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[MAX_CHANNELS][512]; /* This is a circular buffer */
  65     int32_t subband[MAX_CHANNELS][DCAENC_SUBBANDS][SUBBAND_SAMPLES];
  66     int32_t quantized[MAX_CHANNELS][DCAENC_SUBBANDS][SUBBAND_SAMPLES];
  67     int32_t peak_cb[MAX_CHANNELS][DCAENC_SUBBANDS];
  68     int32_t downsampled_lfe[DCA_LFE_SAMPLES];
  69     int32_t masking_curve_cb[SUBSUBFRAMES][256];
  70     int abits[MAX_CHANNELS][DCAENC_SUBBANDS];
  71     int scale_factor[MAX_CHANNELS][DCAENC_SUBBANDS];
  72     softfloat quant[MAX_CHANNELS][DCAENC_SUBBANDS];
  73     int32_t quant_index_sel[MAX_CHANNELS][DCA_CODE_BOOKS];
  74     int32_t eff_masking_curve_cb[256];
  75     int32_t band_masking_cb[32];
  76     int32_t worst_quantization_noise;
  77     int32_t worst_noise_ever;
  78     int consumed_bits;
  79 } DCAEncContext;
  80
  81 static int32_t cos_table[2048];
  82 static int32_t band_interpolation[2][512];
  83 static int32_t band_spectrum[2][8];
  84 static int32_t auf[9][AUBANDS][256];
  85 static int32_t cb_to_add[256];
  86 static int32_t cb_to_level[2048];
  87 static int32_t lfe_fir_64i[512];
  88
  89 /* Transfer function of outer and middle ear, Hz -> dB */
  90 static double hom(double f)
  91 {
  92     double f1 = f / 1000;
  93
  94     return -3.64 * pow(f1, -0.8)
  95            + 6.8 * exp(-0.6 * (f1 - 3.4) * (f1 - 3.4))
  96            - 6.0 * exp(-0.15 * (f1 - 8.7) * (f1 - 8.7))
  97            - 0.0006 * (f1 * f1) * (f1 * f1);
  98 }
  99
 100 static double gammafilter(int i, double f)
 101 {
 102     double h = (f - fc[i]) / erb[i];
 103
 104     h = 1 + h * h;
 105     h = 1 / (h * h);
 106     return 20 * log10(h);
 107 }
 108
 109 static int encode_init(AVCodecContext *avctx)
 110 {
 111     DCAEncContext *c = avctx->priv_data;
 112     uint64_t layout = avctx->channel_layout;
 113     int i, j, min_frame_bits;
 114
 115     c->fullband_channels = c->channels = avctx->channels;
 116     c->lfe_channel = (avctx->channels == 3 || avctx->channels == 6);
 117     c->band_interpolation = band_interpolation[1];
 118     c->band_spectrum = band_spectrum[1];
 119     c->worst_quantization_noise = -2047;
 120     c->worst_noise_ever = -2047;
 121
 122     if (!layout) {
 123         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "No channel layout specified. The "
 124                                       "encoder will guess the layout, but it "
 125                                       "might be incorrect.\n");
 126         layout = av_get_default_channel_layout(avctx->channels);
 127     }
 128     switch (layout) {
 129     case AV_CH_LAYOUT_MONO:         c->channel_config = 0; break;
 130     case AV_CH_LAYOUT_STEREO:       c->channel_config = 2; break;
 131     case AV_CH_LAYOUT_2_2:          c->channel_config = 8; break;
 132     case AV_CH_LAYOUT_5POINT0:      c->channel_config = 9; break;
 133     case AV_CH_LAYOUT_5POINT1:      c->channel_config = 9; break;
 134     default:
 135         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported channel layout!\n");
 136         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 137     }
 138
 139     if (c->lfe_channel) {
 140         c->fullband_channels--;
 141         c->channel_order_tab = channel_reorder_lfe[c->channel_config];
 142     } else {
 143         c->channel_order_tab = channel_reorder_nolfe[c->channel_config];
 144     }
 145
 146     for (i = 0; i < MAX_CHANNELS; i++) {
 147         for (j = 0; j < DCA_CODE_BOOKS; j++) {
 148             c->quant_index_sel[i][j] = ff_dca_quant_index_group_size[j];
 149         }
 150     }
 151
 152     for (i = 0; i < 9; i++) {
 153         if (sample_rates[i] == avctx->sample_rate)
 154             break;
 155     }
 156     if (i == 9)
 157         return AVERROR(EINVAL);
 158     c->samplerate_index = i;
 159
 160     if (avctx->bit_rate < 32000 || avctx->bit_rate > 3840000) {
 161         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Bit rate %"PRId64" not supported.", (int64_t)avctx->bit_rate);
 162         return AVERROR(EINVAL);
 163     }
 164     for (i = 0; ff_dca_bit_rates[i] < avctx->bit_rate; i++)
 165         ;
 166     c->bitrate_index = i;
 167     c->frame_bits = FFALIGN((avctx->bit_rate * 512 + avctx->sample_rate - 1) / avctx->sample_rate, 32);
 168     min_frame_bits = 132 + (493 + 28 * 32) * c->fullband_channels + c->lfe_channel * 72;
 169     if (c->frame_bits < min_frame_bits || c->frame_bits > (DCA_MAX_FRAME_SIZE << 3))
 170         return AVERROR(EINVAL);
 171
 172     c->frame_size = (c->frame_bits + 7) / 8;
 173
 174     avctx->frame_size = 32 * SUBBAND_SAMPLES;
 175
 176     if (!cos_table[0]) {
 177         int j, k;
 178
 179         cos_table[0] = 0x7fffffff;
 180         cos_table[512] = 0;
 181         cos_table[1024] = -cos_table[0];
