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

   1 /*
   2  * FLAC audio encoder
   3  * Copyright (c) 2006  Justin Ruggles <justin.ruggles@gmail.com>
   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 "libavutil/avassert.h"
  23 #include "libavutil/crc.h"
  24 #include "libavutil/intmath.h"
  25 #include "libavutil/md5.h"
  26 #include "libavutil/opt.h"
  27 #include "avcodec.h"
  28 #include "bswapdsp.h"
  29 #include "put_bits.h"
  30 #include "golomb.h"
  31 #include "internal.h"
  32 #include "lpc.h"
  33 #include "flac.h"
  34 #include "flacdata.h"
  35 #include "flacdsp.h"
  36
  37 #define FLAC_SUBFRAME_CONSTANT  0
  38 #define FLAC_SUBFRAME_VERBATIM  1
  39 #define FLAC_SUBFRAME_FIXED     8
  40 #define FLAC_SUBFRAME_LPC      32
  41
  42 #define MAX_FIXED_ORDER     4
  43 #define MAX_PARTITION_ORDER 8
  44 #define MAX_PARTITIONS     (1 << MAX_PARTITION_ORDER)
  45 #define MAX_LPC_PRECISION  15
  46 #define MAX_LPC_SHIFT      15
  47
  48 enum CodingMode {
  49     CODING_MODE_RICE  = 4,
  50     CODING_MODE_RICE2 = 5,
  51 };
  52
  53 typedef struct CompressionOptions {
  54     int compression_level;
  55     int block_time_ms;
  56     enum FFLPCType lpc_type;
  57     int lpc_passes;
  58     int lpc_coeff_precision;
  59     int min_prediction_order;
  60     int max_prediction_order;
  61     int prediction_order_method;
  62     int min_partition_order;
  63     int max_partition_order;
  64     int ch_mode;
  65     int exact_rice_parameters;
  66     int multi_dim_quant;
  67 } CompressionOptions;
  68
  69 typedef struct RiceContext {
  70     enum CodingMode coding_mode;
  71     int porder;
  72     int params[MAX_PARTITIONS];
  73 } RiceContext;
  74
  75 typedef struct FlacSubframe {
  76     int type;
  77     int type_code;
  78     int obits;
  79     int wasted;
  80     int order;
  81     int32_t coefs[MAX_LPC_ORDER];
  82     int shift;
  83
  84     RiceContext rc;
  85     uint32_t rc_udata[FLAC_MAX_BLOCKSIZE];
  86     uint64_t rc_sums[32][MAX_PARTITIONS];
  87
  88     int32_t samples[FLAC_MAX_BLOCKSIZE];
  89     int32_t residual[FLAC_MAX_BLOCKSIZE+11];
  90 } FlacSubframe;
  91
  92 typedef struct FlacFrame {
  93     FlacSubframe subframes[FLAC_MAX_CHANNELS];
  94     int blocksize;
  95     int bs_code[2];
  96     uint8_t crc8;
  97     int ch_mode;
  98     int verbatim_only;
  99 } FlacFrame;
 100
 101 typedef struct FlacEncodeContext {
 102     AVClass *class;
 103     PutBitContext pb;
 104     int channels;
 105     int samplerate;
 106     int sr_code[2];
 107     int bps_code;
 108     int max_blocksize;
 109     int min_framesize;
 110     int max_framesize;
 111     int max_encoded_framesize;
 112     uint32_t frame_count;
 113     uint64_t sample_count;
 114     uint8_t md5sum[16];
 115     FlacFrame frame;
 116     CompressionOptions options;
 117     AVCodecContext *avctx;
 118     LPCContext lpc_ctx;
 119     struct AVMD5 *md5ctx;
 120     uint8_t *md5_buffer;
 121     unsigned int md5_buffer_size;
 122     BswapDSPContext bdsp;
 123     FLACDSPContext flac_dsp;
 124
 125     int flushed;
 126     int64_t next_pts;
 127 } FlacEncodeContext;
 128
 129
 130 /**
 131  * Write streaminfo metadata block to byte array.
 132  */
 133 static void write_streaminfo(FlacEncodeContext *s, uint8_t *header)
 134 {
 135     PutBitContext pb;
 136
 137     memset(header, 0, FLAC_STREAMINFO_SIZE);
 138     init_put_bits(&pb, header, FLAC_STREAMINFO_SIZE);
 139
 140     /* streaminfo metadata block */
 141     put_bits(&pb, 16, s->max_blocksize);
 142     put_bits(&pb, 16, s->max_blocksize);
 143     put_bits(&pb, 24, s->min_framesize);
 144     put_bits(&pb, 24, s->max_framesize);
 145     put_bits(&pb, 20, s->samplerate);
 146     put_bits(&pb, 3, s->channels-1);
 147     put_bits(&pb,  5, s->avctx->bits_per_raw_sample - 1);
 148     /* write 36-bit sample count in 2 put_bits() calls */
 149     put_bits(&pb, 24, (s->sample_count & 0xFFFFFF000LL) >> 12);
 150     put_bits(&pb, 12,  s->sample_count & 0x000000FFFLL);
 151     flush_put_bits(&pb);
 152     memcpy(&header[18], s->md5sum, 16);
 153 }
 154
 155
 156 /**
 157  * Set blocksize based on samplerate.
 158  * Choose the closest predefined blocksize >= BLOCK_TIME_MS milliseconds.
