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

   1 /**
   2  * FLAC audio encoder
   3  * Copyright (c) 2006  Justin Ruggles <jruggle@earthlink.net>
   4  *
   5  * This file is part of FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 #include "avcodec.h"
  23 #include "bitstream.h"
  24 #include "crc.h"
  25 #include "dsputil.h"
  26 #include "golomb.h"
  27 #include "lls.h"
  28
  29 #define FLAC_MAX_CH  8
  30 #define FLAC_MIN_BLOCKSIZE  16
  31 #define FLAC_MAX_BLOCKSIZE  65535
  32
  33 #define FLAC_SUBFRAME_CONSTANT  0
  34 #define FLAC_SUBFRAME_VERBATIM  1
  35 #define FLAC_SUBFRAME_FIXED     8
  36 #define FLAC_SUBFRAME_LPC      32
  37
  38 #define FLAC_CHMODE_NOT_STEREO      0
  39 #define FLAC_CHMODE_LEFT_RIGHT      1
  40 #define FLAC_CHMODE_LEFT_SIDE       8
  41 #define FLAC_CHMODE_RIGHT_SIDE      9
  42 #define FLAC_CHMODE_MID_SIDE       10
  43
  44 #define ORDER_METHOD_EST     0
  45 #define ORDER_METHOD_2LEVEL  1
  46 #define ORDER_METHOD_4LEVEL  2
  47 #define ORDER_METHOD_8LEVEL  3
  48 #define ORDER_METHOD_SEARCH  4
  49 #define ORDER_METHOD_LOG     5
  50
  51 #define FLAC_STREAMINFO_SIZE  34
  52
  53 #define MIN_LPC_ORDER       1
  54 #define MAX_LPC_ORDER      32
  55 #define MAX_FIXED_ORDER     4
  56 #define MAX_PARTITION_ORDER 8
  57 #define MAX_PARTITIONS     (1 << MAX_PARTITION_ORDER)
  58 #define MAX_LPC_PRECISION  15
  59 #define MAX_LPC_SHIFT      15
  60 #define MAX_RICE_PARAM     14
  61
  62 typedef struct CompressionOptions {
  63     int compression_level;
  64     int block_time_ms;
  65     int use_lpc;
  66     int lpc_coeff_precision;
  67     int min_prediction_order;
  68     int max_prediction_order;
  69     int prediction_order_method;
  70     int min_partition_order;
  71     int max_partition_order;
  72 } CompressionOptions;
  73
  74 typedef struct RiceContext {
  75     int porder;
  76     int params[MAX_PARTITIONS];
  77 } RiceContext;
  78
  79 typedef struct FlacSubframe {
  80     int type;
  81     int type_code;
  82     int obits;
  83     int order;
  84     int32_t coefs[MAX_LPC_ORDER];
  85     int shift;
  86     RiceContext rc;
  87     int32_t samples[FLAC_MAX_BLOCKSIZE];
  88     int32_t residual[FLAC_MAX_BLOCKSIZE+1];
  89 } FlacSubframe;
  90
  91 typedef struct FlacFrame {
  92     FlacSubframe subframes[FLAC_MAX_CH];
  93     int blocksize;
  94     int bs_code[2];
  95     uint8_t crc8;
  96     int ch_mode;
  97 } FlacFrame;
  98
  99 typedef struct FlacEncodeContext {
 100     PutBitContext pb;
 101     int channels;
 102     int ch_code;
 103     int samplerate;
 104     int sr_code[2];
 105     int blocksize;
 106     int max_framesize;
 107     uint32_t frame_count;
 108     FlacFrame frame;
 109     CompressionOptions options;
 110     AVCodecContext *avctx;
 111     DSPContext dsp;
 112 } FlacEncodeContext;
 113
 114 static const int flac_samplerates[16] = {
 115     0, 0, 0, 0,
 116     8000, 16000, 22050, 24000, 32000, 44100, 48000, 96000,
 117     0, 0, 0, 0
 118 };
 119
 120 static const int flac_blocksizes[16] = {
 121     0,
 122     192,
 123     576, 1152, 2304, 4608,
 124     0, 0,
 125     256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16384, 32768
 126 };
 127
 128 /**
 129  * Writes streaminfo metadata block to byte array
 130  */
 131 static void write_streaminfo(FlacEncodeContext *s, uint8_t *header)
 132 {
 133     PutBitContext pb;
 134
 135     memset(header, 0, FLAC_STREAMINFO_SIZE);
 136     init_put_bits(&pb, header, FLAC_STREAMINFO_SIZE);
 137
 138     /* streaminfo metadata block */
 139     put_bits(&pb, 16, s->blocksize);
 140     put_bits(&pb, 16, s->blocksize);
 141     put_bits(&pb, 24, 0);
 142     put_bits(&pb, 24, s->max_framesize);
 143     put_bits(&pb, 20, s->samplerate);
 144     put_bits(&pb, 3, s->channels-1);
 145     put_bits(&pb, 5, 15);       /* bits per sample - 1 */
 146     flush_put_bits(&pb);
 147     /* total samples = 0 */
 148     /* MD5 signature = 0 */
 149 }
 150
 151 /**
 152  * Sets blocksize based on samplerate
 153  * Chooses the closest predefined blocksize >= BLOCK_TIME_MS milliseconds
 154  */
 155 static int select_blocksize(int samplerate, int block_time_ms)
 156 {
 157     int i;
 158     int target;
 159     int blocksize;
 160
 161     assert(samplerate > 0);
 162     blocksize = flac_blocksizes[1];
 163     target = (samplerate * block_time_ms) / 1000;
 164     for(i=0; i<16; i++) {
 165         if(target >= flac_blocksizes[i] && flac_blocksizes[i] > blocksize) {
 166             blocksize = flac_blocksizes[i];
 167         }
 168     }
 169     return blocksize;
 170 }
 171
 172 static int flac_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 173 {
 174     int freq = avctx->sample_rate;
 175     int channels = avctx->channels;
 176     FlacEncodeContext *s = avctx->priv_data;
 177     int i, level;
 178     uint8_t *streaminfo;
 179
 180     s->avctx = avctx;
 181
 182     dsputil_init(&s->dsp, avctx);
 183
 184     if(avctx->sample_fmt != SAMPLE_FMT_S16) {
 185         return -1;
 186     }
 187
 188     if(channels < 1 || channels > FLAC_MAX_CH) {
 189         return -1;
 190     }
 191     s->channels = channels;
 192     s->ch_code = s->channels-1;
 193
 194     /* find samplerate in table */
 195     if(freq < 1)
 196         return -1;
 197     for(i=4; i<12; i++) {
 198         if(freq == flac_samplerates[i]) {
 199             s->samplerate = flac_samplerates[i];
 200             s->sr_code[0] = i;
 201             s->sr_code[1] = 0;
 202             break;
 203         }
 204     }
 205     /* if not in table, samplerate is non-standard */
 206     if(i == 12) {
 207         if(freq % 1000 == 0 && freq < 255000) {
 208             s->sr_code[0] = 12;
 209             s->sr_code[1] = freq / 1000;
 210         } else if(freq % 10 == 0 && freq < 655350) {
 211             s->sr_code[0] = 14;
 212             s->sr_code[1] = freq / 10;
 213         } else if(freq < 65535) {
 214             s->sr_code[0] = 13;
 215             s->sr_code[1] = freq;
 216         } else {
 217             return -1;
 218         }
 219         s->samplerate = freq;
 220     }
 221
 222     /* set compression option defaults based on avctx->compression_level */
 223     if(avctx->compression_level < 0) {
 224         s->options.compression_level = 5;
 225     } else {
 226         s->options.compression_level = avctx->compression_level;
 227     }
 228     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " compression: %d\n", s->options.compression_level);