 182         for (i = 1; i < 512; i++) {
 183             cos_table[i]   = (int32_t)(0x7fffffff * cos(M_PI * i / 1024));
 184             cos_table[1024-i] = -cos_table[i];
 185             cos_table[1024+i] = -cos_table[i];
 186             cos_table[2048-i] = cos_table[i];
 187         }
 188         for (i = 0; i < 2048; i++) {
 189             cb_to_level[i] = (int32_t)(0x7fffffff * ff_exp10(-0.005 * i));
 190         }
 191
 192         for (k = 0; k < 32; k++) {
 193             for (j = 0; j < 8; j++) {
 194                 lfe_fir_64i[64 * j + k] = (int32_t)(0xffffff800000ULL * ff_dca_lfe_fir_64[8 * k + j]);
 195                 lfe_fir_64i[64 * (7-j) + (63 - k)] = (int32_t)(0xffffff800000ULL * ff_dca_lfe_fir_64[8 * k + j]);
 196             }
 197         }
 198
 199         for (i = 0; i < 512; i++) {
 200             band_interpolation[0][i] = (int32_t)(0x1000000000ULL * ff_dca_fir_32bands_perfect[i]);
 201             band_interpolation[1][i] = (int32_t)(0x1000000000ULL * ff_dca_fir_32bands_nonperfect[i]);
 202         }
 203
 204         for (i = 0; i < 9; i++) {
 205             for (j = 0; j < AUBANDS; j++) {
 206                 for (k = 0; k < 256; k++) {
 207                     double freq = sample_rates[i] * (k + 0.5) / 512;
 208
 209                     auf[i][j][k] = (int32_t)(10 * (hom(freq) + gammafilter(j, freq)));
 210                 }
 211             }
 212         }
 213
 214         for (i = 0; i < 256; i++) {
 215             double add = 1 + ff_exp10(-0.01 * i);
 216             cb_to_add[i] = (int32_t)(100 * log10(add));
 217         }
 218         for (j = 0; j < 8; j++) {
 219             double accum = 0;
 220             for (i = 0; i < 512; i++) {
 221                 double reconst = ff_dca_fir_32bands_perfect[i] * ((i & 64) ? (-1) : 1);
 222                 accum += reconst * cos(2 * M_PI * (i + 0.5 - 256) * (j + 0.5) / 512);
 223             }
 224             band_spectrum[0][j] = (int32_t)(200 * log10(accum));
 225         }
 226         for (j = 0; j < 8; j++) {
 227             double accum = 0;
 228             for (i = 0; i < 512; i++) {
 229                 double reconst = ff_dca_fir_32bands_nonperfect[i] * ((i & 64) ? (-1) : 1);
 230                 accum += reconst * cos(2 * M_PI * (i + 0.5 - 256) * (j + 0.5) / 512);
 231             }
 232             band_spectrum[1][j] = (int32_t)(200 * log10(accum));
 233         }
 234     }
 235     return 0;
 236 }
 237
 238 static inline int32_t cos_t(int x)
 239 {
 240     return cos_table[x & 2047];
 241 }
 242
 243 static inline int32_t sin_t(int x)
 244 {
 245     return cos_t(x - 512);
 246 }
 247
 248 static inline int32_t half32(int32_t a)
 249 {
 250     return (a + 1) >> 1;
 251 }
 252
 253 static inline int32_t mul32(int32_t a, int32_t b)
 254 {
 255     int64_t r = (int64_t)a * b + 0x80000000ULL;
 256     return r >> 32;
 257 }
 258
 259 static void subband_transform(DCAEncContext *c, const int32_t *input)
 260 {
 261     int ch, subs, i, k, j;
 262
 263     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
 264         /* History is copied because it is also needed for PSY */
 265         int32_t hist[512];
 266         int hist_start = 0;
 267         const int chi = c->channel_order_tab[ch];
 268
 269         memcpy(hist, &c->history[ch][0], 512 * sizeof(int32_t));
 270
 271         for (subs = 0; subs < SUBBAND_SAMPLES; subs++) {
 272             int32_t accum[64];
 273             int32_t resp;
 274             int band;
 275
 276             /* Calculate the convolutions at once */
 277             memset(accum, 0, 64 * sizeof(int32_t));
 278
 279             for (k = 0, i = hist_start, j = 0;
 280                     i < 512; k = (k + 1) & 63, i++, j++)
 281                 accum[k] += mul32(hist[i], c->band_interpolation[j]);
 282             for (i = 0; i < hist_start; k = (k + 1) & 63, i++, j++)
 283                 accum[k] += mul32(hist[i], c->band_interpolation[j]);
 284
 285             for (k = 16; k < 32; k++)
 286                 accum[k] = accum[k] - accum[31 - k];
 287             for (k = 32; k < 48; k++)
 288                 accum[k] = accum[k] + accum[95 - k];
 289
 290             for (band = 0; band < 32; band++) {
 291                 resp = 0;
 292                 for (i = 16; i < 48; i++) {
 293                     int s = (2 * band + 1) * (2 * (i + 16) + 1);
 294                     resp += mul32(accum[i], cos_t(s << 3)) >> 3;
 295                 }
 296
 297                 c->subband[ch][band][subs] = ((band + 1) & 2) ? -resp : resp;
 298             }
 299
 300             /* Copy in 32 new samples from input */
 301             for (i = 0; i < 32; i++)
 302                 hist[i + hist_start] = input[(subs * 32 + i) * c->channels + chi];
 303
 304             hist_start = (hist_start + 32) & 511;
 305         }
 306     }
 307 }
 308
