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_ERROR, "invalid min prediction order: %d\n",
 344                        avctx->min_prediction_order);
 345                 return AVERROR(EINVAL);
 346             }
 347         } else if (avctx->min_prediction_order < MIN_LPC_ORDER ||
 348                    avctx->min_prediction_order > MAX_LPC_ORDER) {
 349             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid min prediction order: %d\n",
 350                    avctx->min_prediction_order);
 351             return AVERROR(EINVAL);
 352         }
 353         s->options.min_prediction_order = avctx->min_prediction_order;
 354     }
 355     if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_NONE) {
 356         s->options.max_prediction_order = 0;
 357     } else if (avctx->max_prediction_order >= 0) {
 358         if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_FIXED) {
 359             if (avctx->max_prediction_order > MAX_FIXED_ORDER) {
 360                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid max prediction order: %d\n",
 361                        avctx->max_prediction_order);
 362                 return AVERROR(EINVAL);
 363             }
 364         } else if (avctx->max_prediction_order < MIN_LPC_ORDER ||
 365                    avctx->max_prediction_order > MAX_LPC_ORDER) {
 366             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid max prediction order: %d\n",
 367                    avctx->max_prediction_order);
 368             return AVERROR(EINVAL);
 369         }
 370         s->options.max_prediction_order = avctx->max_prediction_order;
 371     }
 372     if (s->options.max_prediction_order < s->options.min_prediction_order) {
 373         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid prediction orders: min=%d max=%d\n",
 374                s->options.min_prediction_order, s->options.max_prediction_order);
 375         return AVERROR(EINVAL);
 376     }
 377
 378     if (avctx->frame_size > 0) {
 379         if (avctx->frame_size < FLAC_MIN_BLOCKSIZE ||
 380                 avctx->frame_size > FLAC_MAX_BLOCKSIZE) {
 381             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid block size: %d\n",
 382                    avctx->frame_size);
 383             return AVERROR(EINVAL);
 384         }
 385     } else {
 386         s->avctx->frame_size = select_blocksize(s->samplerate, s->options.block_time_ms);
 387     }
 388     s->max_blocksize = s->avctx->frame_size;
 389
 390     /* set maximum encoded frame size in verbatim mode */
 391     s->max_framesize = ff_flac_get_max_frame_size(s->avctx->frame_size,
 392                                                   s->channels,
 393                                                   s->avctx->bits_per_raw_sample);
 394
 395     /* initialize MD5 context */
 396     s->md5ctx = av_md5_alloc();
 397     if (!s->md5ctx)
 398         return AVERROR(ENOMEM);
 399     av_md5_init(s->md5ctx);
 400
 401     streaminfo = av_malloc(FLAC_STREAMINFO_SIZE);
 402     if (!streaminfo)
 403         return AVERROR(ENOMEM);
 404     write_streaminfo(s, streaminfo);
 405     avctx->extradata = streaminfo;
 406     avctx->extradata_size = FLAC_STREAMINFO_SIZE;
 407
 408     s->frame_count   = 0;
 409     s->min_framesize = s->max_framesize;
 410
 411     if (channels == 3 &&
 412             avctx->channel_layout != (AV_CH_LAYOUT_STEREO|AV_CH_FRONT_CENTER) ||
 413         channels == 4 &&
 414             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_2_2 &&
 415             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_QUAD ||
 416         channels == 5 &&
 417             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_5POINT0 &&
 418             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_5POINT0_BACK ||
 419         channels == 6 &&
 420             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_5POINT1 &&
 421             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK) {
 422         if (avctx->channel_layout) {
 423             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Channel layout not supported by Flac, "
 424                                              "output stream will have incorrect "
 425                                              "channel layout.\n");
 426         } else {
 427             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "No channel layout specified. The encoder "
 428                                                "will use Flac channel layout for "
 429                                                "%d channels.\n", channels);
 430         }
 431     }
 432
 433     ret = ff_lpc_init(&s->lpc_ctx, avctx->frame_size,
 434                       s->options.max_prediction_order, FF_LPC_TYPE_LEVINSON);
 435
 436     ff_bswapdsp_init(&s->bdsp);
 437     ff_flacdsp_init(&s->flac_dsp, avctx->sample_fmt, channels,
 438                     avctx->bits_per_raw_sample);
 439
 440     dprint_compression_options(s);
 441
 442     return ret;
 443 }
 444
 445
 446 static void init_frame(FlacEncodeContext *s, int nb_samples)
 447 {
 448     int i, ch;
 449     FlacFrame *frame;
 450
 451     frame = &s->frame;
 452
 453     for (i = 0; i < 16; i++) {
 454         if (nb_samples == ff_flac_blocksize_table[i]) {
 455             frame->blocksize  = ff_flac_blocksize_table[i];
 456             frame->bs_code[0] = i;
 457             frame->bs_code[1] = 0;
 458             break;
 459         }
 460     }
 461     if (i == 16) {
 462         frame->blocksize = nb_samples;
 463         if (frame->blocksize <= 256) {
 464             frame->bs_code[0] = 6;
 465             frame->bs_code[1] = frame->blocksize-1;
 466         } else {
 467             frame->bs_code[0] = 7;
 468             frame->bs_code[1] = frame->blocksize-1;
 469         }
 470     }
 471
 472     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
 473         FlacSubframe *sub = &frame->subframes[ch];
 474
 475         sub->wasted = 0;
 476         sub->obits  = s->avctx->bits_per_raw_sample;
 477
 478         if (sub->obits > 16)
 479             sub->rc.coding_mode = CODING_MODE_RICE2;
 480         else
 481             sub->rc.coding_mode = CODING_MODE_RICE;
 482     }
 483
 484     frame->verbatim_only = 0;
 485 }
 486
 487
 488 /**
 489  * Copy channel-interleaved input samples into separate subframes.