 159  */
 160 static int select_blocksize(int samplerate, int block_time_ms)
 161 {
 162     int i;
 163     int target;
 164     int blocksize;
 165
 166     av_assert0(samplerate > 0);
 167     blocksize = ff_flac_blocksize_table[1];
 168     target    = (samplerate * block_time_ms) / 1000;
 169     for (i = 0; i < 16; i++) {
 170         if (target >= ff_flac_blocksize_table[i] &&
 171             ff_flac_blocksize_table[i] > blocksize) {
 172             blocksize = ff_flac_blocksize_table[i];
 173         }
 174     }
 175     return blocksize;
 176 }
 177
 178
 179 static av_cold void dprint_compression_options(FlacEncodeContext *s)
 180 {
 181     AVCodecContext     *avctx = s->avctx;
 182     CompressionOptions *opt   = &s->options;
 183
 184     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " compression: %d\n", opt->compression_level);
 185
 186     switch (opt->lpc_type) {
 187     case FF_LPC_TYPE_NONE:
 188         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " lpc type: None\n");
 189         break;
 190     case FF_LPC_TYPE_FIXED:
 191         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " lpc type: Fixed pre-defined coefficients\n");
 192         break;
 193     case FF_LPC_TYPE_LEVINSON:
 194         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " lpc type: Levinson-Durbin recursion with Welch window\n");
 195         break;
 196     case FF_LPC_TYPE_CHOLESKY:
 197         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " lpc type: Cholesky factorization, %d pass%s\n",
 198                opt->lpc_passes, opt->lpc_passes == 1 ? "" : "es");
 199         break;
 200     }
 201
 202     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " prediction order: %d, %d\n",
 203            opt->min_prediction_order, opt->max_prediction_order);
 204
 205     switch (opt->prediction_order_method) {
 206     case ORDER_METHOD_EST:
 207         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n", "estimate");
 208         break;
 209     case ORDER_METHOD_2LEVEL:
 210         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n", "2-level");
 211         break;
 212     case ORDER_METHOD_4LEVEL:
 213         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n", "4-level");
 214         break;
 215     case ORDER_METHOD_8LEVEL:
 216         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n", "8-level");
 217         break;
 218     case ORDER_METHOD_SEARCH:
 219         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n", "full search");
 220         break;
 221     case ORDER_METHOD_LOG:
 222         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n", "log search");
 223         break;
 224     }
 225
 226
 227     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " partition order: %d, %d\n",
 228            opt->min_partition_order, opt->max_partition_order);
 229
 230     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " block size: %d\n", avctx->frame_size);
 231
 232     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " lpc precision: %d\n",
 233            opt->lpc_coeff_precision);
 234 }
 235
 236
 237 static av_cold int flac_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 238 {
 239     int freq = avctx->sample_rate;
 240     int channels = avctx->channels;
 241     FlacEncodeContext *s = avctx->priv_data;
 242     int i, level, ret;
 243     uint8_t *streaminfo;
 244
 245     s->avctx = avctx;
 246
 247     switch (avctx->sample_fmt) {
 248     case AV_SAMPLE_FMT_S16:
 249         avctx->bits_per_raw_sample = 16;
 250         s->bps_code                = 4;
 251         break;
 252     case AV_SAMPLE_FMT_S32:
 253         if (avctx->bits_per_raw_sample != 24)
 254             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "encoding as 24 bits-per-sample\n");
 255         avctx->bits_per_raw_sample = 24;
 256         s->bps_code                = 6;
 257         break;
 258     }
 259
 260     if (channels < 1 || channels > FLAC_MAX_CHANNELS) {
 261         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "%d channels not supported (max %d)\n",
 262                channels, FLAC_MAX_CHANNELS);
 263         return AVERROR(EINVAL);
 264     }
 265     s->channels = channels;
 266
 267     /* find samplerate in table */
 268     if (freq < 1)
 269         return -1;
 270     for (i = 4; i < 12; i++) {
 271         if (freq == ff_flac_sample_rate_table[i]) {
 272             s->samplerate = ff_flac_sample_rate_table[i];
 273             s->sr_code[0] = i;
 274             s->sr_code[1] = 0;
 275             break;
 276         }
 277     }
 278     /* if not in table, samplerate is non-standard */
 279     if (i == 12) {
 280         if (freq % 1000 == 0 && freq < 255000) {
 281             s->sr_code[0] = 12;
 282             s->sr_code[1] = freq / 1000;
 283         } else if (freq % 10 == 0 && freq < 655350) {
 284             s->sr_code[0] = 14;
 285             s->sr_code[1] = freq / 10;
 286         } else if (freq < 65535) {
 287             s->sr_code[0] = 13;
 288             s->sr_code[1] = freq;
 289         } else {
 290             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "%d Hz not supported\n", freq);
 291             return AVERROR(EINVAL);
 292         }
 293         s->samplerate = freq;
 294     }
 295
 296     /* set compression option defaults based on avctx->compression_level */
 297     if (avctx->compression_level < 0)
 298         s->options.compression_level = 5;
 299     else
 300         s->options.compression_level = avctx->compression_level;
 301
 302     level = s->options.compression_level;
 303     if (level > 12) {
 304         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid compression level: %d\n",
 305                s->options.compression_level);
 306         return AVERROR(EINVAL);
 307     }
 308
 309     s->options.block_time_ms = ((int[]){ 27, 27, 27,105,105,105,105,105,105,105,105,105,105})[level];
 310
 311     if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_DEFAULT)
 312         s->options.lpc_type  = ((int[]){ FF_LPC_TYPE_FIXED,    FF_LPC_TYPE_FIXED,    FF_LPC_TYPE_FIXED,
 313                                          FF_LPC_TYPE_LEVINSON, FF_LPC_TYPE_LEVINSON, FF_LPC_TYPE_LEVINSON,
 314                                          FF_LPC_TYPE_LEVINSON, FF_LPC_TYPE_LEVINSON, FF_LPC_TYPE_LEVINSON,
 315                                          FF_LPC_TYPE_LEVINSON, FF_LPC_TYPE_LEVINSON, FF_LPC_TYPE_LEVINSON,
 316                                          FF_LPC_TYPE_LEVINSON})[level];
 317
 318     s->options.min_prediction_order = ((int[]){  2,  0,  0,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1})[level];
 319     s->options.max_prediction_order = ((int[]){  3,  4,  4,  6,  8,  8,  8,  8, 12, 12, 12, 32, 32})[level];
 320
 321     if (s->options.prediction_order_method < 0)
 322         s->options.prediction_order_method = ((int[]){ ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,
 323                                                        ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,
 324                                                        ORDER_METHOD_4LEVEL, ORDER_METHOD_LOG,    ORDER_METHOD_4LEVEL,
 325                                                        ORDER_METHOD_LOG,    ORDER_METHOD_SEARCH, ORDER_METHOD_LOG,
 326                                                        ORDER_METHOD_SEARCH})[level];
 327
 328     if (s->options.min_partition_order > s->options.max_partition_order) {
 329         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid partition orders: min=%d max=%d\n",
 330                s->options.min_partition_order, s->options.max_partition_order);
 331         return AVERROR(EINVAL);
 332     }
 333     if (s->options.min_partition_order < 0)
 334         s->options.min_partition_order = ((int[]){  2,  2,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0})[level];
 335     if (s->options.max_partition_order < 0)
 336         s->options.max_partition_order = ((int[]){  2,  2,  3,  3,  3,  8,  8,  8,  8,  8,  8,  8,  8})[level];
 337
 338     if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_NONE) {
 339         s->options.min_prediction_order = 0;
 340     } else if (avctx->min_prediction_order >= 0) {
 341         if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_FIXED) {
 342             if (avctx->min_prediction_order > MAX_FIXED_ORDER) {
 343                 av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
 344                        "invalid min prediction order %d, clamped to %d\n",
 345                        avctx->min_prediction_order, MAX_FIXED_ORDER);
 346                 avctx->min_prediction_order = MAX_FIXED_ORDER;
 347             }
 348         } else if (avctx->min_prediction_order < MIN_LPC_ORDER ||
 349                    avctx->min_prediction_order > MAX_LPC_ORDER) {
 350             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid min prediction order: %d\n",
 351                    avctx->min_prediction_order);