 229
 230     level= s->options.compression_level;
 231     if(level > 12) {
 232         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid compression level: %d\n",
 233                s->options.compression_level);
 234         return -1;
 235     }
 236
 237     s->options.block_time_ms       = ((int[]){ 27, 27, 27,105,105,105,105,105,105,105,105,105,105})[level];
 238     s->options.use_lpc             = ((int[]){  0,  0,  0,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1})[level];
 239     s->options.min_prediction_order= ((int[]){  2,  0,  0,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1})[level];
 240     s->options.max_prediction_order= ((int[]){  3,  4,  4,  6,  8,  8,  8,  8, 12, 12, 12, 32, 32})[level];
 241     s->options.prediction_order_method = ((int[]){ ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,
 242                                                    ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,
 243                                                    ORDER_METHOD_4LEVEL, ORDER_METHOD_LOG,    ORDER_METHOD_4LEVEL,
 244                                                    ORDER_METHOD_LOG,    ORDER_METHOD_SEARCH, ORDER_METHOD_LOG,
 245                                                    ORDER_METHOD_SEARCH})[level];
 246     s->options.min_partition_order = ((int[]){  2,  2,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0})[level];
 247     s->options.max_partition_order = ((int[]){  2,  2,  3,  3,  3,  8,  8,  8,  8,  8,  8,  8,  8})[level];
 248
 249     /* set compression option overrides from AVCodecContext */
 250     if(avctx->use_lpc >= 0) {
 251         s->options.use_lpc = av_clip(avctx->use_lpc, 0, 11);
 252     }
 253     if(s->options.use_lpc == 1)
 254         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " use lpc: Levinson-Durbin recursion with Welch window\n");
 255     else if(s->options.use_lpc > 1)
 256         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " use lpc: Cholesky factorization\n");
 257
 258     if(avctx->min_prediction_order >= 0) {
 259         if(s->options.use_lpc) {
 260             if(avctx->min_prediction_order < MIN_LPC_ORDER ||
 261                     avctx->min_prediction_order > MAX_LPC_ORDER) {
 262                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid min prediction order: %d\n",
 263                        avctx->min_prediction_order);
 264                 return -1;
 265             }
 266         } else {
 267             if(avctx->min_prediction_order > MAX_FIXED_ORDER) {
 268                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid min prediction order: %d\n",
 269                        avctx->min_prediction_order);
 270                 return -1;
 271             }
 272         }
 273         s->options.min_prediction_order = avctx->min_prediction_order;
 274     }
 275     if(avctx->max_prediction_order >= 0) {
 276         if(s->options.use_lpc) {
 277             if(avctx->max_prediction_order < MIN_LPC_ORDER ||
 278                     avctx->max_prediction_order > MAX_LPC_ORDER) {
 279                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid max prediction order: %d\n",
 280                        avctx->max_prediction_order);
 281                 return -1;
 282             }
 283         } else {
 284             if(avctx->max_prediction_order > MAX_FIXED_ORDER) {
 285                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid max prediction order: %d\n",
 286                        avctx->max_prediction_order);
 287                 return -1;
 288             }
 289         }
 290         s->options.max_prediction_order = avctx->max_prediction_order;
 291     }
 292     if(s->options.max_prediction_order < s->options.min_prediction_order) {
 293         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid prediction orders: min=%d max=%d\n",
 294                s->options.min_prediction_order, s->options.max_prediction_order);
 295         return -1;
 296     }
 297     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " prediction order: %d, %d\n",
 298            s->options.min_prediction_order, s->options.max_prediction_order);
 299
 300     if(avctx->prediction_order_method >= 0) {
 301         if(avctx->prediction_order_method > ORDER_METHOD_LOG) {
 302             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid prediction order method: %d\n",
 303                    avctx->prediction_order_method);
 304             return -1;
 305         }
 306         s->options.prediction_order_method = avctx->prediction_order_method;
 307     }
 308     switch(s->options.prediction_order_method) {
 309         case ORDER_METHOD_EST:    av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
 310                                          "estimate"); break;
 311         case ORDER_METHOD_2LEVEL: av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
 312                                          "2-level"); break;
 313         case ORDER_METHOD_4LEVEL: av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
 314                                          "4-level"); break;
 315         case ORDER_METHOD_8LEVEL: av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
 316                                          "8-level"); break;
 317         case ORDER_METHOD_SEARCH: av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
 318                                          "full search"); break;
 319         case ORDER_METHOD_LOG:    av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
 320                                          "log search"); break;
 321     }
 322
 323     if(avctx->min_partition_order >= 0) {
 324         if(avctx->min_partition_order > MAX_PARTITION_ORDER) {
 325             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid min partition order: %d\n",
 326                    avctx->min_partition_order);
 327             return -1;
 328         }
 329         s->options.min_partition_order = avctx->min_partition_order;
 330     }
 331     if(avctx->max_partition_order >= 0) {
 332         if(avctx->max_partition_order > MAX_PARTITION_ORDER) {
 333             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid max partition order: %d\n",
 334                    avctx->max_partition_order);
 335             return -1;
 336         }
 337         s->options.max_partition_order = avctx->max_partition_order;
 338     }
 339     if(s->options.max_partition_order < s->options.min_partition_order) {