 490  */
 491 static void copy_samples(FlacEncodeContext *s, const void *samples)
 492 {
 493     int i, j, ch;
 494     FlacFrame *frame;
 495     int shift = av_get_bytes_per_sample(s->avctx->sample_fmt) * 8 -
 496                 s->avctx->bits_per_raw_sample;
 497
 498 #define COPY_SAMPLES(bits) do {                                     \
 499     const int ## bits ## _t *samples0 = samples;                    \
 500     frame = &s->frame;                                              \
 501     for (i = 0, j = 0; i < frame->blocksize; i++)                   \
 502         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++, j++)                   \
 503             frame->subframes[ch].samples[i] = samples0[j] >> shift; \
 504 } while (0)
 505
 506     if (s->avctx->sample_fmt == AV_SAMPLE_FMT_S16)
 507         COPY_SAMPLES(16);
 508     else
 509         COPY_SAMPLES(32);
 510 }
 511
 512
 513 static uint64_t rice_count_exact(const int32_t *res, int n, int k)
 514 {
 515     int i;
 516     uint64_t count = 0;
 517
 518     for (i = 0; i < n; i++) {
 519         int32_t v = -2 * res[i] - 1;
 520         v ^= v >> 31;
 521         count += (v >> k) + 1 + k;
 522     }
 523     return count;
 524 }
 525
 526
 527 static uint64_t subframe_count_exact(FlacEncodeContext *s, FlacSubframe *sub,
 528                                      int pred_order)
 529 {
 530     int p, porder, psize;
 531     int i, part_end;
 532     uint64_t count = 0;
 533
 534     /* subframe header */
 535     count += 8;
 536
 537     if (sub->wasted)
 538         count += sub->wasted;
 539
 540     /* subframe */
 541     if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_CONSTANT) {
 542         count += sub->obits;
 543     } else if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_VERBATIM) {
 544         count += s->frame.blocksize * sub->obits;
 545     } else {
 546         /* warm-up samples */
 547         count += pred_order * sub->obits;
 548
 549         /* LPC coefficients */
 550         if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_LPC)
 551             count += 4 + 5 + pred_order * s->options.lpc_coeff_precision;
 552
 553         /* rice-encoded block */
 554         count += 2;
 555
 556         /* partition order */
 557         porder = sub->rc.porder;
 558         psize  = s->frame.blocksize >> porder;
 559         count += 4;
 560
 561         /* residual */
 562         i        = pred_order;
 563         part_end = psize;
 564         for (p = 0; p < 1 << porder; p++) {
 565             int k = sub->rc.params[p];
 566             count += sub->rc.coding_mode;
 567             count += rice_count_exact(&sub->residual[i], part_end - i, k);
 568             i = part_end;
 569             part_end = FFMIN(s->frame.blocksize, part_end + psize);
 570         }
 571     }
 572
 573     return count;
 574 }
 575
 576
 577 #define rice_encode_count(sum, n, k) (((n)*((k)+1))+((sum-(n>>1))>>(k)))
 578
 579 /**
 580  * Solve for d/dk(rice_encode_count) = n-((sum-(n>>1))>>(k+1)) = 0.
 581  */
 582 static int find_optimal_param(uint64_t sum, int n, int max_param)
 583 {
 584     int k;
 585     uint64_t sum2;
 586
 587     if (sum <= n >> 1)
 588         return 0;
 589     sum2 = sum - (n >> 1);
 590     k    = av_log2(av_clipl_int32(sum2 / n));
 591     return FFMIN(k, max_param);
 592 }
 593
 594 static int find_optimal_param_exact(uint64_t sums[32][MAX_PARTITIONS], int i, int max_param)
 595 {
 596     int bestk = 0;
 597     int64_t bestbits = INT64_MAX;
 598     int k;
 599
 600     for (k = 0; k <= max_param; k++) {
 601         int64_t bits = sums[k][i];
 602         if (bits < bestbits) {
 603             bestbits = bits;
 604             bestk = k;
 605         }
 606     }
 607
 608     return bestk;
 609 }
 610
 611 static uint64_t calc_optimal_rice_params(RiceContext *rc, int porder,
 612                                          uint64_t sums[32][MAX_PARTITIONS],
 613                                          int n, int pred_order, int max_param, int exact)
 614 {
 615     int i;
 616     int k, cnt, part;
 617     uint64_t all_bits;
 618
 619     part     = (1 << porder);
 620     all_bits = 4 * part;
 621
 622     cnt = (n >> porder) - pred_order;
 623     for (i = 0; i < part; i++) {
 624         if (exact) {
 625             k = find_optimal_param_exact(sums, i, max_param);
 626             all_bits += sums[k][i];
 627         } else {
 628             k = find_optimal_param(sums[0][i], cnt, max_param);
 629             all_bits += rice_encode_count(sums[0][i], cnt, k);
 630         }
 631         rc->params[i] = k;
 632         cnt = n >> porder;
 633     }
 634
 635     rc->porder = porder;
 636
 637     return all_bits;
 638 }
 639
 640
 641 static void calc_sum_top(int pmax, int kmax, const uint32_t *data, int n, int pred_order,
 642                          uint64_t sums[32][MAX_PARTITIONS])
 643 {
 644     int i, k;
 645     int parts;
 646     const uint32_t *res, *res_end;
 647
 648     /* sums for highest level */
 649     parts   = (1 << pmax);
 650
 651     for (k = 0; k <= kmax; k++) {
 652         res     = &data[pred_order];
 653         res_end = &data[n >> pmax];
 654         for (i = 0; i < parts; i++) {
 655             if (kmax) {
 656                 uint64_t sum = (1LL + k) * (res_end - res);
 657                 while (res < res_end)
 658                     sum += *(res++) >> k;
 659                 sums[k][i] = sum;
 660             } else {
