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

   1 /**
   2  * FLAC audio encoder
   3  * Copyright (c) 2006  Justin Ruggles <jruggle@earthlink.net>
   4  *
   5  * This file is part of FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 #include "avcodec.h"
  23 #include "bitstream.h"
  24 #include "crc.h"
  25 #include "dsputil.h"
  26 #include "golomb.h"
  27 #include "lls.h"
  28
  29 #define FLAC_MAX_CH  8
  30 #define FLAC_MIN_BLOCKSIZE  16
  31 #define FLAC_MAX_BLOCKSIZE  65535
  32
  33 #define FLAC_SUBFRAME_CONSTANT  0
  34 #define FLAC_SUBFRAME_VERBATIM  1
  35 #define FLAC_SUBFRAME_FIXED     8
  36 #define FLAC_SUBFRAME_LPC      32
  37
  38 #define FLAC_CHMODE_NOT_STEREO      0
  39 #define FLAC_CHMODE_LEFT_RIGHT      1
  40 #define FLAC_CHMODE_LEFT_SIDE       8
  41 #define FLAC_CHMODE_RIGHT_SIDE      9
  42 #define FLAC_CHMODE_MID_SIDE       10
  43
  44 #define ORDER_METHOD_EST     0
  45 #define ORDER_METHOD_2LEVEL  1
  46 #define ORDER_METHOD_4LEVEL  2
  47 #define ORDER_METHOD_8LEVEL  3
  48 #define ORDER_METHOD_SEARCH  4
  49 #define ORDER_METHOD_LOG     5
  50
  51 #define FLAC_STREAMINFO_SIZE  34
  52
  53 #define MIN_LPC_ORDER       1
  54 #define MAX_LPC_ORDER      32
  55 #define MAX_FIXED_ORDER     4
  56 #define MAX_PARTITION_ORDER 8
  57 #define MAX_PARTITIONS     (1 << MAX_PARTITION_ORDER)
  58 #define MAX_LPC_PRECISION  15
  59 #define MAX_LPC_SHIFT      15
  60 #define MAX_RICE_PARAM     14
  61
  62 typedef struct CompressionOptions {
  63     int compression_level;
  64     int block_time_ms;
  65     int use_lpc;
  66     int lpc_coeff_precision;
  67     int min_prediction_order;
  68     int max_prediction_order;
  69     int prediction_order_method;
  70     int min_partition_order;
  71     int max_partition_order;
  72 } CompressionOptions;
  73
  74 typedef struct RiceContext {
  75     int porder;
  76     int params[MAX_PARTITIONS];
  77 } RiceContext;
  78
  79 typedef struct FlacSubframe {
  80     int type;
  81     int type_code;
  82     int obits;
  83     int order;
  84     int32_t coefs[MAX_LPC_ORDER];
  85     int shift;
  86     RiceContext rc;
  87     int32_t samples[FLAC_MAX_BLOCKSIZE];
  88     int32_t residual[FLAC_MAX_BLOCKSIZE+1];
  89 } FlacSubframe;
  90
  91 typedef struct FlacFrame {
  92     FlacSubframe subframes[FLAC_MAX_CH];
  93     int blocksize;
  94     int bs_code[2];
  95     uint8_t crc8;
  96     int ch_mode;
  97 } FlacFrame;
  98
  99 typedef struct FlacEncodeContext {
 100     PutBitContext pb;
 101     int channels;
 102     int ch_code;
 103     int samplerate;
 104     int sr_code[2];
 105     int blocksize;
 106     int max_framesize;
 107     uint32_t frame_count;
 108     FlacFrame frame;
 109     CompressionOptions options;
 110     AVCodecContext *avctx;
 111     DSPContext dsp;
 112 } FlacEncodeContext;
 113
 114 static const int flac_samplerates[16] = {
 115     0, 0, 0, 0,
 116     8000, 16000, 22050, 24000, 32000, 44100, 48000, 96000,
 117     0, 0, 0, 0
 118 };
 119
 120 static const int flac_blocksizes[16] = {
 121     0,
 122     192,
 123     576, 1152, 2304, 4608,
 124     0, 0,
 125     256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16384, 32768
 126 };
 127
 128 /**
 129  * Writes streaminfo metadata block to byte array
 130  */
 131 static void write_streaminfo(FlacEncodeContext *s, uint8_t *header)
 132 {
 133     PutBitContext pb;
 134
 135     memset(header, 0, FLAC_STREAMINFO_SIZE);
 136     init_put_bits(&pb, header, FLAC_STREAMINFO_SIZE);
 137
 138     /* streaminfo metadata block */
 139     put_bits(&pb, 16, s->blocksize);
 140     put_bits(&pb, 16, s->blocksize);
 141     put_bits(&pb, 24, 0);
 142     put_bits(&pb, 24, s->max_framesize);
 143     put_bits(&pb, 20, s->samplerate);
 144     put_bits(&pb, 3, s->channels-1);
 145     put_bits(&pb, 5, 15);       /* bits per sample - 1 */
 146     flush_put_bits(&pb);
 147     /* total samples = 0 */
 148     /* MD5 signature = 0 */
 149 }
 150
 151 /**
 152  * Sets blocksize based on samplerate
 153  * Chooses the closest predefined blocksize >= BLOCK_TIME_MS milliseconds
 154  */