 352             return AVERROR(EINVAL);
 353         }
 354         s->options.min_prediction_order = avctx->min_prediction_order;
 355     }
 356     if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_NONE) {
 357         s->options.max_prediction_order = 0;
 358     } else if (avctx->max_prediction_order >= 0) {
 359         if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_FIXED) {
 360             if (avctx->max_prediction_order > MAX_FIXED_ORDER) {
 361                 av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
 362                        "invalid max prediction order %d, clamped to %d\n",
 363                        avctx->max_prediction_order, MAX_FIXED_ORDER);
 364                 avctx->max_prediction_order = MAX_FIXED_ORDER;
 365             }
 366         } else if (avctx->max_prediction_order < MIN_LPC_ORDER ||
 367                    avctx->max_prediction_order > MAX_LPC_ORDER) {
 368             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid max prediction order: %d\n",
 369                    avctx->max_prediction_order);
 370             return AVERROR(EINVAL);
 371         }
 372         s->options.max_prediction_order = avctx->max_prediction_order;
 373     }
 374     if (s->options.max_prediction_order < s->options.min_prediction_order) {
 375         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid prediction orders: min=%d max=%d\n",
 376                s->options.min_prediction_order, s->options.max_prediction_order);
 377         return AVERROR(EINVAL);
 378     }
 379
 380     if (avctx->frame_size > 0) {
 381         if (avctx->frame_size < FLAC_MIN_BLOCKSIZE ||
 382                 avctx->frame_size > FLAC_MAX_BLOCKSIZE) {
 383             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid block size: %d\n",
 384                    avctx->frame_size);
 385             return AVERROR(EINVAL);
 386         }
 387     } else {
 388         s->avctx->frame_size = select_blocksize(s->samplerate, s->options.block_time_ms);
 389     }
 390     s->max_blocksize = s->avctx->frame_size;
 391
 392     /* set maximum encoded frame size in verbatim mode */
 393     s->max_framesize = ff_flac_get_max_frame_size(s->avctx->frame_size,
 394                                                   s->channels,
 395                                                   s->avctx->bits_per_raw_sample);
 396
 397     /* initialize MD5 context */
 398     s->md5ctx = av_md5_alloc();
 399     if (!s->md5ctx)
 400         return AVERROR(ENOMEM);
 401     av_md5_init(s->md5ctx);
 402
 403     streaminfo = av_malloc(FLAC_STREAMINFO_SIZE);
 404     if (!streaminfo)
 405         return AVERROR(ENOMEM);
 406     write_streaminfo(s, streaminfo);
 407     avctx->extradata = streaminfo;
 408     avctx->extradata_size = FLAC_STREAMINFO_SIZE;
 409
 410     s->frame_count   = 0;
 411     s->min_framesize = s->max_framesize;
 412
 413     if (channels == 3 &&
 414             avctx->channel_layout != (AV_CH_LAYOUT_STEREO|AV_CH_FRONT_CENTER) ||
 415         channels == 4 &&
 416             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_2_2 &&
 417             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_QUAD ||
 418         channels == 5 &&
 419             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_5POINT0 &&
 420             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_5POINT0_BACK ||
 421         channels == 6 &&
 422             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_5POINT1 &&
 423             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK) {
 424         if (avctx->channel_layout) {
 425             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Channel layout not supported by Flac, "
 426                                              "output stream will have incorrect "
 427                                              "channel layout.\n");
 428         } else {
 429             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "No channel layout specified. The encoder "
 430                                                "will use Flac channel layout for "
 431                                                "%d channels.\n", channels);
 432         }
 433     }
 434
 435     ret = ff_lpc_init(&s->lpc_ctx, avctx->frame_size,
 436                       s->options.max_prediction_order, FF_LPC_TYPE_LEVINSON);
 437
 438     ff_bswapdsp_init(&s->bdsp);
 439     ff_flacdsp_init(&s->flac_dsp, avctx->sample_fmt, channels,
 440                     avctx->bits_per_raw_sample);
 441
 442     dprint_compression_options(s);
 443
 444     return ret;
 445 }
 446
 447
 448 static void init_frame(FlacEncodeContext *s, int nb_samples)
 449 {
 450     int i, ch;
 451     FlacFrame *frame;
 452
 453     frame = &s->frame;
 454
 455     for (i = 0; i < 16; i++) {
 456         if (nb_samples == ff_flac_blocksize_table[i]) {
 457             frame->blocksize  = ff_flac_blocksize_table[i];
 458             frame->bs_code[0] = i;
 459             frame->bs_code[1] = 0;
 460             break;
 461         }
 462     }
 463     if (i == 16) {
 464         frame->blocksize = nb_samples;
 465         if (frame->blocksize <= 256) {
 466             frame->bs_code[0] = 6;
 467             frame->bs_code[1] = frame->blocksize-1;
 468         } else {
 469             frame->bs_code[0] = 7;
 470             frame->bs_code[1] = frame->blocksize-1;
 471         }
 472     }
 473
 474     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
 475         FlacSubframe *sub = &frame->subframes[ch];
 476
 477         sub->wasted = 0;
 478         sub->obits  = s->avctx->bits_per_raw_sample;
 479
 480         if (sub->obits > 16)
 481             sub->rc.coding_mode = CODING_MODE_RICE2;
 482         else
 483             sub->rc.coding_mode = CODING_MODE_RICE;
 484     }
 485
 486     frame->verbatim_only = 0;
 487 }
 488
 489
 490 /**
 491  * Copy channel-interleaved input samples into separate subframes.
 492  */
 493 static void copy_samples(FlacEncodeContext *s, const void *samples)
 494 {
 495     int i, j, ch;
 496     FlacFrame *frame;
 497     int shift = av_get_bytes_per_sample(s->avctx->sample_fmt) * 8 -
 498                 s->avctx->bits_per_raw_sample;
 499
 500 #define COPY_SAMPLES(bits) do {                                     \
 501     const int ## bits ## _t *samples0 = samples;                    \
 502     frame = &s->frame;                                              \
 503     for (i = 0, j = 0; i < frame->blocksize; i++)                   \
 504         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++, j++)                   \
 505             frame->subframes[ch].samples[i] = samples0[j] >> shift; \
 506 } while (0)
 507
 508     if (s->avctx->sample_fmt == AV_SAMPLE_FMT_S16)
 509         COPY_SAMPLES(16);
 510     else
 511         COPY_SAMPLES(32);
 512 }
 513
 514
 515 static uint64_t rice_count_exact(const int32_t *res, int n, int k)
 516 {
 517     int i;
 518     uint64_t count = 0;
 519
 520     for (i = 0; i < n; i++) {
 521         int32_t v = -2 * res[i] - 1;
 522         v ^= v >> 31;
 523         count += (v >> k) + 1 + k;
 524     }
 525     return count;
 526 }
 527
 528
 529 static uint64_t subframe_count_exact(FlacEncodeContext *s, FlacSubframe *sub,
 530                                      int pred_order)
 531 {
 532     int p, porder, psize;
 533     int i, part_end;
 534     uint64_t count = 0;
 535
 536     /* subframe header */
 537     count += 8;
 538
 539     if (sub->wasted)
 540         count += sub->wasted;
 541
 542     /* subframe */
 543     if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_CONSTANT) {
 544         count += sub->obits;
 545     } else if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_VERBATIM) {
 546         count += s->frame.blocksize * sub->obits;
 547     } else {
 548         /* warm-up samples */
 549         count += pred_order * sub->obits;
 550
 551         /* LPC coefficients */
 552         if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_LPC)
 553             count += 4 + 5 + pred_order * s->options.lpc_coeff_precision;
 554
 555         /* rice-encoded block */
 556         count += 2;
 557
 558         /* partition order */
 559         porder = sub->rc.porder;
 560         psize  = s->frame.blocksize >> porder;
 561         count += 4;
 562
 563         /* residual */
 564         i        = pred_order;
 565         part_end = psize;
 566         for (p = 0; p < 1 << porder; p++) {
 567             int k = sub->rc.params[p];
 568             count += sub->rc.coding_mode;
 569             count += rice_count_exact(&sub->residual[i], part_end - i, k);
 570             i = part_end;
 571             part_end = FFMIN(s->frame.blocksize, part_end + psize);
 572         }
 573     }
 574
 575     return count;
 576 }
 577
 578
 579 #define rice_encode_count(sum, n, k) (((n)*((k)+1))+((sum-(n>>1))>>(k)))
 580
 581 /**
 582  * Solve for d/dk(rice_encode_count) = n-((sum-(n>>1))>>(k+1)) = 0.