 661                 uint64_t sum = 0;
 662                 while (res < res_end)
 663                     sum += *(res++);
 664                 sums[k][i] = sum;
 665             }
 666             res_end += n >> pmax;
 667         }
 668     }
 669 }
 670
 671 static void calc_sum_next(int level, uint64_t sums[32][MAX_PARTITIONS], int kmax)
 672 {
 673     int i, k;
 674     int parts = (1 << level);
 675     for (i = 0; i < parts; i++) {
 676         for (k=0; k<=kmax; k++)
 677             sums[k][i] = sums[k][2*i] + sums[k][2*i+1];
 678     }
 679 }
 680
 681 static uint64_t calc_rice_params(RiceContext *rc,
 682                                  uint32_t udata[FLAC_MAX_BLOCKSIZE],
 683                                  uint64_t sums[32][MAX_PARTITIONS],
 684                                  int pmin, int pmax,
 685                                  const int32_t *data, int n, int pred_order, int exact)
 686 {
 687     int i;
 688     uint64_t bits[MAX_PARTITION_ORDER+1];
 689     int opt_porder;
 690     RiceContext tmp_rc;
 691     int kmax = (1 << rc->coding_mode) - 2;
 692
 693     av_assert1(pmin >= 0 && pmin <= MAX_PARTITION_ORDER);
 694     av_assert1(pmax >= 0 && pmax <= MAX_PARTITION_ORDER);
 695     av_assert1(pmin <= pmax);
 696
 697     tmp_rc.coding_mode = rc->coding_mode;
 698
 699     for (i = 0; i < n; i++)
 700         udata[i] = (2 * data[i]) ^ (data[i] >> 31);
 701
 702     calc_sum_top(pmax, exact ? kmax : 0, udata, n, pred_order, sums);
 703
 704     opt_porder = pmin;
 705     bits[pmin] = UINT32_MAX;
 706     for (i = pmax; ; ) {
 707         bits[i] = calc_optimal_rice_params(&tmp_rc, i, sums, n, pred_order, kmax, exact);
 708         if (bits[i] < bits[opt_porder] || pmax == pmin) {
 709             opt_porder = i;
 710             *rc = tmp_rc;
 711         }
 712         if (i == pmin)
 713             break;
 714         calc_sum_next(--i, sums, exact ? kmax : 0);
 715     }
 716
 717     return bits[opt_porder];
 718 }
 719
 720
 721 static int get_max_p_order(int max_porder, int n, int order)
 722 {
 723     int porder = FFMIN(max_porder, av_log2(n^(n-1)));
 724     if (order > 0)
 725         porder = FFMIN(porder, av_log2(n/order));
 726     return porder;
 727 }
 728
 729
 730 static uint64_t find_subframe_rice_params(FlacEncodeContext *s,
 731                                           FlacSubframe *sub, int pred_order)
 732 {
 733     int pmin = get_max_p_order(s->options.min_partition_order,
 734                                s->frame.blocksize, pred_order);
 735     int pmax = get_max_p_order(s->options.max_partition_order,
 736                                s->frame.blocksize, pred_order);
 737
 738     uint64_t bits = 8 + pred_order * sub->obits + 2 + sub->rc.coding_mode;
 739     if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_LPC)
 740         bits += 4 + 5 + pred_order * s->options.lpc_coeff_precision;
 741     bits += calc_rice_params(&sub->rc, sub->rc_udata, sub->rc_sums, pmin, pmax, sub->residual,
 742                              s->frame.blocksize, pred_order, s->options.exact_rice_parameters);
 743     return bits;
 744 }
 745
 746
 747 static void encode_residual_fixed(int32_t *res, const int32_t *smp, int n,
 748                                   int order)
 749 {
 750     int i;
 751
 752     for (i = 0; i < order; i++)
 753         res[i] = smp[i];
 754
 755     if (order == 0) {
 756         for (i = order; i < n; i++)
 757             res[i] = smp[i];
 758     } else if (order == 1) {
 759         for (i = order; i < n; i++)
 760             res[i] = smp[i] - smp[i-1];
 761     } else if (order == 2) {
 762         int a = smp[order-1] - smp[order-2];
 763         for (i = order; i < n; i += 2) {
 764             int b    = smp[i  ] - smp[i-1];
 765             res[i]   = b - a;
 766             a        = smp[i+1] - smp[i  ];
 767             res[i+1] = a - b;
 768         }
 769     } else if (order == 3) {
 770         int a = smp[order-1] -   smp[order-2];
 771         int c = smp[order-1] - 2*smp[order-2] + smp[order-3];
 772         for (i = order; i < n; i += 2) {
 773             int b    = smp[i  ] - smp[i-1];
 774             int d    = b - a;
 775             res[i]   = d - c;
 776             a        = smp[i+1] - smp[i  ];
 777             c        = a - b;
 778             res[i+1] = c - d;
 779         }
 780     } else {
 781         int a = smp[order-1] -   smp[order-2];
 782         int c = smp[order-1] - 2*smp[order-2] +   smp[order-3];
 783         int e = smp[order-1] - 3*smp[order-2] + 3*smp[order-3] - smp[order-4];
 784         for (i = order; i < n; i += 2) {
 785             int b    = smp[i  ] - smp[i-1];
 786             int d    = b - a;
 787             int f    = d - c;
 788             res[i  ] = f - e;
 789             a        = smp[i+1] - smp[i  ];
 790             c        = a - b;
 791             e        = c - d;
 792             res[i+1] = e - f;
 793         }
 794     }
 795 }
 796
 797
 798 static int encode_residual_ch(FlacEncodeContext *s, int ch)
 799 {
 800     int i, n;
 801     int min_order, max_order, opt_order, omethod;
 802     FlacFrame *frame;
 803     FlacSubframe *sub;
 804     int32_t coefs[MAX_LPC_ORDER][MAX_LPC_ORDER];
 805     int shift[MAX_LPC_ORDER];
 806     int32_t *res, *smp;
 807
 808     frame = &s->frame;
 809     sub   = &frame->subframes[ch];
 810     res   = sub->residual;
 811     smp   = sub->samples;
 812     n     = frame->blocksize;
