for (k -= 512; i < 512; i++, k++)
 521                 data[i] = input[k * c->channels + chi];
 522             adjust_jnd(c->samplerate_index, data, c->masking_curve_cb[ssf]);
 523         }
 524     for (i = 0; i < 256; i++) {
 525         int32_t m = 2048;
 526
 527         for (ssf = 0; ssf < SUBSUBFRAMES; ssf++)
 528             if (c->masking_curve_cb[ssf][i] < m)
 529                 m = c->masking_curve_cb[ssf][i];
 530         c->eff_masking_curve_cb[i] = m;
 531     }
 532
 533     for (band = 0; band < 32; band++) {
 534         c->band_masking_cb[band] = 2048;
 535         walk_band_low(c, band, 0, update_band_masking, NULL);
 536         walk_band_high(c, band, 0, update_band_masking, NULL);
 537     }
 538 }
 539
 540 static void find_peaks(DCAEncContext *c)
 541 {
 542     int band, ch;
 543
 544     for (band = 0; band < 32; band++)
 545         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
 546             int sample;
 547             int32_t m = 0;
 548
 549             for (sample = 0; sample < SUBBAND_SAMPLES; sample++) {
 550                 int32_t s = abs(c->subband[sample][band][ch]);
 551                 if (m < s)
 552                     m = s;
 553             }
 554             c->peak_cb[band][ch] = get_cb(m);
 555         }
 556
 557     if (c->lfe_channel) {
 558         int sample;
 559         int32_t m = 0;
 560
 561         for (sample = 0; sample < DCA_LFE_SAMPLES; sample++)
 562             if (m < abs(c->downsampled_lfe[sample]))
 563                 m = abs(c->downsampled_lfe[sample]);
 564         c->lfe_peak_cb = get_cb(m);
 565     }
 566 }
 567
 568 static const int snr_fudge = 128;
 569 #define USED_1ABITS 1
 570 #define USED_NABITS 2
 571 #define USED_26ABITS 4
 572
 573 static int init_quantization_noise(DCAEncContext *c, int noise)
 574 {
 575     int ch, band, ret = 0;
 576
 577     c->consumed_bits = 132 + 493 * c->fullband_channels;
 578     if (c->lfe_channel)
 579         c->consumed_bits += 72;
 580
 581     /* attempt to guess the bit distribution based on the prevoius frame */
 582     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
 583         for (band = 0; band < 32; band++) {
 584             int snr_cb = c->peak_cb[band][ch] - c->band_masking_cb[band] - noise;
 585
 586             if (snr_cb >= 1312) {
 587                 c->abits[band][ch] = 26;
 588                 ret |= USED_26ABITS;
 589             } else if (snr_cb >= 222) {
 590                 c->abits[band][ch] = 8 + mul32(snr_cb - 222, 69000000);
 591                 ret |= USED_NABITS;
 592             } else if (snr_cb >= 0) {
 593                 c->abits[band][ch] = 2 + mul32(snr_cb, 106000000);
 594                 ret |= USED_NABITS;
 595             } else {
 596                 c->abits[band][ch] = 1;
 597                 ret |= USED_1ABITS;
 598             }
 599         }
 600     }
 601
 602     for (band = 0; band < 32; band++)
 603         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
 604             c->consumed_bits += bit_consumption[c->abits[band][ch]];
 605         }
 606
 607     return ret;
 608 }
 609
 610 static void assign_bits(DCAEncContext *c)
 611 {
 612     /* Find the bounds where the binary search should work */
 613     int low, high, down;
 614     int used_abits = 0;
 615
 616     init_quantization_noise(c, c->worst_quantization_noise);
 617     low = high = c->worst_quantization_noise;
 618     if (c->consumed_bits > c->frame_bits) {
 619         while (c->consumed_bits > c->frame_bits) {
 620             av_assert0(used_abits != USED_1ABITS);
 621             low = high;
 622             high += snr_fudge;
 623             used_abits = init_quantization_noise(c, high);
 624         }
 625     } else {
 626         while (c->consumed_bits <= c->frame_bits) {
 627             high = low;
 628             if (used_abits == USED_26ABITS)
 629                 goto out; /* The requested bitrate is too high, pad with zeros */
 630             low -= snr_fudge;
 631             used_abits = init_quantization_noise(c, low);
 632         }
 633     }
 634
 635     /* Now do a binary search between low and high to see what fits */
 636     for (down = snr_fudge >> 1; down; down >>= 1) {
 637         init_quantization_noise(c, high - down);
 638         if (c->consumed_bits <= c->frame_bits)
 639             high -= down;
 640     }
 641     init_quantization_noise(c, high);
 642 out:
 643     c->worst_quantization_noise = high;