 583  */
 584 static int find_optimal_param(uint64_t sum, int n, int max_param)
 585 {
 586     int k;
 587     uint64_t sum2;
 588
 589     if (sum <= n >> 1)
 590         return 0;
 591     sum2 = sum - (n >> 1);
 592     k    = av_log2(av_clipl_int32(sum2 / n));
 593     return FFMIN(k, max_param);
 594 }
 595
 596 static int find_optimal_param_exact(uint64_t sums[32][MAX_PARTITIONS], int i, int max_param)
 597 {
 598     int bestk = 0;
 599     int64_t bestbits = INT64_MAX;
 600     int k;
 601
 602     for (k = 0; k <= max_param; k++) {
 603         int64_t bits = sums[k][i];
 604         if (bits < bestbits) {
 605             bestbits = bits;
 606             bestk = k;
 607         }
 608     }
 609
 610     return bestk;
 611 }
 612
 613 static uint64_t calc_optimal_rice_params(RiceContext *rc, int porder,
 614                                          uint64_t sums[32][MAX_PARTITIONS],
 615                                          int n, int pred_order, int max_param, int exact)
 616 {
 617     int i;
 618     int k, cnt, part;
 619     uint64_t all_bits;
 620
 621     part     = (1 << porder);
 622     all_bits = 4 * part;
 623
 624     cnt = (n >> porder) - pred_order;
 625     for (i = 0; i < part; i++) {
 626         if (exact) {
 627             k = find_optimal_param_exact(sums, i, max_param);
 628             all_bits += sums[k][i];
 629         } else {
 630             k = find_optimal_param(sums[0][i], cnt, max_param);
 631             all_bits += rice_encode_count(sums[0][i], cnt, k);
 632         }
 633         rc->params[i] = k;
 634         cnt = n >> porder;
 635     }
 636
 637     rc->porder = porder;
 638
 639     return all_bits;
 640 }
 641
 642
 643 static void calc_sum_top(int pmax, int kmax, const uint32_t *data, int n, int pred_order,
 644                          uint64_t sums[32][MAX_PARTITIONS])
 645 {
 646     int i, k;
 647     int parts;
 648     const uint32_t *res, *res_end;
 649
 650     /* sums for highest level */
 651     parts   = (1 << pmax);
 652
 653     for (k = 0; k <= kmax; k++) {
 654         res     = &data[pred_order];
 655         res_end = &data[n >> pmax];
 656         for (i = 0; i < parts; i++) {
 657             if (kmax) {
 658                 uint64_t sum = (1LL + k) * (res_end - res);
 659                 while (res < res_end)
 660                     sum += *(res++) >> k;
 661                 sums[k][i] = sum;
 662             } else {
 663                 uint64_t sum = 0;
 664                 while (res < res_end)
 665                     sum += *(res++);
 666                 sums[k][i] = sum;
 667             }
 668             res_end += n >> pmax;
 669         }
 670     }
 671 }
 672
 673 static void calc_sum_next(int level, uint64_t sums[32][MAX_PARTITIONS], int kmax)
 674 {
 675     int i, k;
 676     int parts = (1 << level);
 677     for (i = 0; i < parts; i++) {
 678         for (k=0; k<=kmax; k++)
 679             sums[k][i] = sums[k][2*i] + sums[k][2*i+1];
 680     }
 681 }
 682
 683 static uint64_t calc_rice_params(RiceContext *rc,
 684                                  uint32_t udata[FLAC_MAX_BLOCKSIZE],
 685                                  uint64_t sums[32][MAX_PARTITIONS],
 686                                  int pmin, int pmax,
 687                                  const int32_t *data, int n, int pred_order, int exact)
 688 {
 689     int i;
 690     uint64_t bits[MAX_PARTITION_ORDER+1];
 691     int opt_porder;
 692     RiceContext tmp_rc;
 693     int kmax = (1 << rc->coding_mode) - 2;
 694
 695     av_assert1(pmin >= 0 && pmin <= MAX_PARTITION_ORDER);
 696     av_assert1(pmax >= 0 && pmax <= MAX_PARTITION_ORDER);
 697     av_assert1(pmin <= pmax);
 698
 699     tmp_rc.coding_mode = rc->coding_mode;
 700
 701     for (i = 0; i < n; i++)
 702         udata[i] = (2 * data[i]) ^ (data[i] >> 31);
 703
 704     calc_sum_top(pmax, exact ? kmax : 0, udata, n, pred_order, sums);
 705
 706     opt_porder = pmin;
 707     bits[pmin] = UINT32_MAX;
 708     for (i = pmax; ; ) {
 709         bits[i] = calc_optimal_rice_params(&tmp_rc, i, sums, n, pred_order, kmax, exact);
 710         if (bits[i] < bits[opt_porder] || pmax == pmin) {
 711             opt_porder = i;
 712             *rc = tmp_rc;
 713         }
 714         if (i == pmin)
 715             break;
 716         calc_sum_next(--i, sums, exact ? kmax : 0);
 717     }
 718
 719     return bits[opt_porder];
 720 }
 721
 722
 723 static int get_max_p_order(int max_porder, int n, int order)
 724 {
 725     int porder = FFMIN(max_porder, av_log2(n^(n-1)));
 726     if (order > 0)
 727         porder = FFMIN(porder, av_log2(n/order));
 728     return porder;
 729 }
 730
 731
 732 static uint64_t find_subframe_rice_params(FlacEncodeContext *s,
 733                                           FlacSubframe *sub, int pred_order)
 734 {
 735     int pmin = get_max_p_order(s->options.min_partition_order,
 736                                s->frame.blocksize, pred_order);
 737     int pmax = get_max_p_order(s->options.max_partition_order,
 738                                s->frame.blocksize, pred_order);
 739
 740     uint64_t bits = 8 + pred_order * sub->obits + 2 + sub->rc.coding_mode;
 741     if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_LPC)
 742         bits += 4 + 5 + pred_order * s->options.lpc_coeff_precision;
 743     bits += calc_rice_params(&sub->rc, sub->rc_udata, sub->rc_sums, pmin, pmax, sub->residual,
 744                              s->frame.blocksize, pred_order, s->options.exact_rice_parameters);
 745     return bits;
 746 }
 747
 748
 749 static void encode_residual_fixed(int32_t *res, const int32_t *smp, int n,
 750                                   int order)
 751 {
 752     int i;
 753
 754     for (i = 0; i < order; i++)
 755         res[i] = smp[i];
 756
 757     if (order == 0) {
 758         for (i = order; i < n; i++)
 759             res[i] = smp[i];
 760     } else if (order == 1) {
 761         for (i = order; i < n; i++)
 762             res[i] = smp[i] - smp[i-1];
 763     } else if (order == 2) {
 764         int a = smp[order-1] - smp[order-2];
 765         for (i = order; i < n; i += 2) {
 766             int b    = smp[i  ] - smp[i-1];
 767             res[i]   = b - a;
 768             a        = smp[i+1] - smp[i  ];
 769             res[i+1] = a - b;
 770         }
 771     } else if (order == 3) {
 772         int a = smp[order-1] -   smp[order-2];
 773         int c = smp[order-1] - 2*smp[order-2] + smp[order-3];
 774         for (i = order; i < n; i += 2) {