 340         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid partition orders: min=%d max=%d\n",
 341                s->options.min_partition_order, s->options.max_partition_order);
 342         return -1;
 343     }
 344     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " partition order: %d, %d\n",
 345            s->options.min_partition_order, s->options.max_partition_order);
 346
 347     if(avctx->frame_size > 0) {
 348         if(avctx->frame_size < FLAC_MIN_BLOCKSIZE ||
 349                 avctx->frame_size > FLAC_MAX_BLOCKSIZE) {
 350             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid block size: %d\n",
 351                    avctx->frame_size);
 352             return -1;
 353         }
 354         s->blocksize = avctx->frame_size;
 355     } else {
 356         s->blocksize = select_blocksize(s->samplerate, s->options.block_time_ms);
 357         avctx->frame_size = s->blocksize;
 358     }
 359     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " block size: %d\n", s->blocksize);
 360
 361     /* set LPC precision */
 362     if(avctx->lpc_coeff_precision > 0) {
 363         if(avctx->lpc_coeff_precision > MAX_LPC_PRECISION) {
 364             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid lpc coeff precision: %d\n",
 365                    avctx->lpc_coeff_precision);
 366             return -1;
 367         }
 368         s->options.lpc_coeff_precision = avctx->lpc_coeff_precision;
 369     } else {
 370         /* select LPC precision based on block size */
 371         if(     s->blocksize <=   192) s->options.lpc_coeff_precision =  7;
 372         else if(s->blocksize <=   384) s->options.lpc_coeff_precision =  8;
 373         else if(s->blocksize <=   576) s->options.lpc_coeff_precision =  9;
 374         else if(s->blocksize <=  1152) s->options.lpc_coeff_precision = 10;
 375         else if(s->blocksize <=  2304) s->options.lpc_coeff_precision = 11;
 376         else if(s->blocksize <=  4608) s->options.lpc_coeff_precision = 12;
 377         else if(s->blocksize <=  8192) s->options.lpc_coeff_precision = 13;
 378         else if(s->blocksize <= 16384) s->options.lpc_coeff_precision = 14;
 379         else                           s->options.lpc_coeff_precision = 15;
 380     }
 381     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " lpc precision: %d\n",
 382            s->options.lpc_coeff_precision);
 383
 384     /* set maximum encoded frame size in verbatim mode */
 385     if(s->channels == 2) {
 386         s->max_framesize = 14 + ((s->blocksize * 33 + 7) >> 3);
 387     } else {
 388         s->max_framesize = 14 + (s->blocksize * s->channels * 2);
 389     }
 390
 391     streaminfo = av_malloc(FLAC_STREAMINFO_SIZE);
 392     write_streaminfo(s, streaminfo);
 393     avctx->extradata = streaminfo;
 394     avctx->extradata_size = FLAC_STREAMINFO_SIZE;
 395
 396     s->frame_count = 0;
 397
 398     avctx->coded_frame = avcodec_alloc_frame();
 399     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
 400
 401     return 0;
 402 }
 403
 404 static void init_frame(FlacEncodeContext *s)
 405 {
 406     int i, ch;
 407     FlacFrame *frame;
 408
 409     frame = &s->frame;
 410
 411     for(i=0; i<16; i++) {
 412         if(s->blocksize == flac_blocksizes[i]) {
 413             frame->blocksize = flac_blocksizes[i];
 414             frame->bs_code[0] = i;
 415             frame->bs_code[1] = 0;
 416             break;
 417         }
 418     }
 419     if(i == 16) {
 420         frame->blocksize = s->blocksize;
 421         if(frame->blocksize <= 256) {
 422             frame->bs_code[0] = 6;
 423             frame->bs_code[1] = frame->blocksize-1;
 424         } else {
 425             frame->bs_code[0] = 7;
 426             frame->bs_code[1] = frame->blocksize-1;
 427         }
 428     }
 429
 430     for(ch=0; ch<s->channels; ch++) {
 431         frame->subframes[ch].obits = 16;
 432     }
 433 }
 434
 435 /**
 436  * Copy channel-interleaved input samples into separate subframes
 437  */
 438 static void copy_samples(FlacEncodeContext *s, int16_t *samples)
 439 {
 440     int i, j, ch;
 441     FlacFrame *frame;
 442
 443     frame = &s->frame;
 444     for(i=0,j=0; i<frame->blocksize; i++) {
 445         for(ch=0; ch<s->channels; ch++,j++) {
 446             frame->subframes[ch].samples[i] = samples[j];
 447         }
 448     }
 449 }
 450
 451
 452 #define rice_encode_count(sum, n, k) (((n)*((k)+1))+((sum-(n>>1))>>(k)))
 453
 454 /**
 455  * Solve for d/dk(rice_encode_count) = n-((sum-(n>>1))>>(k+1)) = 0
 456  */
 457 static int find_optimal_param(uint32_t sum, int n)
 458 {
 459     int k;
 460     uint32_t sum2;
 461
 462     if(sum <= n>>1)
 463         return 0;
 464     sum2 = sum-(n>>1);
 465     k = av_log2(n<256 ? FASTDIV(sum2,n) : sum2/n);
 466     return FFMIN(k, MAX_RICE_PARAM);
 467 }
 468
 469 static uint32_t calc_optimal_rice_params(RiceContext *rc, int porder,
 470                                          uint32_t *sums, int n, int pred_order)
 471 {
 472     int i;
 473     int k, cnt, part;
 474     uint32_t all_bits;
 475
 476     part = (1 << porder);
 477     all_bits = 0;
 478
 479     cnt = (n >> porder) - pred_order;
 480     for(i=0; i<part; i++) {
 481         if(i == 1) cnt = (n >> porder);
 482         k = find_optimal_param(sums[i], cnt);
 483         rc->params[i] = k;
 484         all_bits += rice_encode_count(sums[i], cnt, k);
 485     }
 486     all_bits += (4 * part);
 487
 488     rc->porder = porder;
 489
 490     return all_bits;
 491 }
 492
 493 static void calc_sums(int pmin, int pmax, uint32_t *data, int n, int pred_order,
 494                       uint32_t sums[][MAX_PARTITIONS])
 495 {
 496     int i, j;
 497     int parts;
 498     uint32_t *res, *res_end;
 499
 500     /* sums for highest level */
 501     parts = (1 << pmax);
 502     res = &data[pred_order];
 503     res_end = &data[n >> pmax];
 504     for(i=0; i<parts; i++) {
 505         uint32_t sum = 0;
 506         while(res < res_end){
 507             sum += *(res++);
 508         }
 509         sums[pmax][i] = sum;
 510         res_end+= n >> pmax;
 511     }
 512     /* sums for lower levels */
 513     for(i=pmax-1; i>=pmin; i--) {
 514         parts = (1 << i);
 515         for(j=0; j<parts; j++) {
 516             sums[i][j] = sums[i+1][2*j] + sums[i+1][2*j+1];
 517         }
 518     }
 519 }
 520
 521 static uint32_t calc_rice_params(RiceContext *rc, int pmin, int pmax,