 644     if (high > c->worst_noise_ever)
 645         c->worst_noise_ever = high;
 646 }
 647
 648 static void shift_history(DCAEncContext *c, const int32_t *input)
 649 {
 650     int k, ch;
 651
 652     for (k = 0; k < 512; k++)
 653         for (ch = 0; ch < c->channels; ch++) {
 654             const int chi = c->channel_order_tab[ch];
 655
 656             c->history[k][ch] = input[k * c->channels + chi];
 657         }
 658 }
 659
 660 static int32_t quantize_value(int32_t value, softfloat quant)
 661 {
 662     int32_t offset = 1 << (quant.e - 1);
 663
 664     value = mul32(value, quant.m) + offset;
 665     value = value >> quant.e;
 666     return value;
 667 }
 668
 669 static int calc_one_scale(int32_t peak_cb, int abits, softfloat *quant)
 670 {
 671     int32_t peak;
 672     int our_nscale, try_remove;
 673     softfloat our_quant;
 674
 675     av_assert0(peak_cb <= 0);
 676     av_assert0(peak_cb >= -2047);
 677
 678     our_nscale = 127;
 679     peak = cb_to_level[-peak_cb];
 680
 681     for (try_remove = 64; try_remove > 0; try_remove >>= 1) {
 682         if (scalefactor_inv[our_nscale - try_remove].e + stepsize_inv[abits].e <= 17)
 683             continue;
 684         our_quant.m = mul32(scalefactor_inv[our_nscale - try_remove].m, stepsize_inv[abits].m);
 685         our_quant.e = scalefactor_inv[our_nscale - try_remove].e + stepsize_inv[abits].e - 17;
 686         if ((ff_dca_quant_levels[abits] - 1) / 2 < quantize_value(peak, our_quant))
 687             continue;
 688         our_nscale -= try_remove;
 689     }
 690
 691     if (our_nscale >= 125)
 692         our_nscale = 124;
 693
 694     quant->m = mul32(scalefactor_inv[our_nscale].m, stepsize_inv[abits].m);
 695     quant->e = scalefactor_inv[our_nscale].e + stepsize_inv[abits].e - 17;
 696     av_assert0((ff_dca_quant_levels[abits] - 1) / 2 >= quantize_value(peak, *quant));
 697
 698     return our_nscale;
 699 }
 700
 701 static void calc_scales(DCAEncContext *c)
 702 {
 703     int band, ch;
 704
 705     for (band = 0; band < 32; band++)
 706         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 707             c->scale_factor[band][ch] = calc_one_scale(c->peak_cb[band][ch],
 708                                                        c->abits[band][ch],
 709                                                        &c->quant[band][ch]);
 710
 711     if (c->lfe_channel)
 712         c->lfe_scale_factor = calc_one_scale(c->lfe_peak_cb, 11, &c->lfe_quant);
 713 }
 714
 715 static void quantize_all(DCAEncContext *c)
 716 {
 717     int sample, band, ch;
 718
 719     for (sample = 0; sample < SUBBAND_SAMPLES; sample++)
 720         for (band = 0; band < 32; band++)
 721             for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 722                 c->quantized[sample][band][ch] = quantize_value(c->subband[sample][band][ch], c->quant[band][ch]);
 723 }
 724
 725 static void put_frame_header(DCAEncContext *c)
 726 {
 727     /* SYNC */
 728     put_bits(&c->pb, 16, 0x7ffe);
 729     put_bits(&c->pb, 16, 0x8001);
 730
 731     /* Frame type: normal */
 732     put_bits(&c->pb, 1, 1);
 733
 734     /* Deficit sample count: none */
 735     put_bits(&c->pb, 5, 31);
 736
 737     /* CRC is not present */
 738     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 739
 740     /* Number of PCM sample blocks */
 741     put_bits(&c->pb, 7, SUBBAND_SAMPLES - 1);
 742
 743     /* Primary frame byte size */
 744     put_bits(&c->pb, 14, c->frame_size - 1);
 745
 746     /* Audio channel arrangement */
 747     put_bits(&c->pb, 6, c->channel_config);
 748
 749     /* Core audio sampling frequency */
 750     put_bits(&c->pb, 4, bitstream_sfreq[c->samplerate_index]);
 751
 752     /* Transmission bit rate */
 753     put_bits(&c->pb, 5, c->bitrate_index);
 754
 755     /* Embedded down mix: disabled */
 756     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 757
 758     /* Embedded dynamic range flag: not present */
 759     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 760
 761     /* Embedded time stamp flag: not present */
 762     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 763
 764     /* Auxiliary data flag: not present */
 765     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 766
 767     /* HDCD source: no */
 768     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 769
 770     /* Extension audio ID: N/A */
 771     put_bits(&c->pb, 3, 0);
 772
 773     /* Extended audio data: not present */