 155 static int select_blocksize(int samplerate, int block_time_ms)
 156 {
 157     int i;
 158     int target;
 159     int blocksize;
 160
 161     assert(samplerate > 0);
 162     blocksize = flac_blocksizes[1];
 163     target = (samplerate * block_time_ms) / 1000;
 164     for(i=0; i<16; i++) {
 165         if(target >= flac_blocksizes[i] && flac_blocksizes[i] > blocksize) {
 166             blocksize = flac_blocksizes[i];
 167         }
 168     }
 169     return blocksize;
 170 }
 171
 172 static av_cold int flac_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 173 {
 174     int freq = avctx->sample_rate;
 175     int channels = avctx->channels;
 176     FlacEncodeContext *s = avctx->priv_data;
 177     int i, level;
 178     uint8_t *streaminfo;
 179
 180     s->avctx = avctx;
 181
 182     dsputil_init(&s->dsp, avctx);
 183
 184     if(avctx->sample_fmt != SAMPLE_FMT_S16) {
 185         return -1;
 186     }
 187
 188     if(channels < 1 || channels > FLAC_MAX_CH) {
 189         return -1;
 190     }
 191     s->channels = channels;
 192     s->ch_code = s->channels-1;
 193
 194     /* find samplerate in table */
 195     if(freq < 1)
 196         return -1;
 197     for(i=4; i<12; i++) {
 198         if(freq == flac_samplerates[i]) {
 199             s->samplerate = flac_samplerates[i];
 200             s->sr_code[0] = i;
 201             s->sr_code[1] = 0;
 202             break;
 203         }
 204     }
 205     /* if not in table, samplerate is non-standard */
 206     if(i == 12) {
 207         if(freq % 1000 == 0 && freq < 255000) {
 208             s->sr_code[0] = 12;
 209             s->sr_code[1] = freq / 1000;
 210         } else if(freq % 10 == 0 && freq < 655350) {
 211             s->sr_code[0] = 14;
 212             s->sr_code[1] = freq / 10;
 213         } else if(freq < 65535) {
 214             s->sr_code[0] = 13;
 215             s->sr_code[1] = freq;
 216         } else {
 217             return -1;
 218         }
 219         s->samplerate = freq;
 220     }
 221
 222     /* set compression option defaults based on avctx->compression_level */
 223     if(avctx->compression_level < 0) {
 224         s->options.compression_level = 5;
 225     } else {
 226         s->options.compression_level = avctx->compression_level;
 227     }
 228     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " compression: %d\n", s->options.compression_level);
 229
 230     level= s->options.compression_level;
 231     if(level > 12) {
 232         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid compression level: %d\n",
 233                s->options.compression_level);
 234         return -1;
 235     }
 236
 237     s->options.block_time_ms       = ((int[]){ 27, 27, 27,105,105,105,105,105,105,105,105,105,105})[level];
 238     s->options.use_lpc             = ((int[]){  0,  0,  0,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1})[level];
 239     s->options.min_prediction_order= ((int[]){  2,  0,  0,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1})[level];
 240     s->options.max_prediction_order= ((int[]){  3,  4,  4,  6,  8,  8,  8,  8, 12, 12, 12, 32, 32})[level];
 241     s->options.prediction_order_method = ((int[]){ ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,
 242                                                    ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,
 243                                                    ORDER_METHOD_4LEVEL, ORDER_METHOD_LOG,    ORDER_METHOD_4LEVEL,
 244                                                    ORDER_METHOD_LOG,    ORDER_METHOD_SEARCH, ORDER_METHOD_LOG,
 245                                                    ORDER_METHOD_SEARCH})[level];
 246     s->options.min_partition_order = ((int[]){  2,  2,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0})[level];
 247     s->options.max_partition_order = ((int[]){  2,  2,  3,  3,  3,  8,  8,  8,  8,  8,  8,  8,  8})[level];
 248
 249     /* set compression option overrides from AVCodecContext */
 250     if(avctx->use_lpc >= 0) {
 251         s->options.use_lpc = av_clip(avctx->use_lpc, 0, 11);
 252     }