 309 static void lfe_downsample(DCAEncContext *c, const int32_t *input)
 310 {
 311     /* FIXME: make 128x LFE downsampling possible */
 312     const int lfech = lfe_index[c->channel_config];
 313     int i, j, lfes;
 314     int32_t hist[512];
 315     int32_t accum;
 316     int hist_start = 0;
 317
 318     memcpy(hist, &c->history[c->channels - 1][0], 512 * sizeof(int32_t));
 319
 320     for (lfes = 0; lfes < DCA_LFE_SAMPLES; lfes++) {
 321         /* Calculate the convolution */
 322         accum = 0;
 323
 324         for (i = hist_start, j = 0; i < 512; i++, j++)
 325             accum += mul32(hist[i], lfe_fir_64i[j]);
 326         for (i = 0; i < hist_start; i++, j++)
 327             accum += mul32(hist[i], lfe_fir_64i[j]);
 328
 329         c->downsampled_lfe[lfes] = accum;
 330
 331         /* Copy in 64 new samples from input */
 332         for (i = 0; i < 64; i++)
 333             hist[i + hist_start] = input[(lfes * 64 + i) * c->channels + lfech];
 334
 335         hist_start = (hist_start + 64) & 511;
 336     }
 337 }
 338
 339 typedef struct {
 340     int32_t re;
 341     int32_t im;
 342 } cplx32;
 343
 344 static void fft(const int32_t in[2 * 256], cplx32 out[256])
 345 {
 346     cplx32 buf[256], rin[256], rout[256];
 347     int i, j, k, l;
 348
 349     /* do two transforms in parallel */
 350     for (i = 0; i < 256; i++) {
 351         /* Apply the Hann window */
 352         rin[i].re = mul32(in[2 * i], 0x3fffffff - (cos_t(8 * i + 2) >> 1));
 353         rin[i].im = mul32(in[2 * i + 1], 0x3fffffff - (cos_t(8 * i + 6) >> 1));
 354     }
 355     /* pre-rotation */
 356     for (i = 0; i < 256; i++) {
 357         buf[i].re = mul32(cos_t(4 * i + 2), rin[i].re)
 358                   - mul32(sin_t(4 * i + 2), rin[i].im);
 359         buf[i].im = mul32(cos_t(4 * i + 2), rin[i].im)
 360                   + mul32(sin_t(4 * i + 2), rin[i].re);
 361     }
 362
 363     for (j = 256, l = 1; j != 1; j >>= 1, l <<= 1) {
 364         for (k = 0; k < 256; k += j) {
 365             for (i = k; i < k + j / 2; i++) {
 366                 cplx32 sum, diff;
 367                 int t = 8 * l * i;
 368
 369                 sum.re = buf[i].re + buf[i + j / 2].re;
 370                 sum.im = buf[i].im + buf[i + j / 2].im;
 371
 372                 diff.re = buf[i].re - buf[i + j / 2].re;
 373                 diff.im = buf[i].im - buf[i + j / 2].im;
 374
 375                 buf[i].re = half32(sum.re);
 376                 buf[i].im = half32(sum.im);
 377
 378                 buf[i + j / 2].re = mul32(diff.re, cos_t(t))
 379                                   - mul32(diff.im, sin_t(t));
 380                 buf[i + j / 2].im = mul32(diff.im, cos_t(t))
 381                                   + mul32(diff.re, sin_t(t));
 382             }
 383         }
 384     }
 385     /* post-rotation */
 386     for (i = 0; i < 256; i++) {
 387         int b = ff_reverse[i];
 388         rout[i].re = mul32(buf[b].re, cos_t(4 * i))
 389                    - mul32(buf[b].im, sin_t(4 * i));
 390         rout[i].im = mul32(buf[b].im, cos_t(4 * i))
 391                    + mul32(buf[b].re, sin_t(4 * i));
 392     }
 393     for (i = 0; i < 256; i++) {
 394         /* separate the results of the two transforms */
 395         cplx32 o1, o2;
 396
 397         o1.re =  rout[i].re - rout[255 - i].re;
 398         o1.im =  rout[i].im + rout[255 - i].im;
 399
 400         o2.re =  rout[i].im - rout[255 - i].im;
 401         o2.im = -rout[i].re - rout[255 - i].re;
 402
 403         /* combine them into one long transform */
 404         out[i].re = mul32( o1.re + o2.re, cos_t(2 * i + 1))
 405                   + mul32( o1.im - o2.im, sin_t(2 * i + 1));
 406         out[i].im = mul32( o1.im + o2.im, cos_t(2 * i + 1))
 407                   + mul32(-o1.re + o2.re, sin_t(2 * i + 1));
 408     }
 409 }
 410
 411 static int32_t get_cb(int32_t in)
 412 {
 413     int i, res;
 414
 415     res = 0;
 416     if (in < 0)
 417         in = -in;
 418     for (i = 1024; i > 0; i >>= 1) {
 419         if (cb_to_level[i + res] >= in)
 420             res += i;
 421     }
 422     return -res;
 423 }
 424
 425 static int32_t add_cb(int32_t a, int32_t b)
 426 {
 427     if (a < b)
 428         FFSWAP(int32_t, a, b);
 429
 430     if (a - b >= 256)
 431         return a;
 432     return a + cb_to_add[a - b];
 433 }
 434
 435 static void adjust_jnd(int samplerate_index,
 436                        const int32_t in[512], int32_t out_cb[256])
 437 {
 438     int32_t power[256];
 439     cplx32 out[256];
 440     int32_t out_cb_unnorm[256];
 441     int32_t denom;
 442     const int32_t ca_cb = -1114;
 443     const int32_t cs_cb = 928;
 444     int i, j;
 445
 446     fft(in, out);
 447
 448     for (j = 0; j < 256; j++) {
 449         power[j] = add_cb(get_cb(out[j].re), get_cb(out[j].im));