 775             int b    = smp[i  ] - smp[i-1];
 776             int d    = b - a;
 777             res[i]   = d - c;
 778             a        = smp[i+1] - smp[i  ];
 779             c        = a - b;
 780             res[i+1] = c - d;
 781         }
 782     } else {
 783         int a = smp[order-1] -   smp[order-2];
 784         int c = smp[order-1] - 2*smp[order-2] +   smp[order-3];
 785         int e = smp[order-1] - 3*smp[order-2] + 3*smp[order-3] - smp[order-4];
 786         for (i = order; i < n; i += 2) {
 787             int b    = smp[i  ] - smp[i-1];
 788             int d    = b - a;
 789             int f    = d - c;
 790             res[i  ] = f - e;
 791             a        = smp[i+1] - smp[i  ];
 792             c        = a - b;
 793             e        = c - d;
 794             res[i+1] = e - f;
 795         }
 796     }
 797 }
 798
 799
 800 static int encode_residual_ch(FlacEncodeContext *s, int ch)
 801 {
 802     int i, n;
 803     int min_order, max_order, opt_order, omethod;
 804     FlacFrame *frame;
 805     FlacSubframe *sub;
 806     int32_t coefs[MAX_LPC_ORDER][MAX_LPC_ORDER];
 807     int shift[MAX_LPC_ORDER];
 808     int32_t *res, *smp;
 809
 810     frame = &s->frame;
 811     sub   = &frame->subframes[ch];
 812     res   = sub->residual;
 813     smp   = sub->samples;
 814     n     = frame->blocksize;
 815
 816     /* CONSTANT */
 817     for (i = 1; i < n; i++)
 818         if(smp[i] != smp[0])
 819             break;
 820     if (i == n) {
 821         sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_CONSTANT;
 822         res[0] = smp[0];
 823         return subframe_count_exact(s, sub, 0);
 824     }
 825
 826     /* VERBATIM */
 827     if (frame->verbatim_only || n < 5) {
 828         sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_VERBATIM;
 829         memcpy(res, smp, n * sizeof(int32_t));
 830         return subframe_count_exact(s, sub, 0);
 831     }
 832
 833     min_order  = s->options.min_prediction_order;
 834     max_order  = s->options.max_prediction_order;
 835     omethod    = s->options.prediction_order_method;
 836
 837     /* FIXED */
 838     sub->type = FLAC_SUBFRAME_FIXED;
 839     if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_NONE  ||
 840         s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_FIXED || n <= max_order) {
 841         uint64_t bits[MAX_FIXED_ORDER+1];
 842         if (max_order > MAX_FIXED_ORDER)
 843             max_order = MAX_FIXED_ORDER;
 844         opt_order = 0;
 845         bits[0]   = UINT32_MAX;
 846         for (i = min_order; i <= max_order; i++) {
 847             encode_residual_fixed(res, smp, n, i);
 848             bits[i] = find_subframe_rice_params(s, sub, i);
 849             if (bits[i] < bits[opt_order])
 850                 opt_order = i;
 851         }
 852         sub->order     = opt_order;
 853         sub->type_code = sub->type | sub->order;
 854         if (sub->order != max_order) {
 855             encode_residual_fixed(res, smp, n, sub->order);
 856             find_subframe_rice_params(s, sub, sub->order);
 857         }
 858         return subframe_count_exact(s, sub, sub->order);
 859     }
 860
 861     /* LPC */
 862     sub->type = FLAC_SUBFRAME_LPC;
 863     opt_order = ff_lpc_calc_coefs(&s->lpc_ctx, smp, n, min_order, max_order,
 864                                   s->options.lpc_coeff_precision, coefs, shift, s->options.lpc_type,
 865                                   s->options.lpc_passes, omethod,
 866                                   MAX_LPC_SHIFT, 0);
 867
 868     if (omethod == ORDER_METHOD_2LEVEL ||
 869         omethod == ORDER_METHOD_4LEVEL ||
 870         omethod == ORDER_METHOD_8LEVEL) {
 871         int levels = 1 << omethod;
 872         uint64_t bits[1 << ORDER_METHOD_8LEVEL];
 873         int order       = -1;
 874         int opt_index   = levels-1;
 875         opt_order       = max_order-1;
 876         bits[opt_index] = UINT32_MAX;
 877         for (i = levels-1; i >= 0; i--) {
 878             int last_order = order;
 879             order = min_order + (((max_order-min_order+1) * (i+1)) / levels)-1;
 880             order = av_clip(order, min_order - 1, max_order - 1);
 881             if (order == last_order)
 882                 continue;
 883             if (s->bps_code * 4 + s->options.lpc_coeff_precision + av_log2(order) <= 32) {
 884                 s->flac_dsp.lpc16_encode(res, smp, n, order+1, coefs[order],
 885                                          shift[order]);
 886             } else {
 887                 s->flac_dsp.lpc32_encode(res, smp, n, order+1, coefs[order],
 888                                          shift[order]);
 889             }
 890             bits[i] = find_subframe_rice_params(s, sub, order+1);
 891             if (bits[i] < bits[opt_index]) {
 892                 opt_index = i;
 893                 opt_order = order;
 894             }
 895         }
 896         opt_order++;
 897     } else if (omethod == ORDER_METHOD_SEARCH) {
 898         // brute-force optimal order search
 899         uint64_t bits[MAX_LPC_ORDER];
 900         opt_order = 0;
 901         bits[0]   = UINT32_MAX;
 902         for (i = min_order-1; i < max_order; i++) {
 903             if (s->bps_code * 4 + s->options.lpc_coeff_precision + av_log2(i) <= 32) {
 904                 s->flac_dsp.lpc16_encode(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
 905             } else {
 906                 s->flac_dsp.lpc32_encode(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
 907             }
 908             bits[i] = find_subframe_rice_params(s, sub, i+1);
 909             if (bits[i] < bits[opt_order])
 910                 opt_order = i;
 911         }
 912         opt_order++;
 913     } else if (omethod == ORDER_METHOD_LOG) {
 914         uint64_t bits[MAX_LPC_ORDER];
 915         int step;
 916
 917         opt_order = min_order - 1 + (max_order-min_order)/3;
 918         memset(bits, -1, sizeof(bits));
 919
 920         for (step = 16; step; step >>= 1) {
 921             int last = opt_order;
 922             for (i = last-step; i <= last+step; i += step) {
 923                 if (i < min_order-1 || i >= max_order || bits[i] < UINT32_MAX)
 924                     continue;
 925                 if (s->bps_code * 4 + s->options.lpc_coeff_precision + av_log2(i) <= 32) {
 926                     s->flac_dsp.lpc32_encode(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
 927                 } else {