 522                                  int32_t *data, int n, int pred_order)
 523 {
 524     int i;
 525     uint32_t bits[MAX_PARTITION_ORDER+1];
 526     int opt_porder;
 527     RiceContext tmp_rc;
 528     uint32_t *udata;
 529     uint32_t sums[MAX_PARTITION_ORDER+1][MAX_PARTITIONS];
 530
 531     assert(pmin >= 0 && pmin <= MAX_PARTITION_ORDER);
 532     assert(pmax >= 0 && pmax <= MAX_PARTITION_ORDER);
 533     assert(pmin <= pmax);
 534
 535     udata = av_malloc(n * sizeof(uint32_t));
 536     for(i=0; i<n; i++) {
 537         udata[i] = (2*data[i]) ^ (data[i]>>31);
 538     }
 539
 540     calc_sums(pmin, pmax, udata, n, pred_order, sums);
 541
 542     opt_porder = pmin;
 543     bits[pmin] = UINT32_MAX;
 544     for(i=pmin; i<=pmax; i++) {
 545         bits[i] = calc_optimal_rice_params(&tmp_rc, i, sums[i], n, pred_order);
 546         if(bits[i] <= bits[opt_porder]) {
 547             opt_porder = i;
 548             *rc= tmp_rc;
 549         }
 550     }
 551
 552     av_freep(&udata);
 553     return bits[opt_porder];
 554 }
 555
 556 static int get_max_p_order(int max_porder, int n, int order)
 557 {
 558     int porder = FFMIN(max_porder, av_log2(n^(n-1)));
 559     if(order > 0)
 560         porder = FFMIN(porder, av_log2(n/order));
 561     return porder;
 562 }
 563
 564 static uint32_t calc_rice_params_fixed(RiceContext *rc, int pmin, int pmax,
 565                                        int32_t *data, int n, int pred_order,
 566                                        int bps)
 567 {
 568     uint32_t bits;
 569     pmin = get_max_p_order(pmin, n, pred_order);
 570     pmax = get_max_p_order(pmax, n, pred_order);
 571     bits = pred_order*bps + 6;
 572     bits += calc_rice_params(rc, pmin, pmax, data, n, pred_order);
 573     return bits;
 574 }
 575
 576 static uint32_t calc_rice_params_lpc(RiceContext *rc, int pmin, int pmax,
 577                                      int32_t *data, int n, int pred_order,
 578                                      int bps, int precision)
 579 {
 580     uint32_t bits;
 581     pmin = get_max_p_order(pmin, n, pred_order);
 582     pmax = get_max_p_order(pmax, n, pred_order);
 583     bits = pred_order*bps + 4 + 5 + pred_order*precision + 6;
 584     bits += calc_rice_params(rc, pmin, pmax, data, n, pred_order);
 585     return bits;
 586 }
 587
 588 /**
 589  * Apply Welch window function to audio block
 590  */
 591 static void apply_welch_window(const int32_t *data, int len, double *w_data)
 592 {
 593     int i, n2;
 594     double w;
 595     double c;
 596
 597     n2 = (len >> 1);
 598     c = 2.0 / (len - 1.0);
 599     for(i=0; i<n2; i++) {
 600         w = c - i - 1.0;
 601         w = 1.0 - (w * w);
 602         w_data[i] = data[i] * w;
 603         w_data[len-1-i] = data[len-1-i] * w;
 604     }
 605 }
 606
 607 /**
 608  * Calculates autocorrelation data from audio samples
 609  * A Welch window function is applied before calculation.
 610  */
 611 void ff_flac_compute_autocorr(const int32_t *data, int len, int lag,
 612                               double *autoc)
 613 {
 614     int i, j;
 615     double tmp[len + lag + 1];
 616     double *data1= tmp + lag;
 617
 618     apply_welch_window(data, len, data1);
 619
 620     for(j=0; j<lag; j++)
 621         data1[j-lag]= 0.0;
 622     data1[len] = 0.0;
 623
 624     for(j=0; j<lag; j+=2){
 625         double sum0 = 1.0, sum1 = 1.0;
 626         for(i=0; i<len; i++){
 627             sum0 += data1[i] * data1[i-j];
 628             sum1 += data1[i] * data1[i-j-1];
 629         }
 630         autoc[j  ] = sum0;
 631         autoc[j+1] = sum1;
 632     }
 633
 634     if(j==lag){
 635         double sum = 1.0;
 636         for(i=0; i<len; i+=2){
 637             sum += data1[i  ] * data1[i-j  ]
 638                  + data1[i+1] * data1[i-j+1];
 639         }
 640         autoc[j] = sum;
 641     }
 642 }
 643
 644 /**
 645  * Levinson-Durbin recursion.
 646  * Produces LPC coefficients from autocorrelation data.
 647  */
 648 static void compute_lpc_coefs(const double *autoc, int max_order,
 649                               double lpc[][MAX_LPC_ORDER], double *ref)
 650 {
 651    int i, j, i2;
 652    double r, err, tmp;
 653    double lpc_tmp[MAX_LPC_ORDER];
 654
 655    for(i=0; i<max_order; i++) lpc_tmp[i] = 0;
 656    err = autoc[0];
 657
 658    for(i=0; i<max_order; i++) {
 659       r = -autoc[i+1];
 660       for(j=0; j<i; j++) {
 661           r -= lpc_tmp[j] * autoc[i-j];
 662       }
 663       r /= err;
 664       ref[i] = fabs(r);
 665
 666       err *= 1.0 - (r * r);
 667
 668       i2 = (i >> 1);
 669       lpc_tmp[i] = r;
 670       for(j=0; j<i2; j++) {
 671          tmp = lpc_tmp[j];
 672          lpc_tmp[j] += r * lpc_tmp[i-1-j];
 673          lpc_tmp[i-1-j] += r * tmp;
 674       }
 675       if(i & 1) {
 676           lpc_tmp[j] += lpc_tmp[j] * r;
 677       }
 678
 679       for(j=0; j<=i; j++) {
 680           lpc[i][j] = -lpc_tmp[j];
 681       }
 682    }
 683 }
 684
 685 /**
 686  * Quantize LPC coefficients
 687  */
 688 static void quantize_lpc_coefs(double *lpc_in, int order, int precision,
 689                                int32_t *lpc_out, int *shift)
 690 {
 691     int i;
 692     double cmax, error;
 693     int32_t qmax;
 694     int sh;
 695
 696     /* define maximum levels */
 697     qmax = (1 << (precision - 1)) - 1;
 698
 699     /* find maximum coefficient value */
 700     cmax = 0.0;
 701     for(i=0; i<order; i++) {
 702         cmax= FFMAX(cmax, fabs(lpc_in[i]));
 703     }
 704
 705     /* if maximum value quantizes to zero, return all zeros */
 706     if(cmax * (1 << MAX_LPC_SHIFT) < 1.0) {
 707         *shift = 0;
 708         memset(lpc_out, 0, sizeof(int32_t) * order);
 709         return;
 710     }
 711
 712     /* calculate level shift which scales max coeff to available bits */
 713     sh = MAX_LPC_SHIFT;
 714     while((cmax * (1 << sh) > qmax) && (sh > 0)) {
 715         sh--;
 716     }
 717
 718     /* since negative shift values are unsupported in decoder, scale down
 719        coefficients instead */
 720     if(sh == 0 && cmax > qmax) {
 721         double scale = ((double)qmax) / cmax;
 722         for(i=0; i<order; i++) {
 723             lpc_in[i] *= scale;
 724         }
 725     }
 726
 727     /* output quantized coefficients and level shift */
 728     error=0;
 729     for(i=0; i<order; i++) {
 730         error += lpc_in[i] * (1 << sh);
 731         lpc_out[i] = av_clip(lrintf(error), -qmax, qmax);
 732         error -= lpc_out[i];
 733     }
 734     *shift = sh;