 774     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 775
 776     /* Audio sync word insertion flag: after each sub-frame */
 777     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 778
 779     /* Low frequency effects flag: not present or 64x subsampling */
 780     put_bits(&c->pb, 2, c->lfe_channel ? 2 : 0);
 781
 782     /* Predictor history switch flag: on */
 783     put_bits(&c->pb, 1, 1);
 784
 785     /* No CRC */
 786     /* Multirate interpolator switch: non-perfect reconstruction */
 787     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 788
 789     /* Encoder software revision: 7 */
 790     put_bits(&c->pb, 4, 7);
 791
 792     /* Copy history: 0 */
 793     put_bits(&c->pb, 2, 0);
 794
 795     /* Source PCM resolution: 16 bits, not DTS ES */
 796     put_bits(&c->pb, 3, 0);
 797
 798     /* Front sum/difference coding: no */
 799     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 800
 801     /* Surrounds sum/difference coding: no */
 802     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 803
 804     /* Dialog normalization: 0 dB */
 805     put_bits(&c->pb, 4, 0);
 806 }
 807
 808 static void put_primary_audio_header(DCAEncContext *c)
 809 {
 810     static const int bitlen[11] = { 0, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3 };
 811     static const int thr[11]    = { 0, 1, 3, 3, 3, 3, 7, 7, 7, 7, 7 };
 812
 813     int ch, i;
 814     /* Number of subframes */
 815     put_bits(&c->pb, 4, SUBFRAMES - 1);
 816
 817     /* Number of primary audio channels */
 818     put_bits(&c->pb, 3, c->fullband_channels - 1);
 819
 820     /* Subband activity count */
 821     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 822         put_bits(&c->pb, 5, DCAENC_SUBBANDS - 2);
 823
 824     /* High frequency VQ start subband */
 825     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 826         put_bits(&c->pb, 5, DCAENC_SUBBANDS - 1);
 827
 828     /* Joint intensity coding index: 0, 0 */
 829     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 830         put_bits(&c->pb, 3, 0);
 831
 832     /* Transient mode codebook: A4, A4 (arbitrary) */
 833     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 834         put_bits(&c->pb, 2, 0);
 835
 836     /* Scale factor code book: 7 bit linear, 7-bit sqrt table (for each channel) */
 837     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 838         put_bits(&c->pb, 3, 6);
 839
 840     /* Bit allocation quantizer select: linear 5-bit */
 841     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 842         put_bits(&c->pb, 3, 6);
 843
 844     /* Quantization index codebook select: dummy data
 845        to avoid transmission of scale factor adjustment */
 846     for (i = 1; i < 11; i++)
 847         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 848             put_bits(&c->pb, bitlen[i], thr[i]);
 849
 850     /* Scale factor adjustment index: not transmitted */
 851     /* Audio header CRC check word: not transmitted */
 852 }
 853
 854 static void put_subframe_samples(DCAEncContext *c, int ss, int band, int ch)
 855 {
 856     if (c->abits[band][ch] <= 7) {
 857         int sum, i, j;
 858         for (i = 0; i < 8; i += 4) {
 859             sum = 0;
 860             for (j = 3; j >= 0; j--) {
 861                 sum *= ff_dca_quant_levels[c->abits[band][ch]];
 862                 sum += c->quantized[ss * 8 + i + j][band][ch];
 863                 sum += (ff_dca_quant_levels[c->abits[band][ch]] - 1) / 2;
 864             }
 865             put_bits(&c->pb, bit_consumption[c->abits[band][ch]] / 4, sum);
 866         }
 867     } else {
 868         int i;
 869         for (i = 0; i < 8; i++) {
 870             int bits = bit_consumption[c->abits[band][ch]] / 16;
 871             put_sbits(&c->pb, bits, c->quantized[ss * 8 + i][band][ch]);
 872         }
 873     }
 874 }
 875
 876 static void put_subframe(DCAEncContext *c, int subframe)
 877 {
 878     int i, band, ss, ch;
 879
 880     /* Subsubframes count */
 881     put_bits(&c->pb, 2, SUBSUBFRAMES -1);
 882
 883     /* Partial subsubframe sample count: dummy */
 884     put_bits(&c->pb, 3, 0);
 885
 886     /* Prediction mode: no ADPCM, in each channel and subband */
 887     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 888         for (band = 0; band < DCAENC_SUBBANDS; band++)
 889             put_bits(&c->pb, 1, 0);
 890
 891     /* Prediction VQ address: not transmitted */