 928                     s->flac_dsp.lpc16_encode(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
 929                 }
 930                 bits[i] = find_subframe_rice_params(s, sub, i+1);
 931                 if (bits[i] < bits[opt_order])
 932                     opt_order = i;
 933             }
 934         }
 935         opt_order++;
 936     }
 937
 938     if (s->options.multi_dim_quant) {
 939         int allsteps = 1;
 940         int i, step, improved;
 941         int64_t best_score = INT64_MAX;
 942         int32_t qmax;
 943
 944         qmax = (1 << (s->options.lpc_coeff_precision - 1)) - 1;
 945
 946         for (i=0; i<opt_order; i++)
 947             allsteps *= 3;
 948
 949         do {
 950             improved = 0;
 951             for (step = 0; step < allsteps; step++) {
 952                 int tmp = step;
 953                 int32_t lpc_try[MAX_LPC_ORDER];
 954                 int64_t score = 0;
 955                 int diffsum = 0;
 956
 957                 for (i=0; i<opt_order; i++) {
 958                     int diff = ((tmp + 1) % 3) - 1;
 959                     lpc_try[i] = av_clip(coefs[opt_order - 1][i] + diff, -qmax, qmax);
 960                     tmp /= 3;
 961                     diffsum += !!diff;
 962                 }
 963                 if (diffsum >8)
 964                     continue;
 965
 966                 if (s->bps_code * 4 + s->options.lpc_coeff_precision + av_log2(opt_order - 1) <= 32) {
 967                     s->flac_dsp.lpc16_encode(res, smp, n, opt_order, lpc_try, shift[opt_order-1]);
 968                 } else {
 969                     s->flac_dsp.lpc32_encode(res, smp, n, opt_order, lpc_try, shift[opt_order-1]);
 970                 }
 971                 score = find_subframe_rice_params(s, sub, opt_order);
 972                 if (score < best_score) {
 973                     best_score = score;
 974                     memcpy(coefs[opt_order-1], lpc_try, sizeof(*coefs));
 975                     improved=1;
 976                 }
 977             }
 978         } while(improved);
 979     }
 980
 981     sub->order     = opt_order;
 982     sub->type_code = sub->type | (sub->order-1);
 983     sub->shift     = shift[sub->order-1];
 984     for (i = 0; i < sub->order; i++)
 985         sub->coefs[i] = coefs[sub->order-1][i];
 986
 987     if (s->bps_code * 4 + s->options.lpc_coeff_precision + av_log2(opt_order) <= 32) {
 988         s->flac_dsp.lpc16_encode(res, smp, n, sub->order, sub->coefs, sub->shift);
 989     } else {
 990         s->flac_dsp.lpc32_encode(res, smp, n, sub->order, sub->coefs, sub->shift);
 991     }
 992
 993     find_subframe_rice_params(s, sub, sub->order);
 994
 995     return subframe_count_exact(s, sub, sub->order);
 996 }
 997
 998
 999 static int count_frame_header(FlacEncodeContext *s)
1000 {
1001     uint8_t av_unused tmp;
1002     int count;
1003
1004     /*
1005     <14> Sync code
1006     <1>  Reserved
1007     <1>  Blocking strategy
1008     <4>  Block size in inter-channel samples
1009     <4>  Sample rate
1010     <4>  Channel assignment
1011     <3>  Sample size in bits
1012     <1>  Reserved
1013     */
1014     count = 32;
1015
1016     /* coded frame number */
1017     PUT_UTF8(s->frame_count, tmp, count += 8;)
1018
1019     /* explicit block size */
1020     if (s->frame.bs_code[0] == 6)
1021         count += 8;
1022     else if (s->frame.bs_code[0] == 7)
1023         count += 16;
1024
1025     /* explicit sample rate */
1026     count += ((s->sr_code[0] == 12) + (s->sr_code[0] > 12) * 2) * 8;
1027
1028     /* frame header CRC-8 */
1029     count += 8;
1030
1031     return count;
1032 }
1033
1034
1035 static int encode_frame(FlacEncodeContext *s)
1036 {
1037     int ch;
1038     uint64_t count;
1039
1040     count = count_frame_header(s);
1041
1042     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
1043         count += encode_residual_ch(s, ch);
1044
1045     count += (8 - (count & 7)) & 7; // byte alignment
1046     count += 16;                    // CRC-16
1047
1048     count >>= 3;
1049     if (count > INT_MAX)
1050         return AVERROR_BUG;
1051     return count;
1052 }
1053
1054
1055 static void remove_wasted_bits(FlacEncodeContext *s)
1056 {
1057     int ch, i;
1058
1059     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1060         FlacSubframe *sub = &s->frame.subframes[ch];
1061         int32_t v         = 0;
1062
1063         for (i = 0; i < s->frame.blocksize; i++) {
1064             v |= sub->samples[i];
1065             if (v & 1)
1066                 break;
1067         }
1068
1069         if (v && !(v & 1)) {
1070             v = ff_ctz(v);
1071
1072             for (i = 0; i < s->frame.blocksize; i++)
1073                 sub->samples[i] >>= v;
1074
1075             sub->wasted = v;
1076             sub->obits -= v;
1077
1078             /* for 24-bit, check if removing wasted bits makes the range better
1079                suited for using RICE instead of RICE2 for entropy coding */
1080             if (sub->obits <= 17)
1081                 sub->rc.coding_mode = CODING_MODE_RICE;
1082         }
1083     }
1084 }
1085
1086
1087 static int estimate_stereo_mode(const int32_t *left_ch, const int32_t *right_ch, int n,
1088                                 int max_rice_param)
1089 {
1090     int i, best;
1091     int32_t lt, rt;
1092     uint64_t sum[4];
1093     uint64_t score[4];
1094     int k;
1095
1096     /* calculate sum of 2nd order residual for each channel */
1097     sum[0] = sum[1] = sum[2] = sum[3] = 0;
1098     for (i = 2; i < n; i++) {
1099         lt = left_ch[i]  - 2*left_ch[i-1]  + left_ch[i-2];
1100         rt = right_ch[i] - 2*right_ch[i-1] + right_ch[i-2];
1101         sum[2] += FFABS((lt + rt) >> 1);
1102         sum[3] += FFABS(lt - rt);
1103         sum[0] += FFABS(lt);
1104         sum[1] += FFABS(rt);
1105     }
1106     /* estimate bit counts */
1107     for (i = 0; i < 4; i++) {
1108         k      = find_optimal_param(2 * sum[i], n, max_rice_param);
1109         sum[i] = rice_encode_count( 2 * sum[i], n, k);
1110     }
1111
1112     /* calculate score for each mode */
1113     score[0] = sum[0] + sum[1];
1114     score[1] = sum[0] + sum[3];
1115     score[2] = sum[1] + sum[3];
1116     score[3] = sum[2] + sum[3];
1117
1118     /* return mode with lowest score */
1119     best = 0;
1120     for (i = 1; i < 4; i++)
1121         if (score[i] < score[best])
1122             best = i;
1123
1124     return best;
1125 }
1126
1127
1128 /**
1129  * Perform stereo channel decorrelation.