 813
 814     /* CONSTANT */
 815     for (i = 1; i < n; i++)
 816         if(smp[i] != smp[0])
 817             break;
 818     if (i == n) {
 819         sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_CONSTANT;
 820         res[0] = smp[0];
 821         return subframe_count_exact(s, sub, 0);
 822     }
 823
 824     /* VERBATIM */
 825     if (frame->verbatim_only || n < 5) {
 826         sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_VERBATIM;
 827         memcpy(res, smp, n * sizeof(int32_t));
 828         return subframe_count_exact(s, sub, 0);
 829     }
 830
 831     min_order  = s->options.min_prediction_order;
 832     max_order  = s->options.max_prediction_order;
 833     omethod    = s->options.prediction_order_method;
 834
 835     /* FIXED */
 836     sub->type = FLAC_SUBFRAME_FIXED;
 837     if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_NONE  ||
 838         s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_FIXED || n <= max_order) {
 839         uint64_t bits[MAX_FIXED_ORDER+1];
 840         if (max_order > MAX_FIXED_ORDER)
 841             max_order = MAX_FIXED_ORDER;
 842         opt_order = 0;
 843         bits[0]   = UINT32_MAX;
 844         for (i = min_order; i <= max_order; i++) {
 845             encode_residual_fixed(res, smp, n, i);
 846             bits[i] = find_subframe_rice_params(s, sub, i);
 847             if (bits[i] < bits[opt_order])
 848                 opt_order = i;
 849         }
 850         sub->order     = opt_order;
 851         sub->type_code = sub->type | sub->order;
 852         if (sub->order != max_order) {
 853             encode_residual_fixed(res, smp, n, sub->order);
 854             find_subframe_rice_params(s, sub, sub->order);
 855         }
 856         return subframe_count_exact(s, sub, sub->order);
 857     }
 858
 859     /* LPC */
 860     sub->type = FLAC_SUBFRAME_LPC;
 861     opt_order = ff_lpc_calc_coefs(&s->lpc_ctx, smp, n, min_order, max_order,
 862                                   s->options.lpc_coeff_precision, coefs, shift, s->options.lpc_type,
 863                                   s->options.lpc_passes, omethod,
 864                                   MAX_LPC_SHIFT, 0);
 865
 866     if (omethod == ORDER_METHOD_2LEVEL ||
 867         omethod == ORDER_METHOD_4LEVEL ||
 868         omethod == ORDER_METHOD_8LEVEL) {
 869         int levels = 1 << omethod;
 870         uint64_t bits[1 << ORDER_METHOD_8LEVEL];
 871         int order       = -1;
 872         int opt_index   = levels-1;
 873         opt_order       = max_order-1;
 874         bits[opt_index] = UINT32_MAX;
 875         for (i = levels-1; i >= 0; i--) {
 876             int last_order = order;
 877             order = min_order + (((max_order-min_order+1) * (i+1)) / levels)-1;
 878             order = av_clip(order, min_order - 1, max_order - 1);
 879             if (order == last_order)
 880                 continue;
 881             if (s->bps_code * 4 + s->options.lpc_coeff_precision + av_log2(order) <= 32) {
 882                 s->flac_dsp.lpc16_encode(res, smp, n, order+1, coefs[order],
 883                                          shift[order]);
 884             } else {
 885                 s->flac_dsp.lpc32_encode(res, smp, n, order+1, coefs[order],
 886                                          shift[order]);
 887             }
 888             bits[i] = find_subframe_rice_params(s, sub, order+1);
 889             if (bits[i] < bits[opt_index]) {
 890                 opt_index = i;
 891                 opt_order = order;
 892             }
 893         }
 894         opt_order++;
 895     } else if (omethod == ORDER_METHOD_SEARCH) {
 896         // brute-force optimal order search
 897         uint64_t bits[MAX_LPC_ORDER];
 898         opt_order = 0;
 899         bits[0]   = UINT32_MAX;
 900         for (i = min_order-1; i < max_order; i++) {
 901             if (s->bps_code * 4 + s->options.lpc_coeff_precision + av_log2(i) <= 32) {
 902                 s->flac_dsp.lpc16_encode(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
 903             } else {
 904                 s->flac_dsp.lpc32_encode(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
 905             }
 906             bits[i] = find_subframe_rice_params(s, sub, i+1);
 907             if (bits[i] < bits[opt_order])
 908                 opt_order = i;
 909         }
 910         opt_order++;
 911     } else if (omethod == ORDER_METHOD_LOG) {
 912         uint64_t bits[MAX_LPC_ORDER];
 913         int step;
 914
 915         opt_order = min_order - 1 + (max_order-min_order)/3;
 916         memset(bits, -1, sizeof(bits));
 917
 918         for (step = 16; step; step >>= 1) {
 919             int last = opt_order;
 920             for (i = last-step; i <= last+step; i += step) {
 921                 if (i < min_order-1 || i >= max_order || bits[i] < UINT32_MAX)
 922                     continue;
 923                 if (s->bps_code * 4 + s->options.lpc_coeff_precision + av_log2(i) <= 32) {
 924                     s->flac_dsp.lpc32_encode(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
 925                 } else {
 926                     s->flac_dsp.lpc16_encode(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
 927                 }
 928                 bits[i] = find_subframe_rice_params(s, sub, i+1);
 929                 if (bits[i] < bits[opt_order])
 930                     opt_order = i;
 931             }
 932         }
