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

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