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