 933         opt_order++;
 934     }
 935
 936     if (s->options.multi_dim_quant) {
 937         int allsteps = 1;
 938         int i, step, improved;
 939         int64_t best_score = INT64_MAX;
 940         int32_t qmax;
 941
 942         qmax = (1 << (s->options.lpc_coeff_precision - 1)) - 1;
 943
 944         for (i=0; i<opt_order; i++)
 945             allsteps *= 3;
 946
 947         do {
 948             improved = 0;
 949             for (step = 0; step < allsteps; step++) {
 950                 int tmp = step;
 951                 int32_t lpc_try[MAX_LPC_ORDER];
 952                 int64_t score = 0;
 953                 int diffsum = 0;
 954
 955                 for (i=0; i<opt_order; i++) {
 956                     int diff = ((tmp + 1) % 3) - 1;
 957                     lpc_try[i] = av_clip(coefs[opt_order - 1][i] + diff, -qmax, qmax);
 958                     tmp /= 3;
 959                     diffsum += !!diff;
 960                 }
 961                 if (diffsum >8)
 962                     continue;
 963
 964                 if (s->bps_code * 4 + s->options.lpc_coeff_precision + av_log2(opt_order - 1) <= 32) {
 965                     s->flac_dsp.lpc16_encode(res, smp, n, opt_order, lpc_try, shift[opt_order-1]);
 966                 } else {
 967                     s->flac_dsp.lpc32_encode(res, smp, n, opt_order, lpc_try, shift[opt_order-1]);
 968                 }
 969                 score = find_subframe_rice_params(s, sub, opt_order);
 970                 if (score < best_score) {
 971                     best_score = score;
 972                     memcpy(coefs[opt_order-1], lpc_try, sizeof(*coefs));
 973                     improved=1;
 974                 }
 975             }
 976         } while(improved);
 977     }
 978
 979     sub->order     = opt_order;
 980     sub->type_code = sub->type | (sub->order-1);
 981     sub->shift     = shift[sub->order-1];
 982     for (i = 0; i < sub->order; i++)
 983         sub->coefs[i] = coefs[sub->order-1][i];
 984
 985     if (s->bps_code * 4 + s->options.lpc_coeff_precision + av_log2(opt_order) <= 32) {
 986         s->flac_dsp.lpc16_encode(res, smp, n, sub->order, sub->coefs, sub->shift);
 987     } else {
 988         s->flac_dsp.lpc32_encode(res, smp, n, sub->order, sub->coefs, sub->shift);
 989     }
 990
 991     find_subframe_rice_params(s, sub, sub->order);
 992
 993     return subframe_count_exact(s, sub, sub->order);
 994 }
 995
 996
 997 static int count_frame_header(FlacEncodeContext *s)
 998 {
 999     uint8_t av_unused tmp;
1000     int count;
1001
1002     /*
1003     <14> Sync code
1004     <1>  Reserved
1005     <1>  Blocking strategy
1006     <4>  Block size in inter-channel samples
1007     <4>  Sample rate
1008     <4>  Channel assignment
1009     <3>  Sample size in bits
1010     <1>  Reserved
1011     */
1012     count = 32;
1013
1014     /* coded frame number */
1015     PUT_UTF8(s->frame_count, tmp, count += 8;)
1016
1017     /* explicit block size */
1018     if (s->frame.bs_code[0] == 6)
1019         count += 8;
1020     else if (s->frame.bs_code[0] == 7)
1021         count += 16;
1022
1023     /* explicit sample rate */
1024     count += ((s->sr_code[0] == 12) + (s->sr_code[0] > 12)) * 8;
1025
1026     /* frame header CRC-8 */
1027     count += 8;
1028
1029     return count;
1030 }
1031
1032
1033 static int encode_frame(FlacEncodeContext *s)
1034 {
1035     int ch;
1036     uint64_t count;
1037
1038     count = count_frame_header(s);
1039
1040     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
1041         count += encode_residual_ch(s, ch);
1042
1043     count += (8 - (count & 7)) & 7; // byte alignment
1044     count += 16;                    // CRC-16
1045
1046     count >>= 3;
1047     if (count > INT_MAX)
1048         return AVERROR_BUG;
1049     return count;
1050 }
1051
1052
1053 static void remove_wasted_bits(FlacEncodeContext *s)
1054 {
1055     int ch, i;
1056
1057     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1058         FlacSubframe *sub = &s->frame.subframes[ch];
1059         int32_t v         = 0;
1060
1061         for (i = 0; i < s->frame.blocksize; i++) {
1062             v |= sub->samples[i];
1063             if (v & 1)
1064                 break;
1065         }
1066
1067         if (v && !(v & 1)) {
1068             v = av_ctz(v);
1069
1070             for (i = 0; i < s->frame.blocksize; i++)
1071                 sub->samples[i] >>= v;
1072
1073             sub->wasted = v;
1074             sub->obits -= v;
1075
1076             /* for 24-bit, check if removing wasted bits makes the range better
1077                suited for using RICE instead of RICE2 for entropy coding */
1078             if (sub->obits <= 17)
1079                 sub->rc.coding_mode = CODING_MODE_RICE;
1080         }
1081     }
1082 }
1083
1084
1085 static int estimate_stereo_mode(const int32_t *left_ch, const int32_t *right_ch, int n,
1086                                 int max_rice_param)
1087 {
1088     int i, best;
1089     int32_t lt, rt;
1090     uint64_t sum[4];
1091     uint64_t score[4];
1092     int k;
1093
1094     /* calculate sum of 2nd order residual for each channel */
1095     sum[0] = sum[1] = sum[2] = sum[3] = 0;
1096     for (i = 2; i < n; i++) {
1097         lt = left_ch[i]  - 2*left_ch[i-1]  + left_ch[i-2];
1098         rt = right_ch[i] - 2*right_ch[i-1] + right_ch[i-2];
1099         sum[2] += FFABS((lt + rt) >> 1);
1100         sum[3] += FFABS(lt - rt);