 892     /* Bit allocation index */
 893     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 894         for (band = 0; band < DCAENC_SUBBANDS; band++)
 895             put_bits(&c->pb, 5, c->abits[band][ch]);
 896
 897     if (SUBSUBFRAMES > 1) {
 898         /* Transition mode: none for each channel and subband */
 899         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 900             for (band = 0; band < DCAENC_SUBBANDS; band++)
 901                 put_bits(&c->pb, 1, 0); /* codebook A4 */
 902     }
 903
 904     /* Scale factors */
 905     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 906         for (band = 0; band < DCAENC_SUBBANDS; band++)
 907             put_bits(&c->pb, 7, c->scale_factor[band][ch]);
 908
 909     /* Joint subband scale factor codebook select: not transmitted */
 910     /* Scale factors for joint subband coding: not transmitted */
 911     /* Stereo down-mix coefficients: not transmitted */
 912     /* Dynamic range coefficient: not transmitted */
 913     /* Stde information CRC check word: not transmitted */
 914     /* VQ encoded high frequency subbands: not transmitted */
 915
 916     /* LFE data: 8 samples and scalefactor */
 917     if (c->lfe_channel) {
 918         for (i = 0; i < DCA_LFE_SAMPLES; i++)
 919             put_bits(&c->pb, 8, quantize_value(c->downsampled_lfe[i], c->lfe_quant) & 0xff);
 920         put_bits(&c->pb, 8, c->lfe_scale_factor);
 921     }
 922
 923     /* Audio data (subsubframes) */
 924     for (ss = 0; ss < SUBSUBFRAMES ; ss++)
 925         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 926             for (band = 0; band < DCAENC_SUBBANDS; band++)
 927                     put_subframe_samples(c, ss, band, ch);
 928
 929     /* DSYNC */
 930     put_bits(&c->pb, 16, 0xffff);
 931 }
 932
 933 static int encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
 934                         const AVFrame *frame, int *got_packet_ptr)
 935 {
 936     DCAEncContext *c = avctx->priv_data;
 937     const int32_t *samples;
 938     int ret, i;
 939
 940     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, avpkt, c->frame_size, 0)) < 0)
 941         return ret;
 942
 943     samples = (const int32_t *)frame->data[0];
 944
 945     subband_transform(c, samples);
 946     if (c->lfe_channel)
 947         lfe_downsample(c, samples);
 948
 949     calc_masking(c, samples);
 950     find_peaks(c);
 951     assign_bits(c);
 952     calc_scales(c);
 953     quantize_all(c);
 954     shift_history(c, samples);
 955
 956     init_put_bits(&c->pb, avpkt->data, avpkt->size);
 957     put_frame_header(c);
 958     put_primary_audio_header(c);
 959     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++)
 960         put_subframe(c, i);
 961
 962
 963     for (i = put_bits_count(&c->pb); i < 8*c->frame_size; i++)
 964         put_bits(&c->pb, 1, 0);
 965
 966     flush_put_bits(&c->pb);
 967
 968     avpkt->pts      = frame->pts;
 969     avpkt->duration = ff_samples_to_time_base(avctx, frame->nb_samples);
 970     avpkt->size     = put_bits_count(&c->pb) >> 3;
 971     *got_packet_ptr = 1;
 972     return 0;
 973 }
 974
 975 static const AVCodecDefault defaults[] = {
 976     { "b",          "1411200" },
 977     { NULL },
 978 };
 979
 980 AVCodec ff_dca_encoder = {
 981     .name                  = "dca",
 982     .long_name             = NULL_IF_CONFIG_SMALL("DCA (DTS Coherent Acoustics)"),
 983     .type                  = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 984     .id                    = AV_CODEC_ID_DTS,
 985     .priv_data_size        = sizeof(DCAEncContext),
 986     .init                  = encode_init,
 987     .encode2               = encode_frame,
 988     .capabilities          = AV_CODEC_CAP_EXPERIMENTAL,
 989     .sample_fmts           = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_S32,
 990                                                             AV_SAMPLE_FMT_NONE },
 991     .supported_samplerates = sample_rates,
 992     .channel_layouts       = (const uint64_t[]) { AV_CH_LAYOUT_MONO,
 993                                                   AV_CH_LAYOUT_STEREO,
 994                                                   AV_CH_LAYOUT_2_2,
 995                                                   AV_CH_LAYOUT_5POINT0,
 996                                                   AV_CH_LAYOUT_5POINT1,
 997                                                   0 },
 998     .defaults              = defaults,
 999 };