1130  */
1131 static void channel_decorrelation(FlacEncodeContext *s)
1132 {
1133     FlacFrame *frame;
1134     int32_t *left, *right;
1135     int i, n;
1136
1137     frame = &s->frame;
1138     n     = frame->blocksize;
1139     left  = frame->subframes[0].samples;
1140     right = frame->subframes[1].samples;
1141
1142     if (s->channels != 2) {
1143         frame->ch_mode = FLAC_CHMODE_INDEPENDENT;
1144         return;
1145     }
1146
1147     if (s->options.ch_mode < 0) {
1148         int max_rice_param = (1 << frame->subframes[0].rc.coding_mode) - 2;
1149         frame->ch_mode = estimate_stereo_mode(left, right, n, max_rice_param);
1150     } else
1151         frame->ch_mode = s->options.ch_mode;
1152
1153     /* perform decorrelation and adjust bits-per-sample */
1154     if (frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_INDEPENDENT)
1155         return;
1156     if (frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_MID_SIDE) {
1157         int32_t tmp;
1158         for (i = 0; i < n; i++) {
1159             tmp      = left[i];
1160             left[i]  = (tmp + right[i]) >> 1;
1161             right[i] =  tmp - right[i];
1162         }
1163         frame->subframes[1].obits++;
1164     } else if (frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_LEFT_SIDE) {
1165         for (i = 0; i < n; i++)
1166             right[i] = left[i] - right[i];
1167         frame->subframes[1].obits++;
1168     } else {
1169         for (i = 0; i < n; i++)
1170             left[i] -= right[i];
1171         frame->subframes[0].obits++;
1172     }
1173 }
1174
1175
1176 static void write_utf8(PutBitContext *pb, uint32_t val)
1177 {
1178     uint8_t tmp;
1179     PUT_UTF8(val, tmp, put_bits(pb, 8, tmp);)
1180 }
1181
1182
1183 static void write_frame_header(FlacEncodeContext *s)
1184 {
1185     FlacFrame *frame;
1186     int crc;
1187
1188     frame = &s->frame;
1189
1190     put_bits(&s->pb, 16, 0xFFF8);
1191     put_bits(&s->pb, 4, frame->bs_code[0]);
1192     put_bits(&s->pb, 4, s->sr_code[0]);
1193
1194     if (frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_INDEPENDENT)
1195         put_bits(&s->pb, 4, s->channels-1);
1196     else
1197         put_bits(&s->pb, 4, frame->ch_mode + FLAC_MAX_CHANNELS - 1);
1198
1199     put_bits(&s->pb, 3, s->bps_code);
1200     put_bits(&s->pb, 1, 0);
1201     write_utf8(&s->pb, s->frame_count);
1202
1203     if (frame->bs_code[0] == 6)
1204         put_bits(&s->pb, 8, frame->bs_code[1]);
1205     else if (frame->bs_code[0] == 7)
1206         put_bits(&s->pb, 16, frame->bs_code[1]);
1207
1208     if (s->sr_code[0] == 12)
1209         put_bits(&s->pb, 8, s->sr_code[1]);
1210     else if (s->sr_code[0] > 12)
1211         put_bits(&s->pb, 16, s->sr_code[1]);
1212
1213     flush_put_bits(&s->pb);
1214     crc = av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_8_ATM), 0, s->pb.buf,
1215                  put_bits_count(&s->pb) >> 3);
1216     put_bits(&s->pb, 8, crc);
1217 }
1218
1219
1220 static void write_subframes(FlacEncodeContext *s)
1221 {
1222     int ch;
1223
1224     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1225         FlacSubframe *sub = &s->frame.subframes[ch];
1226         int i, p, porder, psize;
1227         int32_t *part_end;
1228         int32_t *res       =  sub->residual;
1229         int32_t *frame_end = &sub->residual[s->frame.blocksize];
1230
1231         /* subframe header */
1232         put_bits(&s->pb, 1, 0);
1233         put_bits(&s->pb, 6, sub->type_code);
1234         put_bits(&s->pb, 1, !!sub->wasted);
1235         if (sub->wasted)
1236             put_bits(&s->pb, sub->wasted, 1);
1237
1238         /* subframe */
1239         if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_CONSTANT) {
1240             put_sbits(&s->pb, sub->obits, res[0]);
1241         } else if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_VERBATIM) {
1242             while (res < frame_end)
1243                 put_sbits(&s->pb, sub->obits, *res++);
1244         } else {
1245             /* warm-up samples */
1246             for (i = 0; i < sub->order; i++)
1247                 put_sbits(&s->pb, sub->obits, *res++);
1248
1249             /* LPC coefficients */
1250             if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_LPC) {
1251                 int cbits = s->options.lpc_coeff_precision;
1252                 put_bits( &s->pb, 4, cbits-1);
1253                 put_sbits(&s->pb, 5, sub->shift);
1254                 for (i = 0; i < sub->order; i++)
1255                     put_sbits(&s->pb, cbits, sub->coefs[i]);
1256             }
1257
1258             /* rice-encoded block */
1259             put_bits(&s->pb, 2, sub->rc.coding_mode - 4);
1260
1261             /* partition order */
1262             porder  = sub->rc.porder;
1263             psize   = s->frame.blocksize >> porder;
1264             put_bits(&s->pb, 4, porder);
1265
1266             /* residual */
1267             part_end  = &sub->residual[psize];
1268             for (p = 0; p < 1 << porder; p++) {
1269                 int k = sub->rc.params[p];
1270                 put_bits(&s->pb, sub->rc.coding_mode, k);
1271                 while (res < part_end)
1272                     set_sr_golomb_flac(&s->pb, *res++, k, INT32_MAX, 0);
1273                 part_end = FFMIN(frame_end, part_end + psize);
1274             }
1275         }
1276     }
1277 }
1278
1279
1280 static void write_frame_footer(FlacEncodeContext *s)
1281 {
1282     int crc;
1283     flush_put_bits(&s->pb);
1284     crc = av_bswap16(av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI), 0, s->pb.buf,
1285                             put_bits_count(&s->pb)>>3));
1286     put_bits(&s->pb, 16, crc);
1287     flush_put_bits(&s->pb);
1288 }
1289
1290
1291 static int write_frame(FlacEncodeContext *s, AVPacket *avpkt)
1292 {
1293     init_put_bits(&s->pb, avpkt->data, avpkt->size);
1294     write_frame_header(s);
1295     write_subframes(s);
1296     write_frame_footer(s);
1297     return put_bits_count(&s->pb) >> 3;
1298 }
1299
1300
1301 static int update_md5_sum(FlacEncodeContext *s, const void *samples)
1302 {
1303     const uint8_t *buf;
1304     int buf_size = s->frame.blocksize * s->channels *
1305                    ((s->avctx->bits_per_raw_sample + 7) / 8);
1306
1307     if (s->avctx->bits_per_raw_sample > 16 || HAVE_BIGENDIAN) {
1308         av_fast_malloc(&s->md5_buffer, &s->md5_buffer_size, buf_size);
1309         if (!s->md5_buffer)
1310             return AVERROR(ENOMEM);
1311     }
1312
1313     if (s->avctx->bits_per_raw_sample <= 16) {
1314         buf = (const uint8_t *)samples;
1315 #if HAVE_BIGENDIAN
1316         s->bdsp.bswap16_buf((uint16_t *) s->md5_buffer,
1317                             (const uint16_t *) samples, buf_size / 2);
1318         buf = s->md5_buffer;
1319 #endif
1320     } else {
1321         int i;
1322         const int32_t *samples0 = samples;
1323         uint8_t *tmp            = s->md5_buffer;
1324
1325         for (i = 0; i < s->frame.blocksize * s->channels; i++) {
1326             int32_t v = samples0[i] >> 8;
1327             AV_WL24(tmp + 3*i, v);
1328         }
1329         buf = s->md5_buffer;
1330     }
1331     av_md5_update(s->md5ctx, buf, buf_size);
1332
1333     return 0;
1334 }
1335
1336
1337 static int flac_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
1338                              const AVFrame *frame, int *got_packet_ptr)
1339 {
1340     FlacEncodeContext *s;
1341     int frame_bytes, out_bytes, ret;
1342
1343     s = avctx->priv_data;
1344
1345     /* when the last block is reached, update the header in extradata */
1346     if (!frame) {
1347         s->max_framesize = s->max_encoded_framesize;
1348         av_md5_final(s->md5ctx, s->md5sum);
1349         write_streaminfo(s, avctx->extradata);
1350
1351 #if FF_API_SIDEDATA_ONLY_PKT
1352 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1353         if (avctx->side_data_only_packets && !s->flushed) {
1354 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1355 #else
1356         if (!s->flushed) {
1357 #endif
1358             uint8_t *side_data = av_packet_new_side_data(avpkt, AV_PKT_DATA_NEW_EXTRADATA,