1101         sum[0] += FFABS(lt);
1102         sum[1] += FFABS(rt);
1103     }
1104     /* estimate bit counts */
1105     for (i = 0; i < 4; i++) {
1106         k      = find_optimal_param(2 * sum[i], n, max_rice_param);
1107         sum[i] = rice_encode_count( 2 * sum[i], n, k);
1108     }
1109
1110     /* calculate score for each mode */
1111     score[0] = sum[0] + sum[1];
1112     score[1] = sum[0] + sum[3];
1113     score[2] = sum[1] + sum[3];
1114     score[3] = sum[2] + sum[3];
1115
1116     /* return mode with lowest score */
1117     best = 0;
1118     for (i = 1; i < 4; i++)
1119         if (score[i] < score[best])
1120             best = i;
1121
1122     return best;
1123 }
1124
1125
1126 /**
1127  * Perform stereo channel decorrelation.
1128  */
1129 static void channel_decorrelation(FlacEncodeContext *s)
1130 {
1131     FlacFrame *frame;
1132     int32_t *left, *right;
1133     int i, n;
1134
1135     frame = &s->frame;
1136     n     = frame->blocksize;
1137     left  = frame->subframes[0].samples;
1138     right = frame->subframes[1].samples;
1139
1140     if (s->channels != 2) {
1141         frame->ch_mode = FLAC_CHMODE_INDEPENDENT;
1142         return;
1143     }
1144
1145     if (s->options.ch_mode < 0) {
1146         int max_rice_param = (1 << frame->subframes[0].rc.coding_mode) - 2;
1147         frame->ch_mode = estimate_stereo_mode(left, right, n, max_rice_param);
1148     } else
1149         frame->ch_mode = s->options.ch_mode;
1150
1151     /* perform decorrelation and adjust bits-per-sample */
1152     if (frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_INDEPENDENT)
1153         return;
1154     if (frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_MID_SIDE) {
1155         int32_t tmp;
1156         for (i = 0; i < n; i++) {
1157             tmp      = left[i];
1158             left[i]  = (tmp + right[i]) >> 1;
1159             right[i] =  tmp - right[i];
1160         }
1161         frame->subframes[1].obits++;
1162     } else if (frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_LEFT_SIDE) {
1163         for (i = 0; i < n; i++)
1164             right[i] = left[i] - right[i];
1165         frame->subframes[1].obits++;
1166     } else {
1167         for (i = 0; i < n; i++)
1168             left[i] -= right[i];
1169         frame->subframes[0].obits++;
1170     }
1171 }
1172
1173
1174 static void write_utf8(PutBitContext *pb, uint32_t val)
1175 {
1176     uint8_t tmp;
1177     PUT_UTF8(val, tmp, put_bits(pb, 8, tmp);)
1178 }
1179
1180
1181 static void write_frame_header(FlacEncodeContext *s)
1182 {
1183     FlacFrame *frame;
1184     int crc;
1185
1186     frame = &s->frame;
1187
1188     put_bits(&s->pb, 16, 0xFFF8);
1189     put_bits(&s->pb, 4, frame->bs_code[0]);
1190     put_bits(&s->pb, 4, s->sr_code[0]);
1191
1192     if (frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_INDEPENDENT)
1193         put_bits(&s->pb, 4, s->channels-1);
1194     else
1195         put_bits(&s->pb, 4, frame->ch_mode + FLAC_MAX_CHANNELS - 1);
1196
1197     put_bits(&s->pb, 3, s->bps_code);
1198     put_bits(&s->pb, 1, 0);
1199     write_utf8(&s->pb, s->frame_count);
1200
1201     if (frame->bs_code[0] == 6)
1202         put_bits(&s->pb, 8, frame->bs_code[1]);
1203     else if (frame->bs_code[0] == 7)
1204         put_bits(&s->pb, 16, frame->bs_code[1]);
1205
1206     if (s->sr_code[0] == 12)
1207         put_bits(&s->pb, 8, s->sr_code[1]);
1208     else if (s->sr_code[0] > 12)
1209         put_bits(&s->pb, 16, s->sr_code[1]);
1210
1211     flush_put_bits(&s->pb);
1212     crc = av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_8_ATM), 0, s->pb.buf,
1213                  put_bits_count(&s->pb) >> 3);
1214     put_bits(&s->pb, 8, crc);
1215 }
1216
1217
1218 static void write_subframes(FlacEncodeContext *s)
1219 {
1220     int ch;
1221
1222     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1223         FlacSubframe *sub = &s->frame.subframes[ch];
1224         int i, p, porder, psize;
1225         int32_t *part_end;
1226         int32_t *res       =  sub->residual;
1227         int32_t *frame_end = &sub->residual[s->frame.blocksize];
1228
1229         /* subframe header */
1230         put_bits(&s->pb, 1, 0);
1231         put_bits(&s->pb, 6, sub->type_code);
1232         put_bits(&s->pb, 1, !!sub->wasted);
1233         if (sub->wasted)
1234             put_bits(&s->pb, sub->wasted, 1);
1235
1236         /* subframe */
1237         if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_CONSTANT) {
1238             put_sbits(&s->pb, sub->obits, res[0]);
1239         } else if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_VERBATIM) {
1240             while (res < frame_end)
1241                 put_sbits(&s->pb, sub->obits, *res++);
1242         } else {
1243             /* warm-up samples */
1244             for (i = 0; i < sub->order; i++)
1245                 put_sbits(&s->pb, sub->obits, *res++);
1246
1247             /* LPC coefficients */
1248             if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_LPC) {
1249                 int cbits = s->options.lpc_coeff_precision;
1250                 put_bits( &s->pb, 4, cbits-1);
1251                 put_sbits(&s->pb, 5, sub->shift);
1252                 for (i = 0; i < sub->order; i++)
1253                     put_sbits(&s->pb, cbits, sub->coefs[i]);
1254             }
1255
1256             /* rice-encoded block */
1257             put_bits(&s->pb, 2, sub->rc.coding_mode - 4);