 735 }
 736
 737 static int estimate_best_order(double *ref, int max_order)
 738 {
 739     int i, est;
 740
 741     est = 1;
 742     for(i=max_order-1; i>=0; i--) {
 743         if(ref[i] > 0.10) {
 744             est = i+1;
 745             break;
 746         }
 747     }
 748     return est;
 749 }
 750
 751 /**
 752  * Calculate LPC coefficients for multiple orders
 753  */
 754 static int lpc_calc_coefs(FlacEncodeContext *s,
 755                           const int32_t *samples, int blocksize, int max_order,
 756                           int precision, int32_t coefs[][MAX_LPC_ORDER],
 757                           int *shift, int use_lpc, int omethod)
 758 {
 759     double autoc[MAX_LPC_ORDER+1];
 760     double ref[MAX_LPC_ORDER];
 761     double lpc[MAX_LPC_ORDER][MAX_LPC_ORDER];
 762     int i, j, pass;
 763     int opt_order;
 764
 765     assert(max_order >= MIN_LPC_ORDER && max_order <= MAX_LPC_ORDER);
 766
 767     if(use_lpc == 1){
 768         s->dsp.flac_compute_autocorr(samples, blocksize, max_order, autoc);
 769
 770         compute_lpc_coefs(autoc, max_order, lpc, ref);
 771     }else{
 772         LLSModel m[2];
 773         double var[MAX_LPC_ORDER+1], weight;
 774
 775         for(pass=0; pass<use_lpc-1; pass++){
 776             av_init_lls(&m[pass&1], max_order);
 777
 778             weight=0;
 779             for(i=max_order; i<blocksize; i++){
 780                 for(j=0; j<=max_order; j++)
 781                     var[j]= samples[i-j];
 782
 783                 if(pass){
 784                     double eval, inv, rinv;
 785                     eval= av_evaluate_lls(&m[(pass-1)&1], var+1, max_order-1);
 786                     eval= (512>>pass) + fabs(eval - var[0]);
 787                     inv = 1/eval;
 788                     rinv = sqrt(inv);
 789                     for(j=0; j<=max_order; j++)
 790                         var[j] *= rinv;
 791                     weight += inv;
 792                 }else
 793                     weight++;
 794
 795                 av_update_lls(&m[pass&1], var, 1.0);
 796             }
 797             av_solve_lls(&m[pass&1], 0.001, 0);
 798         }
 799
 800         for(i=0; i<max_order; i++){
 801             for(j=0; j<max_order; j++)
 802                 lpc[i][j]= m[(pass-1)&1].coeff[i][j];
 803             ref[i]= sqrt(m[(pass-1)&1].variance[i] / weight) * (blocksize - max_order) / 4000;
 804         }
 805         for(i=max_order-1; i>0; i--)
 806             ref[i] = ref[i-1] - ref[i];
 807     }
 808     opt_order = max_order;
 809
 810     if(omethod == ORDER_METHOD_EST) {
 811         opt_order = estimate_best_order(ref, max_order);
 812         i = opt_order-1;
 813         quantize_lpc_coefs(lpc[i], i+1, precision, coefs[i], &shift[i]);
 814     } else {
 815         for(i=0; i<max_order; i++) {
 816             quantize_lpc_coefs(lpc[i], i+1, precision, coefs[i], &shift[i]);
 817         }
 818     }
 819
 820     return opt_order;
 821 }
 822
 823
 824 static void encode_residual_verbatim(int32_t *res, int32_t *smp, int n)
 825 {
 826     assert(n > 0);
 827     memcpy(res, smp, n * sizeof(int32_t));
 828 }
 829
 830 static void encode_residual_fixed(int32_t *res, const int32_t *smp, int n,
 831                                   int order)
 832 {
 833     int i;
 834
 835     for(i=0; i<order; i++) {
 836         res[i] = smp[i];
 837     }
 838
 839     if(order==0){
 840         for(i=order; i<n; i++)
 841             res[i]= smp[i];
 842     }else if(order==1){
 843         for(i=order; i<n; i++)
 844             res[i]= smp[i] - smp[i-1];
 845     }else if(order==2){
 846         int a = smp[order-1] - smp[order-2];
 847         for(i=order; i<n; i+=2) {
 848             int b = smp[i] - smp[i-1];
 849             res[i]= b - a;
 850             a = smp[i+1] - smp[i];
 851             res[i+1]= a - b;
 852         }
 853     }else if(order==3){
 854         int a = smp[order-1] - smp[order-2];
 855         int c = smp[order-1] - 2*smp[order-2] + smp[order-3];
 856         for(i=order; i<n; i+=2) {
 857             int b = smp[i] - smp[i-1];
 858             int d = b - a;
 859             res[i]= d - c;
 860             a = smp[i+1] - smp[i];
 861             c = a - b;
 862             res[i+1]= c - d;
 863         }
 864     }else{
 865         int a = smp[order-1] - smp[order-2];
 866         int c = smp[order-1] - 2*smp[order-2] + smp[order-3];
 867         int e = smp[order-1] - 3*smp[order-2] + 3*smp[order-3] - smp[order-4];
 868         for(i=order; i<n; i+=2) {
 869             int b = smp[i] - smp[i-1];
 870             int d = b - a;
 871             int f = d - c;
 872             res[i]= f - e;
 873             a = smp[i+1] - smp[i];
 874             c = a - b;
 875             e = c - d;
 876             res[i+1]= e - f;
 877         }
 878     }
 879 }
 880
 881 #define LPC1(x) {\
 882     int c = coefs[(x)-1];\
 883     p0 += c*s;\
 884     s = smp[i-(x)+1];\
 885     p1 += c*s;\
 886 }
 887
 888 static av_always_inline void encode_residual_lpc_unrolled(
 889     int32_t *res, const int32_t *smp, int n,
 890     int order, const int32_t *coefs, int shift, int big)
 891 {
 892     int i;
 893     for(i=order; i<n; i+=2) {
 894         int s = smp[i-order];
 895         int p0 = 0, p1 = 0;
 896         if(big) {
 897             switch(order) {
 898                 case 32: LPC1(32)
 899                 case 31: LPC1(31)
 900                 case 30: LPC1(30)
 901                 case 29: LPC1(29)
 902                 case 28: LPC1(28)
 903                 case 27: LPC1(27)
 904                 case 26: LPC1(26)
 905                 case 25: LPC1(25)
 906                 case 24: LPC1(24)
 907                 case 23: LPC1(23)
 908                 case 22: LPC1(22)
 909                 case 21: LPC1(21)
 910                 case 20: LPC1(20)
 911                 case 19: LPC1(19)
 912                 case 18: LPC1(18)
 913                 case 17: LPC1(17)
 914                 case 16: LPC1(16)
 915                 case 15: LPC1(15)
 916                 case 14: LPC1(14)
 917                 case 13: LPC1(13)
 918                 case 12: LPC1(12)
 919                 case 11: LPC1(11)
 920                 case 10: LPC1(10)
 921                 case  9: LPC1( 9)
 922                          LPC1( 8)
 923                          LPC1( 7)
 924                          LPC1( 6)
 925                          LPC1( 5)
 926                          LPC1( 4)
 927                          LPC1( 3)