1359                                                          avctx->extradata_size);
1360             if (!side_data)
1361                 return AVERROR(ENOMEM);
1362             memcpy(side_data, avctx->extradata, avctx->extradata_size);
1363
1364             avpkt->pts = s->next_pts;
1365
1366             *got_packet_ptr = 1;
1367             s->flushed = 1;
1368         }
1369
1370         return 0;
1371     }
1372
1373     /* change max_framesize for small final frame */
1374     if (frame->nb_samples < s->frame.blocksize) {
1375         s->max_framesize = ff_flac_get_max_frame_size(frame->nb_samples,
1376                                                       s->channels,
1377                                                       avctx->bits_per_raw_sample);
1378     }
1379
1380     init_frame(s, frame->nb_samples);
1381
1382     copy_samples(s, frame->data[0]);
1383
1384     channel_decorrelation(s);
1385
1386     remove_wasted_bits(s);
1387
1388     frame_bytes = encode_frame(s);
1389
1390     /* Fall back on verbatim mode if the compressed frame is larger than it
1391        would be if encoded uncompressed. */
1392     if (frame_bytes < 0 || frame_bytes > s->max_framesize) {
1393         s->frame.verbatim_only = 1;
1394         frame_bytes = encode_frame(s);
1395         if (frame_bytes < 0) {
1396             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Bad frame count\n");
1397             return frame_bytes;
1398         }
1399     }
1400
1401     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, avpkt, frame_bytes, 0)) < 0)
1402         return ret;
1403
1404     out_bytes = write_frame(s, avpkt);
1405
1406     s->frame_count++;
1407     s->sample_count += frame->nb_samples;
1408     if ((ret = update_md5_sum(s, frame->data[0])) < 0) {
1409         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error updating MD5 checksum\n");
1410         return ret;
1411     }
1412     if (out_bytes > s->max_encoded_framesize)
1413         s->max_encoded_framesize = out_bytes;
1414     if (out_bytes < s->min_framesize)
1415         s->min_framesize = out_bytes;
1416
1417     avpkt->pts      = frame->pts;
1418     avpkt->duration = ff_samples_to_time_base(avctx, frame->nb_samples);
1419     avpkt->size     = out_bytes;
1420
1421     s->next_pts = avpkt->pts + avpkt->duration;
1422
1423     *got_packet_ptr = 1;
1424     return 0;
1425 }
1426
1427
1428 static av_cold int flac_encode_close(AVCodecContext *avctx)
1429 {
1430     if (avctx->priv_data) {
1431         FlacEncodeContext *s = avctx->priv_data;
1432         av_freep(&s->md5ctx);
1433         av_freep(&s->md5_buffer);
1434         ff_lpc_end(&s->lpc_ctx);
1435     }
1436     av_freep(&avctx->extradata);
1437     avctx->extradata_size = 0;
1438     return 0;
1439 }
1440
1441 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM | AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM
1442 static const AVOption options[] = {
1443 { "lpc_coeff_precision", "LPC coefficient precision", offsetof(FlacEncodeContext, options.lpc_coeff_precision), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 15 }, 0, MAX_LPC_PRECISION, FLAGS },
1444 { "lpc_type", "LPC algorithm", offsetof(FlacEncodeContext, options.lpc_type), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = FF_LPC_TYPE_DEFAULT }, FF_LPC_TYPE_DEFAULT, FF_LPC_TYPE_NB-1, FLAGS, "lpc_type" },
1445 { "none",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = FF_LPC_TYPE_NONE },     INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "lpc_type" },
1446 { "fixed",    NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = FF_LPC_TYPE_FIXED },    INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "lpc_type" },
1447 { "levinson", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = FF_LPC_TYPE_LEVINSON }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "lpc_type" },
1448 { "cholesky", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = FF_LPC_TYPE_CHOLESKY }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "lpc_type" },
1449 { "lpc_passes", "Number of passes to use for Cholesky factorization during LPC analysis", offsetof(FlacEncodeContext, options.lpc_passes),  AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 2 }, 1, INT_MAX, FLAGS },
1450 { "min_partition_order",  NULL, offsetof(FlacEncodeContext, options.min_partition_order),  AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = -1 },      -1, MAX_PARTITION_ORDER, FLAGS },
1451 { "max_partition_order",  NULL, offsetof(FlacEncodeContext, options.max_partition_order),  AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = -1 },      -1, MAX_PARTITION_ORDER, FLAGS },
1452 { "prediction_order_method", "Search method for selecting prediction order", offsetof(FlacEncodeContext, options.prediction_order_method), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = -1 }, -1, ORDER_METHOD_LOG, FLAGS, "predm" },
1453 { "estimation", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_EST },    INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1454 { "2level",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_2LEVEL }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1455 { "4level",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_4LEVEL }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1456 { "8level",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_8LEVEL }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1457 { "search",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_SEARCH }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1458 { "log",        NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_LOG },    INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1459 { "ch_mode", "Stereo decorrelation mode", offsetof(FlacEncodeContext, options.ch_mode), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = -1 }, -1, FLAC_CHMODE_MID_SIDE, FLAGS, "ch_mode" },
1460 { "auto",       NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = -1                      }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "ch_mode" },
1461 { "indep",      NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FLAC_CHMODE_INDEPENDENT }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "ch_mode" },
1462 { "left_side",  NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FLAC_CHMODE_LEFT_SIDE   }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "ch_mode" },
1463 { "right_side", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FLAC_CHMODE_RIGHT_SIDE  }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "ch_mode" },
1464 { "mid_side",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FLAC_CHMODE_MID_SIDE    }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "ch_mode" },
1465 { "exact_rice_parameters", "Calculate rice parameters exactly", offsetof(FlacEncodeContext, options.exact_rice_parameters), AV_OPT_TYPE_BOOL, { .i64 = 0 }, 0, 1, FLAGS },
1466 { "multi_dim_quant",       "Multi-dimensional quantization",    offsetof(FlacEncodeContext, options.multi_dim_quant),       AV_OPT_TYPE_BOOL, { .i64 = 0 }, 0, 1, FLAGS },
1467 { NULL },
1468 };
1469
1470 static const AVClass flac_encoder_class = {
1471     .class_name = "FLAC encoder",
1472     .item_name  = av_default_item_name,
1473     .option     = options,
1474     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
1475 };
1476
1477 AVCodec ff_flac_encoder = {
1478     .name           = "flac",
1479     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("FLAC (Free Lossless Audio Codec)"),
1480     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1481     .id             = AV_CODEC_ID_FLAC,
1482     .priv_data_size = sizeof(FlacEncodeContext),
1483     .init           = flac_encode_init,
1484     .encode2        = flac_encode_frame,
1485     .close          = flac_encode_close,
1486     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_SMALL_LAST_FRAME | AV_CODEC_CAP_DELAY | AV_CODEC_CAP_LOSSLESS,
1487     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_S16,
1488                                                      AV_SAMPLE_FMT_S32,
1489                                                      AV_SAMPLE_FMT_NONE },
1490     .priv_class     = &flac_encoder_class,
1491 };