1258
1259             /* partition order */
1260             porder  = sub->rc.porder;
1261             psize   = s->frame.blocksize >> porder;
1262             put_bits(&s->pb, 4, porder);
1263
1264             /* residual */
1265             part_end  = &sub->residual[psize];
1266             for (p = 0; p < 1 << porder; p++) {
1267                 int k = sub->rc.params[p];
1268                 put_bits(&s->pb, sub->rc.coding_mode, k);
1269                 while (res < part_end)
1270                     set_sr_golomb_flac(&s->pb, *res++, k, INT32_MAX, 0);
1271                 part_end = FFMIN(frame_end, part_end + psize);
1272             }
1273         }
1274     }
1275 }
1276
1277
1278 static void write_frame_footer(FlacEncodeContext *s)
1279 {
1280     int crc;
1281     flush_put_bits(&s->pb);
1282     crc = av_bswap16(av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI), 0, s->pb.buf,
1283                             put_bits_count(&s->pb)>>3));
1284     put_bits(&s->pb, 16, crc);
1285     flush_put_bits(&s->pb);
1286 }
1287
1288
1289 static int write_frame(FlacEncodeContext *s, AVPacket *avpkt)
1290 {
1291     init_put_bits(&s->pb, avpkt->data, avpkt->size);
1292     write_frame_header(s);
1293     write_subframes(s);
1294     write_frame_footer(s);
1295     return put_bits_count(&s->pb) >> 3;
1296 }
1297
1298
1299 static int update_md5_sum(FlacEncodeContext *s, const void *samples)
1300 {
1301     const uint8_t *buf;
1302     int buf_size = s->frame.blocksize * s->channels *
1303                    ((s->avctx->bits_per_raw_sample + 7) / 8);
1304
1305     if (s->avctx->bits_per_raw_sample > 16 || HAVE_BIGENDIAN) {
1306         av_fast_malloc(&s->md5_buffer, &s->md5_buffer_size, buf_size);
1307         if (!s->md5_buffer)
1308             return AVERROR(ENOMEM);
1309     }
1310
1311     if (s->avctx->bits_per_raw_sample <= 16) {
1312         buf = (const uint8_t *)samples;
1313 #if HAVE_BIGENDIAN
1314         s->bdsp.bswap16_buf((uint16_t *) s->md5_buffer,
1315                             (const uint16_t *) samples, buf_size / 2);
1316         buf = s->md5_buffer;
1317 #endif
1318     } else {
1319         int i;
1320         const int32_t *samples0 = samples;
1321         uint8_t *tmp            = s->md5_buffer;
1322
1323         for (i = 0; i < s->frame.blocksize * s->channels; i++) {
1324             int32_t v = samples0[i] >> 8;
1325             AV_WL24(tmp + 3*i, v);
1326         }
1327         buf = s->md5_buffer;
1328     }
1329     av_md5_update(s->md5ctx, buf, buf_size);
1330
1331     return 0;
1332 }
1333
1334
1335 static int flac_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
1336                              const AVFrame *frame, int *got_packet_ptr)
1337 {
1338     FlacEncodeContext *s;
1339     int frame_bytes, out_bytes, ret;
1340
1341     s = avctx->priv_data;
1342
1343     /* when the last block is reached, update the header in extradata */
1344     if (!frame) {
1345         s->max_framesize = s->max_encoded_framesize;
1346         av_md5_final(s->md5ctx, s->md5sum);
1347         write_streaminfo(s, avctx->extradata);
1348
1349         if (avctx->side_data_only_packets && !s->flushed) {
1350             uint8_t *side_data = av_packet_new_side_data(avpkt, AV_PKT_DATA_NEW_EXTRADATA,
1351                                                          avctx->extradata_size);
1352             if (!side_data)
1353                 return AVERROR(ENOMEM);
1354             memcpy(side_data, avctx->extradata, avctx->extradata_size);
1355
1356             avpkt->pts = s->next_pts;
1357
1358             *got_packet_ptr = 1;
1359             s->flushed = 1;
1360         }
1361
1362         return 0;
1363     }
1364
1365     /* change max_framesize for small final frame */
1366     if (frame->nb_samples < s->frame.blocksize) {
1367         s->max_framesize = ff_flac_get_max_frame_size(frame->nb_samples,
1368                                                       s->channels,
1369                                                       avctx->bits_per_raw_sample);
1370     }
1371
1372     init_frame(s, frame->nb_samples);
1373
1374     copy_samples(s, frame->data[0]);
1375
1376     channel_decorrelation(s);
1377
1378     remove_wasted_bits(s);
1379
1380     frame_bytes = encode_frame(s);
1381
1382     /* Fall back on verbatim mode if the compressed frame is larger than it
1383        would be if encoded uncompressed. */
1384     if (frame_bytes < 0 || frame_bytes > s->max_framesize) {
1385         s->frame.verbatim_only = 1;
1386         frame_bytes = encode_frame(s);
1387         if (frame_bytes < 0) {
1388             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Bad frame count\n");
1389             return frame_bytes;
1390         }
1391     }
1392
1393     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, avpkt, frame_bytes, 0)) < 0)
1394         return ret;
1395
1396     out_bytes = write_frame(s, avpkt);
1397
1398     s->frame_count++;
1399     s->sample_count += frame->nb_samples;
1400     if ((ret = update_md5_sum(s, frame->data[0])) < 0) {
1401         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error updating MD5 checksum\n");
1402         return ret;
1403     }
1404     if (out_bytes > s->max_encoded_framesize)
1405         s->max_encoded_framesize = out_bytes;
1406     if (out_bytes < s->min_framesize)
1407         s->min_framesize = out_bytes;
1408
1409     avpkt->pts      = frame->pts;