 928                          LPC1( 2)
 929                          LPC1( 1)
 930             }
 931         } else {
 932             switch(order) {
 933                 case  8: LPC1( 8)
 934                 case  7: LPC1( 7)
 935                 case  6: LPC1( 6)
 936                 case  5: LPC1( 5)
 937                 case  4: LPC1( 4)
 938                 case  3: LPC1( 3)
 939                 case  2: LPC1( 2)
 940                 case  1: LPC1( 1)
 941             }
 942         }
 943         res[i  ] = smp[i  ] - (p0 >> shift);
 944         res[i+1] = smp[i+1] - (p1 >> shift);
 945     }
 946 }
 947
 948 static void encode_residual_lpc(int32_t *res, const int32_t *smp, int n,
 949                                 int order, const int32_t *coefs, int shift)
 950 {
 951     int i;
 952     for(i=0; i<order; i++) {
 953         res[i] = smp[i];
 954     }
 955 #ifdef CONFIG_SMALL
 956     for(i=order; i<n; i+=2) {
 957         int j;
 958         int s = smp[i];
 959         int p0 = 0, p1 = 0;
 960         for(j=0; j<order; j++) {
 961             int c = coefs[j];
 962             p1 += c*s;
 963             s = smp[i-j-1];
 964             p0 += c*s;
 965         }
 966         res[i  ] = smp[i  ] - (p0 >> shift);
 967         res[i+1] = smp[i+1] - (p1 >> shift);
 968     }
 969 #else
 970     switch(order) {
 971         case  1: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 1, coefs, shift, 0); break;
 972         case  2: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 2, coefs, shift, 0); break;
 973         case  3: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 3, coefs, shift, 0); break;
 974         case  4: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 4, coefs, shift, 0); break;
 975         case  5: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 5, coefs, shift, 0); break;
 976         case  6: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 6, coefs, shift, 0); break;
 977         case  7: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 7, coefs, shift, 0); break;
 978         case  8: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 8, coefs, shift, 0); break;
 979         default: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, order, coefs, shift, 1); break;
 980     }
 981 #endif
 982 }
 983
 984 static int encode_residual(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
 985 {
 986     int i, n;
 987     int min_order, max_order, opt_order, precision, omethod;
 988     int min_porder, max_porder;
 989     FlacFrame *frame;
 990     FlacSubframe *sub;
 991     int32_t coefs[MAX_LPC_ORDER][MAX_LPC_ORDER];
 992     int shift[MAX_LPC_ORDER];
 993     int32_t *res, *smp;
 994
 995     frame = &ctx->frame;
 996     sub = &frame->subframes[ch];
 997     res = sub->residual;
 998     smp = sub->samples;
 999     n = frame->blocksize;
1000
1001     /* CONSTANT */
1002     for(i=1; i<n; i++) {
1003         if(smp[i] != smp[0]) break;
1004     }
1005     if(i == n) {
1006         sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_CONSTANT;
1007         res[0] = smp[0];
1008         return sub->obits;
1009     }
1010
1011     /* VERBATIM */
1012     if(n < 5) {
1013         sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_VERBATIM;
1014         encode_residual_verbatim(res, smp, n);
1015         return sub->obits * n;
1016     }
1017
1018     min_order = ctx->options.min_prediction_order;
1019     max_order = ctx->options.max_prediction_order;
1020     min_porder = ctx->options.min_partition_order;
1021     max_porder = ctx->options.max_partition_order;
1022     precision = ctx->options.lpc_coeff_precision;
1023     omethod = ctx->options.prediction_order_method;
1024
1025     /* FIXED */
1026     if(!ctx->options.use_lpc || max_order == 0 || (n <= max_order)) {
1027         uint32_t bits[MAX_FIXED_ORDER+1];
1028         if(max_order > MAX_FIXED_ORDER) max_order = MAX_FIXED_ORDER;
1029         opt_order = 0;
1030         bits[0] = UINT32_MAX;
1031         for(i=min_order; i<=max_order; i++) {
1032             encode_residual_fixed(res, smp, n, i);
1033             bits[i] = calc_rice_params_fixed(&sub->rc, min_porder, max_porder, res,
1034                                              n, i, sub->obits);
1035             if(bits[i] < bits[opt_order]) {
1036                 opt_order = i;
1037             }
1038         }
1039         sub->order = opt_order;
1040         sub->type = FLAC_SUBFRAME_FIXED;
1041         sub->type_code = sub->type | sub->order;
1042         if(sub->order != max_order) {
1043             encode_residual_fixed(res, smp, n, sub->order);
1044             return calc_rice_params_fixed(&sub->rc, min_porder, max_porder, res, n,
1045                                           sub->order, sub->obits);
1046         }
1047         return bits[sub->order];
1048     }
1049
1050     /* LPC */
1051     opt_order = lpc_calc_coefs(ctx, smp, n, max_order, precision, coefs, shift, ctx->options.use_lpc, omethod);
1052
1053     if(omethod == ORDER_METHOD_2LEVEL ||
1054        omethod == ORDER_METHOD_4LEVEL ||
1055        omethod == ORDER_METHOD_8LEVEL) {
1056         int levels = 1 << omethod;
1057         uint32_t bits[levels];
1058         int order;
1059         int opt_index = levels-1;
1060         opt_order = max_order-1;
1061         bits[opt_index] = UINT32_MAX;
1062         for(i=levels-1; i>=0; i--) {
1063             order = min_order + (((max_order-min_order+1) * (i+1)) / levels)-1;
1064             if(order < 0) order = 0;
1065             encode_residual_lpc(res, smp, n, order+1, coefs[order], shift[order]);
1066             bits[i] = calc_rice_params_lpc(&sub->rc, min_porder, max_porder,
1067                                            res, n, order+1, sub->obits, precision);
1068             if(bits[i] < bits[opt_index]) {
1069                 opt_index = i;
1070                 opt_order = order;
1071             }
1072         }
1073         opt_order++;
1074     } else if(omethod == ORDER_METHOD_SEARCH) {
1075         // brute-force optimal order search
1076         uint32_t bits[MAX_LPC_ORDER];
1077         opt_order = 0;
1078         bits[0] = UINT32_MAX;
1079         for(i=min_order-1; i<max_order; i++) {
1080             encode_residual_lpc(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
1081             bits[i] = calc_rice_params_lpc(&sub->rc, min_porder, max_porder,
1082                                            res, n, i+1, sub->obits, precision);
1083             if(bits[i] < bits[opt_order]) {