 253     if(s->options.use_lpc == 1)
 254         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " use lpc: Levinson-Durbin recursion with Welch window\n");
 255     else if(s->options.use_lpc > 1)
 256         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " use lpc: Cholesky factorization\n");
 257
 258     if(avctx->min_prediction_order >= 0) {
 259         if(s->options.use_lpc) {
 260             if(avctx->min_prediction_order < MIN_LPC_ORDER ||
 261                     avctx->min_prediction_order > MAX_LPC_ORDER) {
 262                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid min prediction order: %d\n",
 263                        avctx->min_prediction_order);
 264                 return -1;
 265             }
 266         } else {
 267             if(avctx->min_prediction_order > MAX_FIXED_ORDER) {
 268                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid min prediction order: %d\n",
 269                        avctx->min_prediction_order);
 270                 return -1;
 271             }
 272         }
 273         s->options.min_prediction_order = avctx->min_prediction_order;
 274     }
 275     if(avctx->max_prediction_order >= 0) {
 276         if(s->options.use_lpc) {
 277             if(avctx->max_prediction_order < MIN_LPC_ORDER ||
 278                     avctx->max_prediction_order > MAX_LPC_ORDER) {
 279                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid max prediction order: %d\n",
 280                        avctx->max_prediction_order);
 281                 return -1;
 282             }
 283         } else {
 284             if(avctx->max_prediction_order > MAX_FIXED_ORDER) {
 285                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid max prediction order: %d\n",
 286                        avctx->max_prediction_order);
 287                 return -1;
 288             }
 289         }
 290         s->options.max_prediction_order = avctx->max_prediction_order;
 291     }
 292     if(s->options.max_prediction_order < s->options.min_prediction_order) {
 293         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid prediction orders: min=%d max=%d\n",
 294                s->options.min_prediction_order, s->options.max_prediction_order);
 295         return -1;
 296     }
 297     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " prediction order: %d, %d\n",
 298            s->options.min_prediction_order, s->options.max_prediction_order);
 299
 300     if(avctx->prediction_order_method >= 0) {
 301         if(avctx->prediction_order_method > ORDER_METHOD_LOG) {
 302             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid prediction order method: %d\n",
 303                    avctx->prediction_order_method);
 304             return -1;
 305         }
 306         s->options.prediction_order_method = avctx->prediction_order_method;
 307     }
 308     switch(s->options.prediction_order_method) {
 309         case ORDER_METHOD_EST:    av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
 310                                          "estimate"); break;
 311         case ORDER_METHOD_2LEVEL: av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
 312                                          "2-level"); break;
 313         case ORDER_METHOD_4LEVEL: av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
 314                                          "4-level"); break;
 315         case ORDER_METHOD_8LEVEL: av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
 316                                          "8-level"); break;
 317         case ORDER_METHOD_SEARCH: av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
 318                                          "full search"); break;
 319         case ORDER_METHOD_LOG:    av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
 320                                          "log search"); break;
 321     }
 322
 323     if(avctx->min_partition_order >= 0) {
 324         if(avctx->min_partition_order > MAX_PARTITION_ORDER) {
 325             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid min partition order: %d\n",