 450         out_cb_unnorm[j] = -2047; /* and can only grow */
 451     }
 452
 453     for (i = 0; i < AUBANDS; i++) {
 454         denom = ca_cb; /* and can only grow */
 455         for (j = 0; j < 256; j++)
 456             denom = add_cb(denom, power[j] + auf[samplerate_index][i][j]);
 457         for (j = 0; j < 256; j++)
 458             out_cb_unnorm[j] = add_cb(out_cb_unnorm[j],
 459                     -denom + auf[samplerate_index][i][j]);
 460     }
 461
 462     for (j = 0; j < 256; j++)
 463         out_cb[j] = add_cb(out_cb[j], -out_cb_unnorm[j] - ca_cb - cs_cb);
 464 }
 465
 466 typedef void (*walk_band_t)(DCAEncContext *c, int band1, int band2, int f,
 467                             int32_t spectrum1, int32_t spectrum2, int channel,
 468                             int32_t * arg);
 469
 470 static void walk_band_low(DCAEncContext *c, int band, int channel,
 471                           walk_band_t walk, int32_t *arg)
 472 {
 473     int f;
 474
 475     if (band == 0) {
 476         for (f = 0; f < 4; f++)
 477             walk(c, 0, 0, f, 0, -2047, channel, arg);
 478     } else {
 479         for (f = 0; f < 8; f++)
 480             walk(c, band, band - 1, 8 * band - 4 + f,
 481                     c->band_spectrum[7 - f], c->band_spectrum[f], channel, arg);
 482     }
 483 }
 484
 485 static void walk_band_high(DCAEncContext *c, int band, int channel,
 486                            walk_band_t walk, int32_t *arg)
 487 {
 488     int f;
 489
 490     if (band == 31) {
 491         for (f = 0; f < 4; f++)
 492             walk(c, 31, 31, 256 - 4 + f, 0, -2047, channel, arg);
 493     } else {
 494         for (f = 0; f < 8; f++)
 495             walk(c, band, band + 1, 8 * band + 4 + f,
 496                     c->band_spectrum[f], c->band_spectrum[7 - f], channel, arg);
 497     }
 498 }
 499
 500 static void update_band_masking(DCAEncContext *c, int band1, int band2,
 501                                 int f, int32_t spectrum1, int32_t spectrum2,
 502                                 int channel, int32_t * arg)
 503 {
 504     int32_t value = c->eff_masking_curve_cb[f] - spectrum1;
 505
 506     if (value < c->band_masking_cb[band1])
 507         c->band_masking_cb[band1] = value;
 508 }
 509
 510 static void calc_masking(DCAEncContext *c, const int32_t *input)
 511 {
 512     int i, k, band, ch, ssf;
 513     int32_t data[512];
 514
 515     for (i = 0; i < 256; i++)
 516         for (ssf = 0; ssf < SUBSUBFRAMES; ssf++)
 517             c->masking_curve_cb[ssf][i] = -2047;
 518
 519     for (ssf = 0; ssf < SUBSUBFRAMES; ssf++)
 520         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
 521             const int chi = c->channel_order_tab[ch];
 522
 523             for (i = 0, k = 128 + 256 * ssf; k < 512; i++, k++)
 524                 data[i] = c->history[ch][k];
 525             for (k -= 512; i < 512; i++, k++)
 526                 data[i] = input[k * c->channels + chi];
 527             adjust_jnd(c->samplerate_index, data, c->masking_curve_cb[ssf]);
 528         }
 529     for (i = 0; i < 256; i++) {
 530         int32_t m = 2048;
 531
 532         for (ssf = 0; ssf < SUBSUBFRAMES; ssf++)
 533             if (c->masking_curve_cb[ssf][i] < m)
 534                 m = c->masking_curve_cb[ssf][i];
 535         c->eff_masking_curve_cb[i] = m;
 536     }
 537
 538     for (band = 0; band < 32; band++) {
 539         c->band_masking_cb[band] = 2048;
 540         walk_band_low(c, band, 0, update_band_masking, NULL);
 541         walk_band_high(c, band, 0, update_band_masking, NULL);
 542     }
 543 }
 544
 545 static void find_peaks(DCAEncContext *c)
 546 {
 547     int band, ch;
 548
 549     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 550         for (band = 0; band < 32; band++) {
 551             int sample;
 552             int32_t m = 0;
 553
 554             for (sample = 0; sample < SUBBAND_SAMPLES; sample++) {
 555                 int32_t s = abs(c->subband[ch][band][sample]);
 556                 if (m < s)
 557                     m = s;
 558             }
 559             c->peak_cb[ch][band] = get_cb(m);
 560         }
 561
 562     if (c->lfe_channel) {
 563         int sample;
 564         int32_t m = 0;
 565
 566         for (sample = 0; sample < DCA_LFE_SAMPLES; sample++)
 567             if (m < abs(c->downsampled_lfe[sample]))
 568                 m = abs(c->downsampled_lfe[sample]);
 569         c->lfe_peak_cb = get_cb(m);
 570     }
 571 }
 572
 573 static const int snr_fudge = 128;
 574 #define USED_1ABITS 1
 575 #define USED_NABITS 2
 576 #define USED_26ABITS 4
 577
 578 static int32_t quantize_value(int32_t value, softfloat quant)
 579 {
 580     int32_t offset = 1 << (quant.e - 1);
 581
 582     value = mul32(value, quant.m) + offset;
 583     value = value >> quant.e;
 584     return value;