1084                 opt_order = i;
1085             }
1086         }
1087         opt_order++;
1088     } else if(omethod == ORDER_METHOD_LOG) {
1089         uint32_t bits[MAX_LPC_ORDER];
1090         int step;
1091
1092         opt_order= min_order - 1 + (max_order-min_order)/3;
1093         memset(bits, -1, sizeof(bits));
1094
1095         for(step=16 ;step; step>>=1){
1096             int last= opt_order;
1097             for(i=last-step; i<=last+step; i+= step){
1098                 if(i<min_order-1 || i>=max_order || bits[i] < UINT32_MAX)
1099                     continue;
1100                 encode_residual_lpc(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
1101                 bits[i] = calc_rice_params_lpc(&sub->rc, min_porder, max_porder,
1102                                             res, n, i+1, sub->obits, precision);
1103                 if(bits[i] < bits[opt_order])
1104                     opt_order= i;
1105             }
1106         }
1107         opt_order++;
1108     }
1109
1110     sub->order = opt_order;
1111     sub->type = FLAC_SUBFRAME_LPC;
1112     sub->type_code = sub->type | (sub->order-1);
1113     sub->shift = shift[sub->order-1];
1114     for(i=0; i<sub->order; i++) {
1115         sub->coefs[i] = coefs[sub->order-1][i];
1116     }
1117     encode_residual_lpc(res, smp, n, sub->order, sub->coefs, sub->shift);
1118     return calc_rice_params_lpc(&sub->rc, min_porder, max_porder, res, n, sub->order,
1119                                 sub->obits, precision);
1120 }
1121
1122 static int encode_residual_v(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
1123 {
1124     int i, n;
1125     FlacFrame *frame;
1126     FlacSubframe *sub;
1127     int32_t *res, *smp;
1128
1129     frame = &ctx->frame;
1130     sub = &frame->subframes[ch];
1131     res = sub->residual;
1132     smp = sub->samples;
1133     n = frame->blocksize;
1134
1135     /* CONSTANT */
1136     for(i=1; i<n; i++) {
1137         if(smp[i] != smp[0]) break;
1138     }
1139     if(i == n) {
1140         sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_CONSTANT;
1141         res[0] = smp[0];
1142         return sub->obits;
1143     }
1144
1145     /* VERBATIM */
1146     sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_VERBATIM;
1147     encode_residual_verbatim(res, smp, n);
1148     return sub->obits * n;
1149 }
1150
1151 static int estimate_stereo_mode(int32_t *left_ch, int32_t *right_ch, int n)
1152 {
1153     int i, best;
1154     int32_t lt, rt;
1155     uint64_t sum[4];
1156     uint64_t score[4];
1157     int k;
1158
1159     /* calculate sum of 2nd order residual for each channel */
1160     sum[0] = sum[1] = sum[2] = sum[3] = 0;
1161     for(i=2; i<n; i++) {
1162         lt = left_ch[i] - 2*left_ch[i-1] + left_ch[i-2];
1163         rt = right_ch[i] - 2*right_ch[i-1] + right_ch[i-2];
1164         sum[2] += FFABS((lt + rt) >> 1);
1165         sum[3] += FFABS(lt - rt);
1166         sum[0] += FFABS(lt);
1167         sum[1] += FFABS(rt);
1168     }
1169     /* estimate bit counts */
1170     for(i=0; i<4; i++) {
1171         k = find_optimal_param(2*sum[i], n);
1172         sum[i] = rice_encode_count(2*sum[i], n, k);
1173     }
1174
1175     /* calculate score for each mode */
1176     score[0] = sum[0] + sum[1];
1177     score[1] = sum[0] + sum[3];
1178     score[2] = sum[1] + sum[3];
1179     score[3] = sum[2] + sum[3];
1180
1181     /* return mode with lowest score */
1182     best = 0;
1183     for(i=1; i<4; i++) {
1184         if(score[i] < score[best]) {
1185             best = i;
1186         }
1187     }
1188     if(best == 0) {
1189         return FLAC_CHMODE_LEFT_RIGHT;
1190     } else if(best == 1) {
1191         return FLAC_CHMODE_LEFT_SIDE;
1192     } else if(best == 2) {
1193         return FLAC_CHMODE_RIGHT_SIDE;
1194     } else {
1195         return FLAC_CHMODE_MID_SIDE;
1196     }
1197 }
1198
1199 /**
1200  * Perform stereo channel decorrelation
1201  */
1202 static void channel_decorrelation(FlacEncodeContext *ctx)
1203 {
1204     FlacFrame *frame;
1205     int32_t *left, *right;
1206     int i, n;
1207
1208     frame = &ctx->frame;
1209     n = frame->blocksize;
1210     left  = frame->subframes[0].samples;
1211     right = frame->subframes[1].samples;
1212
1213     if(ctx->channels != 2) {
1214         frame->ch_mode = FLAC_CHMODE_NOT_STEREO;
1215         return;
1216     }
1217
1218     frame->ch_mode = estimate_stereo_mode(left, right, n);
1219
1220     /* perform decorrelation and adjust bits-per-sample */
1221     if(frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_LEFT_RIGHT) {
1222         return;
1223     }
1224     if(frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_MID_SIDE) {
1225         int32_t tmp;
1226         for(i=0; i<n; i++) {
1227             tmp = left[i];
1228             left[i] = (tmp + right[i]) >> 1;
1229             right[i] = tmp - right[i];
1230         }
1231         frame->subframes[1].obits++;
1232     } else if(frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_LEFT_SIDE) {
1233         for(i=0; i<n; i++) {
1234             right[i] = left[i] - right[i];
1235         }
1236         frame->subframes[1].obits++;
1237     } else {
1238         for(i=0; i<n; i++) {
1239             left[i] -= right[i];
1240         }
1241         frame->subframes[0].obits++;
1242     }
1243 }
1244
1245 static void put_sbits(PutBitContext *pb, int bits, int32_t val)
1246 {
1247     assert(bits >= 0 && bits <= 31);
1248
1249     put_bits(pb, bits, val & ((1<<bits)-1));
1250 }
1251
1252 static void write_utf8(PutBitContext *pb, uint32_t val)
1253 {
1254     uint8_t tmp;
1255     PUT_UTF8(val, tmp, put_bits(pb, 8, tmp);)
1256 }
1257
1258 static void output_frame_header(FlacEncodeContext *s)
1259 {
1260     FlacFrame *frame;
1261     int crc;
1262
1263     frame = &s->frame;
1264
1265     put_bits(&s->pb, 16, 0xFFF8);
1266     put_bits(&s->pb, 4, frame->bs_code[0]);
1267     put_bits(&s->pb, 4, s->sr_code[0]);
1268     if(frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_NOT_STEREO) {
1269         put_bits(&s->pb, 4, s->ch_code);
1270     } else {
1271         put_bits(&s->pb, 4, frame->ch_mode);
1272     }
1273     put_bits(&s->pb, 3, 4); /* bits-per-sample code */
1274     put_bits(&s->pb, 1, 0);
1275     write_utf8(&s->pb, s->frame_count);
1276     if(frame->bs_code[0] == 6) {
1277         put_bits(&s->pb, 8, frame->bs_code[1]);
1278     } else if(frame->bs_code[0] == 7) {
1279         put_bits(&s->pb, 16, frame->bs_code[1]);
1280     }