 326                    avctx->min_partition_order);
 327             return -1;
 328         }
 329         s->options.min_partition_order = avctx->min_partition_order;
 330     }
 331     if(avctx->max_partition_order >= 0) {
 332         if(avctx->max_partition_order > MAX_PARTITION_ORDER) {
 333             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid max partition order: %d\n",
 334                    avctx->max_partition_order);
 335             return -1;
 336         }
 337         s->options.max_partition_order = avctx->max_partition_order;
 338     }
 339     if(s->options.max_partition_order < s->options.min_partition_order) {
 340         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid partition orders: min=%d max=%d\n",
 341                s->options.min_partition_order, s->options.max_partition_order);
 342         return -1;
 343     }
 344     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " partition order: %d, %d\n",
 345            s->options.min_partition_order, s->options.max_partition_order);
 346
 347     if(avctx->frame_size > 0) {
 348         if(avctx->frame_size < FLAC_MIN_BLOCKSIZE ||
 349                 avctx->frame_size > FLAC_MAX_BLOCKSIZE) {
 350             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid block size: %d\n",
 351                    avctx->frame_size);
 352             return -1;
 353         }
 354         s->blocksize = avctx->frame_size;
 355     } else {
 356         s->blocksize = select_blocksize(s->samplerate, s->options.block_time_ms);
 357         avctx->frame_size = s->blocksize;
 358     }
 359     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " block size: %d\n", s->blocksize);
 360
 361     /* set LPC precision */
 362     if(avctx->lpc_coeff_precision > 0) {
 363         if(avctx->lpc_coeff_precision > MAX_LPC_PRECISION) {
 364             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid lpc coeff precision: %d\n",
 365                    avctx->lpc_coeff_precision);
 366             return -1;
 367         }
 368         s->options.lpc_coeff_precision = avctx->lpc_coeff_precision;
 369     } else {
 370         /* select LPC precision based on block size */
 371         if(     s->blocksize <=   192) s->options.lpc_coeff_precision =  7;
 372         else if(s->blocksize <=   384) s->options.lpc_coeff_precision =  8;
 373         else if(s->blocksize <=   576) s->options.lpc_coeff_precision =  9;
 374         else if(s->blocksize <=  1152) s->options.lpc_coeff_precision = 10;
 375         else if(s->blocksize <=  2304) s->options.lpc_coeff_precision = 11;
 376         else if(s->blocksize <=  4608) s->options.lpc_coeff_precision = 12;
 377         else if(s->blocksize <=  8192) s->options.lpc_coeff_precision = 13;
 378         else if(s->blocksize <= 16384) s->options.lpc_coeff_precision = 14;
 379         else                           s->options.lpc_coeff_precision = 15;
 380     }
 381     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " lpc precision: %d\n",
 382            s->options.lpc_coeff_precision);
 383
 384     /* set maximum encoded frame size in verbatim mode */
 385     if(s->channels == 2) {
 386         s->max_framesize = 14 + ((s->blocksize * 33 + 7) >> 3);
 387     } else {
 388         s->max_framesize = 14 + (s->blocksize * s->channels * 2);
 389     }
 390
 391     streaminfo = av_malloc(FLAC_STREAMINFO_SIZE);
 392     write_streaminfo(s, streaminfo);
 393     avctx->extradata = streaminfo;
 394     avctx->extradata_size = FLAC_STREAMINFO_SIZE;
 395
 396     s->frame_count = 0;
 397
 398     avctx->coded_frame = avcodec_alloc_frame();
 399     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
 400
 401     return 0;
 402 }
 403
 404 static void init_frame(FlacEncodeContext *s)
 405 {
 406     int i, ch;
 407     FlacFrame *frame;
 408
 409     frame = &s->frame;
 410
 411     for(i=0; i<16; i++) {
 412         if(s->blocksize == flac_blocksizes[i]) {
 413             frame->blocksize = flac_blocksizes[i];
 414             frame->bs_code[0] = i;
 415             frame->bs_code[1] = 0;
 416             break;