1410     avpkt->duration = ff_samples_to_time_base(avctx, frame->nb_samples);
1411     avpkt->size     = out_bytes;
1412
1413     s->next_pts = avpkt->pts + avpkt->duration;
1414
1415     *got_packet_ptr = 1;
1416     return 0;
1417 }
1418
1419
1420 static av_cold int flac_encode_close(AVCodecContext *avctx)
1421 {
1422     if (avctx->priv_data) {
1423         FlacEncodeContext *s = avctx->priv_data;
1424         av_freep(&s->md5ctx);
1425         av_freep(&s->md5_buffer);
1426         ff_lpc_end(&s->lpc_ctx);
1427     }
1428     av_freep(&avctx->extradata);
1429     avctx->extradata_size = 0;
1430     return 0;
1431 }
1432
1433 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM | AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM
1434 static const AVOption options[] = {
1435 { "lpc_coeff_precision", "LPC coefficient precision", offsetof(FlacEncodeContext, options.lpc_coeff_precision), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 15 }, 0, MAX_LPC_PRECISION, FLAGS },
1436 { "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" },
1437 { "none",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = FF_LPC_TYPE_NONE },     INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "lpc_type" },
1438 { "fixed",    NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = FF_LPC_TYPE_FIXED },    INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "lpc_type" },
1439 { "levinson", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = FF_LPC_TYPE_LEVINSON }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "lpc_type" },
1440 { "cholesky", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = FF_LPC_TYPE_CHOLESKY }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "lpc_type" },
1441 { "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 },
1442 { "min_partition_order",  NULL, offsetof(FlacEncodeContext, options.min_partition_order),  AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = -1 },      -1, MAX_PARTITION_ORDER, FLAGS },
1443 { "max_partition_order",  NULL, offsetof(FlacEncodeContext, options.max_partition_order),  AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = -1 },      -1, MAX_PARTITION_ORDER, FLAGS },
1444 { "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" },
1445 { "estimation", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_EST },    INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1446 { "2level",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_2LEVEL }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1447 { "4level",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_4LEVEL }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1448 { "8level",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_8LEVEL }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1449 { "search",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_SEARCH }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1450 { "log",        NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_LOG },    INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1451 { "ch_mode", "Stereo decorrelation mode", offsetof(FlacEncodeContext, options.ch_mode), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = -1 }, -1, FLAC_CHMODE_MID_SIDE, FLAGS, "ch_mode" },
1452 { "auto",       NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = -1                      }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "ch_mode" },
1453 { "indep",      NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FLAC_CHMODE_INDEPENDENT }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "ch_mode" },
1454 { "left_side",  NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FLAC_CHMODE_LEFT_SIDE   }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "ch_mode" },
1455 { "right_side", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FLAC_CHMODE_RIGHT_SIDE  }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "ch_mode" },
1456 { "mid_side",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FLAC_CHMODE_MID_SIDE    }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "ch_mode" },
1457 { "exact_rice_parameters", "Calculate rice parameters exactly", offsetof(FlacEncodeContext, options.exact_rice_parameters), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = 0 }, 0, 1, FLAGS },
1458 { "multi_dim_quant",       "Multi-dimensional quantization",    offsetof(FlacEncodeContext, options.multi_dim_quant),       AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = 0 }, 0, 1, FLAGS },
1459 { NULL },
1460 };
1461
1462 static const AVClass flac_encoder_class = {
1463     "FLAC encoder",
1464     av_default_item_name,
1465     options,
1466     LIBAVUTIL_VERSION_INT,
1467 };
1468
1469 AVCodec ff_flac_encoder = {
1470     .name           = "flac",
1471     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("FLAC (Free Lossless Audio Codec)"),
1472     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1473     .id             = AV_CODEC_ID_FLAC,
1474     .priv_data_size = sizeof(FlacEncodeContext),
1475     .init           = flac_encode_init,
1476     .encode2        = flac_encode_frame,
1477     .close          = flac_encode_close,
1478     .capabilities   = CODEC_CAP_SMALL_LAST_FRAME | CODEC_CAP_DELAY | CODEC_CAP_LOSSLESS,
1479     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_S16,
1480                                                      AV_SAMPLE_FMT_S32,
1481                                                      AV_SAMPLE_FMT_NONE },
1482     .priv_class     = &flac_encoder_class,
1483 };