1281     if(s->sr_code[0] == 12) {
1282         put_bits(&s->pb, 8, s->sr_code[1]);
1283     } else if(s->sr_code[0] > 12) {
1284         put_bits(&s->pb, 16, s->sr_code[1]);
1285     }
1286     flush_put_bits(&s->pb);
1287     crc = av_crc(av_crc07, 0, s->pb.buf, put_bits_count(&s->pb)>>3);
1288     put_bits(&s->pb, 8, crc);
1289 }
1290
1291 static void output_subframe_constant(FlacEncodeContext *s, int ch)
1292 {
1293     FlacSubframe *sub;
1294     int32_t res;
1295
1296     sub = &s->frame.subframes[ch];
1297     res = sub->residual[0];
1298     put_sbits(&s->pb, sub->obits, res);
1299 }
1300
1301 static void output_subframe_verbatim(FlacEncodeContext *s, int ch)
1302 {
1303     int i;
1304     FlacFrame *frame;
1305     FlacSubframe *sub;
1306     int32_t res;
1307
1308     frame = &s->frame;
1309     sub = &frame->subframes[ch];
1310
1311     for(i=0; i<frame->blocksize; i++) {
1312         res = sub->residual[i];
1313         put_sbits(&s->pb, sub->obits, res);
1314     }
1315 }
1316
1317 static void output_residual(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
1318 {
1319     int i, j, p, n, parts;
1320     int k, porder, psize, res_cnt;
1321     FlacFrame *frame;
1322     FlacSubframe *sub;
1323     int32_t *res;
1324
1325     frame = &ctx->frame;
1326     sub = &frame->subframes[ch];
1327     res = sub->residual;
1328     n = frame->blocksize;
1329
1330     /* rice-encoded block */
1331     put_bits(&ctx->pb, 2, 0);
1332
1333     /* partition order */
1334     porder = sub->rc.porder;
1335     psize = n >> porder;
1336     parts = (1 << porder);
1337     put_bits(&ctx->pb, 4, porder);
1338     res_cnt = psize - sub->order;
1339
1340     /* residual */
1341     j = sub->order;
1342     for(p=0; p<parts; p++) {
1343         k = sub->rc.params[p];
1344         put_bits(&ctx->pb, 4, k);
1345         if(p == 1) res_cnt = psize;
1346         for(i=0; i<res_cnt && j<n; i++, j++) {
1347             set_sr_golomb_flac(&ctx->pb, res[j], k, INT32_MAX, 0);
1348         }
1349     }
1350 }
1351
1352 static void output_subframe_fixed(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
1353 {
1354     int i;
1355     FlacFrame *frame;
1356     FlacSubframe *sub;
1357
1358     frame = &ctx->frame;
1359     sub = &frame->subframes[ch];
1360
1361     /* warm-up samples */
1362     for(i=0; i<sub->order; i++) {
1363         put_sbits(&ctx->pb, sub->obits, sub->residual[i]);
1364     }
1365
1366     /* residual */
1367     output_residual(ctx, ch);
1368 }
1369
1370 static void output_subframe_lpc(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
1371 {
1372     int i, cbits;
1373     FlacFrame *frame;
1374     FlacSubframe *sub;
1375
1376     frame = &ctx->frame;
1377     sub = &frame->subframes[ch];
1378
1379     /* warm-up samples */
1380     for(i=0; i<sub->order; i++) {
1381         put_sbits(&ctx->pb, sub->obits, sub->residual[i]);
1382     }
1383
1384     /* LPC coefficients */
1385     cbits = ctx->options.lpc_coeff_precision;
1386     put_bits(&ctx->pb, 4, cbits-1);
1387     put_sbits(&ctx->pb, 5, sub->shift);
1388     for(i=0; i<sub->order; i++) {
1389         put_sbits(&ctx->pb, cbits, sub->coefs[i]);
1390     }
1391
1392     /* residual */
1393     output_residual(ctx, ch);
1394 }
1395
1396 static void output_subframes(FlacEncodeContext *s)
1397 {
1398     FlacFrame *frame;
1399     FlacSubframe *sub;
1400     int ch;
1401
1402     frame = &s->frame;
1403
1404     for(ch=0; ch<s->channels; ch++) {
1405         sub = &frame->subframes[ch];
1406
1407         /* subframe header */
1408         put_bits(&s->pb, 1, 0);
1409         put_bits(&s->pb, 6, sub->type_code);
1410         put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no wasted bits */
1411
1412         /* subframe */
1413         if(sub->type == FLAC_SUBFRAME_CONSTANT) {
1414             output_subframe_constant(s, ch);
1415         } else if(sub->type == FLAC_SUBFRAME_VERBATIM) {
1416             output_subframe_verbatim(s, ch);
1417         } else if(sub->type == FLAC_SUBFRAME_FIXED) {
1418             output_subframe_fixed(s, ch);
1419         } else if(sub->type == FLAC_SUBFRAME_LPC) {
1420             output_subframe_lpc(s, ch);
1421         }
1422     }
1423 }
1424
1425 static void output_frame_footer(FlacEncodeContext *s)
1426 {
1427     int crc;
1428     flush_put_bits(&s->pb);
1429     crc = bswap_16(av_crc(av_crc8005, 0, s->pb.buf, put_bits_count(&s->pb)>>3));
1430     put_bits(&s->pb, 16, crc);
1431     flush_put_bits(&s->pb);
1432 }
1433
1434 static int flac_encode_frame(AVCodecContext *avctx, uint8_t *frame,
1435                              int buf_size, void *data)
1436 {
1437     int ch;
1438     FlacEncodeContext *s;
1439     int16_t *samples = data;
1440     int out_bytes;
1441
1442     s = avctx->priv_data;
1443
1444     s->blocksize = avctx->frame_size;
1445     init_frame(s);
1446
1447     copy_samples(s, samples);
1448
1449     channel_decorrelation(s);
1450
1451     for(ch=0; ch<s->channels; ch++) {
1452         encode_residual(s, ch);
1453     }
1454     init_put_bits(&s->pb, frame, buf_size);
1455     output_frame_header(s);
1456     output_subframes(s);
1457     output_frame_footer(s);
1458     out_bytes = put_bits_count(&s->pb) >> 3;
1459
1460     if(out_bytes > s->max_framesize || out_bytes >= buf_size) {
1461         /* frame too large. use verbatim mode */
1462         for(ch=0; ch<s->channels; ch++) {
1463             encode_residual_v(s, ch);
1464         }
1465         init_put_bits(&s->pb, frame, buf_size);
1466         output_frame_header(s);
1467         output_subframes(s);
1468         output_frame_footer(s);
1469         out_bytes = put_bits_count(&s->pb) >> 3;
1470
1471         if(out_bytes > s->max_framesize || out_bytes >= buf_size) {
1472             /* still too large. must be an error. */
1473             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "error encoding frame\n");
1474             return -1;
1475         }
1476     }
1477
1478     s->frame_count++;
1479     return out_bytes;
1480 }
1481
1482 static int flac_encode_close(AVCodecContext *avctx)
1483 {
1484     av_freep(&avctx->extradata);
1485     avctx->extradata_size = 0;
1486     av_freep(&avctx->coded_frame);
1487     return 0;
1488 }
1489
1490 AVCodec flac_encoder = {
1491     "flac",
1492     CODEC_TYPE_AUDIO,
1493     CODEC_ID_FLAC,
1494     sizeof(FlacEncodeContext),
1495     flac_encode_init,
1496     flac_encode_frame,
1497     flac_encode_close,
1498     NULL,
1499     .capabilities = CODEC_CAP_SMALL_LAST_FRAME,
1500 };