 585 }
 586
 587 static int calc_one_scale(int32_t peak_cb, int abits, softfloat *quant)
 588 {
 589     int32_t peak;
 590     int our_nscale, try_remove;
 591     softfloat our_quant;
 592
 593     av_assert0(peak_cb <= 0);
 594     av_assert0(peak_cb >= -2047);
 595
 596     our_nscale = 127;
 597     peak = cb_to_level[-peak_cb];
 598
 599     for (try_remove = 64; try_remove > 0; try_remove >>= 1) {
 600         if (scalefactor_inv[our_nscale - try_remove].e + stepsize_inv[abits].e <= 17)
 601             continue;
 602         our_quant.m = mul32(scalefactor_inv[our_nscale - try_remove].m, stepsize_inv[abits].m);
 603         our_quant.e = scalefactor_inv[our_nscale - try_remove].e + stepsize_inv[abits].e - 17;
 604         if ((ff_dca_quant_levels[abits] - 1) / 2 < quantize_value(peak, our_quant))
 605             continue;
 606         our_nscale -= try_remove;
 607     }
 608
 609     if (our_nscale >= 125)
 610         our_nscale = 124;
 611
 612     quant->m = mul32(scalefactor_inv[our_nscale].m, stepsize_inv[abits].m);
 613     quant->e = scalefactor_inv[our_nscale].e + stepsize_inv[abits].e - 17;
 614     av_assert0((ff_dca_quant_levels[abits] - 1) / 2 >= quantize_value(peak, *quant));
 615
 616     return our_nscale;
 617 }
 618
 619 static void quantize_all(DCAEncContext *c)
 620 {
 621     int sample, band, ch;
 622
 623     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 624         for (band = 0; band < 32; band++)
 625             for (sample = 0; sample < SUBBAND_SAMPLES; sample++)
 626                 c->quantized[ch][band][sample] = quantize_value(c->subband[ch][band][sample], c->quant[ch][band]);
 627 }
 628
 629 static void accumulate_huff_bit_consumption(int abits, int32_t *quantized, uint32_t *result)
 630 {
 631     uint8_t sel, id = abits - 1;
 632     for (sel = 0; sel < ff_dca_quant_index_group_size[id]; sel++)
 633         result[sel] += ff_dca_vlc_calc_quant_bits(quantized, SUBBAND_SAMPLES, sel, id);
 634 }
 635
 636 static uint32_t set_best_code(uint32_t vlc_bits[DCA_CODE_BOOKS][7], uint32_t clc_bits[DCA_CODE_BOOKS], int32_t res[DCA_CODE_BOOKS])
 637 {
 638     uint8_t i, sel;
 639     uint32_t best_sel_bits[DCA_CODE_BOOKS];
 640     int32_t best_sel_id[DCA_CODE_BOOKS];
 641     uint32_t t, bits = 0;
 642
 643     for (i = 0; i < DCA_CODE_BOOKS; i++) {
 644
 645         av_assert0(!((!!vlc_bits[i][0]) ^ (!!clc_bits[i])));
 646         if (vlc_bits[i][0] == 0) {
 647             /* do not transmit adjustment index for empty codebooks */
 648             res[i] = ff_dca_quant_index_group_size[i];
 649             /* and skip it */
 650             continue;
 651         }
 652
 653         best_sel_bits[i] = vlc_bits[i][0];
 654         best_sel_id[i] = 0;
 655         for (sel = 0; sel < ff_dca_quant_index_group_size[i]; sel++) {
 656             if (best_sel_bits[i] > vlc_bits[i][sel] && vlc_bits[i][sel]) {
 657                 best_sel_bits[i] = vlc_bits[i][sel];
 658                 best_sel_id[i] = sel;
 659             }
 660         }
 661
 662         /* 2 bits to transmit scale factor adjustment index */
 663         t = best_sel_bits[i] + 2;
 664         if (t < clc_bits[i]) {
 665             res[i] = best_sel_id[i];
 666             bits += t;
 667         } else {
 668             res[i] = ff_dca_quant_index_group_size[i];
 669             bits += clc_bits[i];
 670         }
 671     }
 672     return bits;
 673 }
 674
 675 static int init_quantization_noise(DCAEncContext *c, int noise)
 676 {
 677     int ch, band, ret = 0;
 678     uint32_t huff_bit_count_accum[MAX_CHANNELS][DCA_CODE_BOOKS][7];
 679     uint32_t clc_bit_count_accum[MAX_CHANNELS][DCA_CODE_BOOKS];
 680     uint32_t bits_counter = 0;
 681
 682     c->consumed_bits = 132 + 493 * c->fullband_channels;
 683     if (c->lfe_channel)
 684         c->consumed_bits += 72;
 685
 686     /* attempt to guess the bit distribution based on the prevoius frame */
 687     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
 688         for (band = 0; band < 32; band++) {
 689             int snr_cb = c->peak_cb[ch][band] - c->band_masking_cb[band] - noise;
 690
 691             if (snr_cb >= 1312) {
 692                 c->abits[ch][band] = 26;
 693                 ret |= USED_26ABITS;
 694             } else if (snr_cb >= 222) {
 695                 c->abits[ch][band] = 8 + mul32(snr_cb - 222, 69000000);
 696                 ret |= USED_NABITS;
 697             } else if (snr_cb >= 0) {
 698                 c->abits[ch][band] = 2 + mul32(snr_cb, 106000000);
 699                 ret |= USED_NABITS;
 700             } else {
 701                 c->abits[ch][band] = 1;
 702                 ret |= USED_1ABITS;
 703             }
 704         }
 705     }
 706
 707     /* Recalc scale_factor each time to get bits consumption in case of Huffman coding.
 708        It is suboptimal solution */
 709     /* TODO: May be cache scaled values */
 710     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
 711         for (band = 0; band < 32; band++) {
 712             c->scale_factor[ch][band] = calc_one_scale(c->peak_cb[ch][band],
 713                                                        c->abits[ch][band],
 714                                                        &c->quant[ch][band]);
 715         }
 716     }
 717     quantize_all(c);
 718
 719     memset(huff_bit_count_accum, 0, MAX_CHANNELS * DCA_CODE_BOOKS * 7 * sizeof(uint32_t));
 720     memset(clc_bit_count_accum, 0, MAX_CHANNELS * DCA_CODE_BOOKS * sizeof(uint32_t));
 721     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
 722         for (band = 0; band < 32; band++) {
 723             if (c->abits[ch][band] && c->abits[ch][band] <= DCA_CODE_BOOKS) {
 724                 accumulate_huff_bit_consumption(c->abits[ch][band], c->quantized[ch][band], huff_bit_count_accum[ch][c->abits[ch][band] - 1]);
 725                 clc_bit_count_accum[ch][c->abits[ch][band] - 1] += bit_consumption[c->abits[ch][band]];
 726             } else {
 727                 bits_counter += bit_consumption[c->abits[ch][band]];
 728             }
 729         }
 730     }
 731
 732     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
 733         bits_counter += set_best_code(huff_bit_count_accum[ch], clc_bit_count_accum[ch], c->quant_index_sel[ch]);
 734     }
 735
 736     c->consumed_bits += bits_counter;
 737
 738     return ret;
 739 }
 740
 741 static void assign_bits(DCAEncContext *c)
 742 {
 743     /* Find the bounds where the binary search should work */
 744     int low, high, down;
 745     int used_abits = 0;
 746
 747     init_quantization_noise(c, c->worst_quantization_noise);
 748     low = high = c->worst_quantization_noise;
 749     if (c->consumed_bits > c->frame_bits) {
 750         while (c->consumed_bits > c->frame_bits) {
 751             av_assert0(used_abits != USED_1ABITS);
 752             low = high;
 753             high += snr_fudge;
 754             used_abits = init_quantization_noise(c, high);
 755         }
 756     } else {
 757         while (c->consumed_bits <= c->frame_bits) {
 758             high = low;
 759             if (used_abits == USED_26ABITS)
 760                 goto out; /* The requested bitrate is too high, pad with zeros */
 761             low -= snr_fudge;
 762             used_abits = init_quantization_noise(c, low);
 763         }
 764     }
 765
 766     /* Now do a binary search between low and high to see what fits */
 767     for (down = snr_fudge >> 1; down; down >>= 1) {
 768         init_quantization_noise(c, high - down);
 769         if (c->consumed_bits <= c->frame_bits)
 770             high -= down;
 771     }
 772     init_quantization_noise(c, high);
 773 out:
 774     c->worst_quantization_noise = high;
 775     if (high > c->worst_noise_ever)
 776         c->worst_noise_ever = high;
 777 }
 778
 779 static void shift_history(DCAEncContext *c, const int32_t *input)
 780 {
 781     int k, ch;
 782
 783     for (k = 0; k < 512; k++)
 784         for (ch = 0; ch < c->channels; ch++) {
 785             const int chi = c->channel_order_tab[ch];
 786
 787             c->history[ch][k] = input[k * c->channels + chi];
 788         }
 789 }
 790
 791 static void calc_lfe_scales(DCAEncContext *c)
 792 {
 793     if (c->lfe_channel)
 794         c->lfe_scale_factor = calc_one_scale(c->lfe_peak_cb, 11, &c->lfe_quant);
 795 }
 796
 797 static void put_frame_header(DCAEncContext *c)
 798 {
 799     /* SYNC */
 800     put_bits(&c->pb, 16, 0x7ffe);
 801     put_bits(&c->pb, 16, 0x8001);
 802
 803     /* Frame type: normal */
 804     put_bits(&c->pb, 1, 1);
 805
 806     /* Deficit sample count: none */
 807     put_bits(&c->pb, 5, 31);
 808
 809     /* CRC is not present */
 810     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 811
 812     /* Number of PCM sample blocks */
 813     put_bits(&c->pb, 7, SUBBAND_SAMPLES - 1);
 814
 815     /* Primary frame byte size */
 816     put_bits(&c->pb, 14, c->frame_size - 1);
 817
 818     /* Audio channel arrangement */
 819     put_bits(&c->pb, 6, c->channel_config);
 820
 821     /* Core audio sampling frequency */
 822     put_bits(&c->pb, 4, bitstream_sfreq[c->samplerate_index]);
 823
 824     /* Transmission bit rate */
 825     put_bits(&c->pb, 5, c->bitrate_index);
 826
 827     /* Embedded down mix: disabled */
 828     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 829
 830     /* Embedded dynamic range flag: not present */
 831     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 832
 833     /* Embedded time stamp flag: not present */
 834     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 835
 836     /* Auxiliary data flag: not present */
 837     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 838
 839     /* HDCD source: no */
 840     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 841
 842     /* Extension audio ID: N/A */
 843     put_bits(&c->pb, 3, 0);
 844
 845     /* Extended audio data: not present */
 846     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 847
 848     /* Audio sync word insertion flag: after each sub-frame */
 849     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 850
 851     /* Low frequency effects flag: not present or 64x subsampling */
 852     put_bits(&c->pb, 2, c->lfe_channel ? 2 : 0);
 853
 854     /* Predictor history switch flag: on */
 855     put_bits(&c->pb, 1, 1);
 856
 857     /* No CRC */
 858     /* Multirate interpolator switch: non-perfect reconstruction */
 859     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 860
 861     /* Encoder software revision: 7 */
 862     put_bits(&c->pb, 4, 7);
 863
 864     /* Copy history: 0 */
 865     put_bits(&c->pb, 2, 0);
 866
 867     /* Source PCM resolution: 16 bits, not DTS ES */
 868     put_bits(&c->pb, 3, 0);
 869
 870     /* Front sum/difference coding: no */
 871     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 872
 873     /* Surrounds sum/difference coding: no */
 874     put_bits(&c->pb, 1, 0);
 875
 876     /* Dialog normalization: 0 dB */
 877     put_bits(&c->pb, 4, 0);
 878 }
 879
 880 static void put_primary_audio_header(DCAEncContext *c)
 881 {
 882     int ch, i;
 883     /* Number of subframes */
 884     put_bits(&c->pb, 4, SUBFRAMES - 1);
 885
 886     /* Number of primary audio channels */
 887     put_bits(&c->pb, 3, c->fullband_channels - 1);
 888
 889     /* Subband activity count */
 890     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 891         put_bits(&c->pb, 5, DCAENC_SUBBANDS - 2);
 892
 893     /* High frequency VQ start subband */
 894     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 895         put_bits(&c->pb, 5, DCAENC_SUBBANDS - 1);
 896
 897     /* Joint intensity coding index: 0, 0 */
 898     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 899         put_bits(&c->pb, 3, 0);
 900
 901     /* Transient mode codebook: A4, A4 (arbitrary) */
 902     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 903         put_bits(&c->pb, 2, 0);
 904
 905     /* Scale factor code book: 7 bit linear, 7-bit sqrt table (for each channel) */
 906     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 907         put_bits(&c->pb, 3, 6);
 908
 909     /* Bit allocation quantizer select: linear 5-bit */
 910     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 911         put_bits(&c->pb, 3, 6);
 912
 913     /* Quantization index codebook select */
 914     for (i = 0; i < DCA_CODE_BOOKS; i++)
 915         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 916             put_bits(&c->pb, ff_dca_quant_index_sel_nbits[i], c->quant_index_sel[ch][i]);
 917
 918     /* Scale factor adjustment index: transmitted in case of Huffman coding */
 919     for (i = 0; i < DCA_CODE_BOOKS; i++)
 920         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 921             if (c->quant_index_sel[ch][i] < ff_dca_quant_index_group_size[i])
 922                 put_bits(&c->pb, 2, 0);
 923
 924     /* Audio header CRC check word: not transmitted */
 925 }
 926
 927 static void put_subframe_samples(DCAEncContext *c, int ss, int band, int ch)
 928 {
 929     int i, j, sum, bits, sel;
 930     if (c->abits[ch][band] <= DCA_CODE_BOOKS) {
 931         av_assert0(c->abits[ch][band] > 0);
 932         sel = c->quant_index_sel[ch][c->abits[ch][band] - 1];
 933         // Huffman codes
 934         if (sel < ff_dca_quant_index_group_size[c->abits[ch][band] - 1]) {
 935             ff_dca_vlc_enc_quant(&c->pb, &c->quantized[ch][band][ss * 8], 8, sel, c->abits[ch][band] - 1);
 936             return;
 937         }
 938
 939         // Block codes
 940         if (c->abits[ch][band] <= 7) {
 941             for (i = 0; i < 8; i += 4) {
 942                 sum = 0;
 943                 for (j = 3; j >= 0; j--) {
 944                     sum *= ff_dca_quant_levels[c->abits[ch][band]];
 945                     sum += c->quantized[ch][band][ss * 8 + i + j];
 946                     sum += (ff_dca_quant_levels[c->abits[ch][band]] - 1) / 2;
 947                 }
 948                 put_bits(&c->pb, bit_consumption[c->abits[ch][band]] / 4, sum);
 949             }
 950             return;
 951         }
 952     }
 953
 954     for (i = 0; i < 8; i++) {
 955         bits = bit_consumption[c->abits[ch][band]] / 16;
 956         put_sbits(&c->pb, bits, c->quantized[ch][band][ss * 8 + i]);
 957     }
 958 }
 959
 960 static void put_subframe(DCAEncContext *c, int subframe)
 961 {
 962     int i, band, ss, ch;
 963
 964     /* Subsubframes count */
 965     put_bits(&c->pb, 2, SUBSUBFRAMES -1);
 966
 967     /* Partial subsubframe sample count: dummy */
 968     put_bits(&c->pb, 3, 0);
 969
 970     /* Prediction mode: no ADPCM, in each channel and subband */
 971     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 972         for (band = 0; band < DCAENC_SUBBANDS; band++)
 973             put_bits(&c->pb, 1, 0);
 974
 975     /* Prediction VQ address: not transmitted */
 976     /* Bit allocation index */
 977     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 978         for (band = 0; band < DCAENC_SUBBANDS; band++)
 979             put_bits(&c->pb, 5, c->abits[ch][band]);
 980
 981     if (SUBSUBFRAMES > 1) {
 982         /* Transition mode: none for each channel and subband */
 983         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 984             for (band = 0; band < DCAENC_SUBBANDS; band++)
 985                 put_bits(&c->pb, 1, 0); /* codebook A4 */
 986     }
 987
 988     /* Scale factors */
 989     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
 990         for (band = 0; band < DCAENC_SUBBANDS; band++)
 991             put_bits(&c->pb, 7, c->scale_factor[ch][band]);
 992
 993     /* Joint subband scale factor codebook select: not transmitted */
 994     /* Scale factors for joint subband coding: not transmitted */
 995     /* Stereo down-mix coefficients: not transmitted */
 996     /* Dynamic range coefficient: not transmitted */
 997     /* Stde information CRC check word: not transmitted */
 998     /* VQ encoded high frequency subbands: not transmitted */
 999
1000     /* LFE data: 8 samples and scalefactor */
1001     if (c->lfe_channel) {
1002         for (i = 0; i < DCA_LFE_SAMPLES; i++)
1003             put_bits(&c->pb, 8, quantize_value(c->downsampled_lfe[i], c->lfe_quant) & 0xff);
1004         put_bits(&c->pb, 8, c->lfe_scale_factor);
1005     }
1006
1007     /* Audio data (subsubframes) */
1008     for (ss = 0; ss < SUBSUBFRAMES ; ss++)
1009         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
1010             for (band = 0; band < DCAENC_SUBBANDS; band++)
1011                     put_subframe_samples(c, ss, band, ch);
1012
1013     /* DSYNC */
1014     put_bits(&c->pb, 16, 0xffff);
1015 }
1016
1017 static int encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
1018                         const AVFrame *frame, int *got_packet_ptr)
1019 {
1020     DCAEncContext *c = avctx->priv_data;
1021     const int32_t *samples;
1022     int ret, i;
1023
1024     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, avpkt, c->frame_size, 0)) < 0)
1025         return ret;
1026
1027     samples = (const int32_t *)frame->data[0];
1028
1029     subband_transform(c, samples);
1030     if (c->lfe_channel)
1031         lfe_downsample(c, samples);
1032
1033     calc_masking(c, samples);
1034     find_peaks(c);
1035     assign_bits(c);
1036     calc_lfe_scales(c);
1037     shift_history(c, samples);
1038
1039     init_put_bits(&c->pb, avpkt->data, avpkt->size);
1040     put_frame_header(c);
1041     put_primary_audio_header(c);
1042     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++)
1043         put_subframe(c, i);
1044
1045
1046     for (i = put_bits_count(&c->pb); i < 8*c->frame_size; i++)
1047         put_bits(&c->pb, 1, 0);
1048
1049     flush_put_bits(&c->pb);
1050
1051     avpkt->pts      = frame->pts;
1052     avpkt->duration = ff_samples_to_time_base(avctx, frame->nb_samples);
1053     avpkt->size     = put_bits_count(&c->pb) >> 3;
1054     *got_packet_ptr = 1;
1055     return 0;
1056 }
1057
1058 static const AVCodecDefault defaults[] = {
1059     { "b",          "1411200" },
1060     { NULL },
1061 };
1062
1063 AVCodec ff_dca_encoder = {
1064     .name                  = "dca",
1065     .long_name             = NULL_IF_CONFIG_SMALL("DCA (DTS Coherent Acoustics)"),
1066     .type                  = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1067     .id                    = AV_CODEC_ID_DTS,
1068     .priv_data_size        = sizeof(DCAEncContext),
1069     .init                  = encode_init,
1070     .encode2               = encode_frame,
1071     .capabilities          = AV_CODEC_CAP_EXPERIMENTAL,
1072     .sample_fmts           = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_S32,
1073                                                             AV_SAMPLE_FMT_NONE },
1074     .supported_samplerates = sample_rates,
1075     .channel_layouts       = (const uint64_t[]) { AV_CH_LAYOUT_MONO,
1076                                                   AV_CH_LAYOUT_STEREO,
1077                                                   AV_CH_LAYOUT_2_2,
1078                                                   AV_CH_LAYOUT_5POINT0,
1079                                                   AV_CH_LAYOUT_5POINT1,
1080                                                   0 },
1081     .defaults              = defaults,
1082 };