 417         }
 418     }
 419     if(i == 16) {
 420         frame->blocksize = s->blocksize;
 421         if(frame->blocksize <= 256) {
 422             frame->bs_code[0] = 6;
 423             frame->bs_code[1] = frame->blocksize-1;
 424         } else {
 425             frame->bs_code[0] = 7;
 426             frame->bs_code[1] = frame->blocksize-1;
 427         }
 428     }
 429
 430     for(ch=0; ch<s->channels; ch++) {
 431         frame->subframes[ch].obits = 16;
 432     }
 433 }
 434
 435 /**
 436  * Copy channel-interleaved input samples into separate subframes
 437  */
 438 static void copy_samples(FlacEncodeContext *s, int16_t *samples)
 439 {
 440     int i, j, ch;
 441     FlacFrame *frame;
 442
 443     frame = &s->frame;
 444     for(i=0,j=0; i<frame->blocksize; i++) {
 445         for(ch=0; ch<s->channels; ch++,j++) {
 446             frame->subframes[ch].samples[i] = samples[j];
 447         }
 448     }
 449 }
 450
 451
 452 #define rice_encode_count(sum, n, k) (((n)*((k)+1))+((sum-(n>>1))>>(k)))
 453
 454 /**
 455  * Solve for d/dk(rice_encode_count) = n-((sum-(n>>1))>>(k+1)) = 0
 456  */
 457 static int find_optimal_param(uint32_t sum, int n)
 458 {
 459     int k;
 460     uint32_t sum2;
 461
 462     if(sum <= n>>1)
 463         return 0;
 464     sum2 = sum-(n>>1);
 465     k = av_log2(n<256 ? FASTDIV(sum2,n) : sum2/n);
 466     return FFMIN(k, MAX_RICE_PARAM);
 467 }
 468
 469 static uint32_t calc_optimal_rice_params(RiceContext *rc, int porder,
 470                                          uint32_t *sums, int n, int pred_order)
 471 {
 472     int i;
 473     int k, cnt, part;
 474     uint32_t all_bits;
 475
 476     part = (1 << porder);
 477     all_bits = 4 * part;
 478
 479     cnt = (n >> porder) - pred_order;
 480     for(i=0; i<part; i++) {
 481         k = find_optimal_param(sums[i], cnt);
 482         rc->params[i] = k;
 483         all_bits += rice_encode_count(sums[i], cnt, k);
 484         cnt = n >> porder;
 485     }
 486
 487     rc->porder = porder;
 488
 489     return all_bits;
 490 }
 491
 492 static void calc_sums(int pmin, int pmax, uint32_t *data, int n, int pred_order,
 493                       uint32_t sums[][MAX_PARTITIONS])
 494 {
 495     int i, j;
 496     int parts;
 497     uint32_t *res, *res_end;
 498
 499     /* sums for highest level */
 500     parts = (1 << pmax);
 501     res = &data[pred_order];
 502     res_end = &data[n >> pmax];
 503     for(i=0; i<parts; i++) {
 504         uint32_t sum = 0;
 505         while(res < res_end){
 506             sum += *(res++);
 507         }
 508         sums[pmax][i] = sum;
 509         res_end+= n >> pmax;
 510     }
 511     /* sums for lower levels */
 512     for(i=pmax-1; i>=pmin; i--) {
 513         parts = (1 << i);
 514         for(j=0; j<parts; j++) {
 515             sums[i][j] = sums[i+1][2*j] + sums[i+1][2*j+1];
 516         }
 517     }
 518 }
 519
 520 static uint32_t calc_rice_params(RiceContext *rc, int pmin, int pmax,
 521                                  int32_t *data, int n, int pred_order)
 522 {
 523     int i;
 524     uint32_t bits[MAX_PARTITION_ORDER+1];
 525     int opt_porder;
 526     RiceContext tmp_rc;
 527     uint32_t *udata;
 528     uint32_t sums[MAX_PARTITION_ORDER+1][MAX_PARTITIONS];
 529
 530     assert(pmin >= 0 && pmin <= MAX_PARTITION_ORDER);
 531     assert(pmax >= 0 && pmax <= MAX_PARTITION_ORDER);
 532     assert(pmin <= pmax);
 533
 534     udata = av_malloc(n * sizeof(uint32_t));
 535     for(i=0; i<n; i++) {
 536         udata[i] = (2*data[i]) ^ (data[i]>>31);
 537     }
 538
 539     calc_sums(pmin, pmax, udata, n, pred_order, sums);
 540
 541     opt_porder = pmin;
 542     bits[pmin] = UINT32_MAX;
 543     for(i=pmin; i<=pmax; i++) {
 544         bits[i] = calc_optimal_rice_params(&tmp_rc, i, sums[i], n, pred_order);
 545         if(bits[i] <= bits[opt_porder]) {
 546             opt_porder = i;
 547             *rc= tmp_rc;
 548         }
 549     }
 550
 551     av_freep(&udata);
 552     return bits[opt_porder];
 553 }
 554
 555 static int get_max_p_order(int max_porder, int n, int order)
 556 {
 557     int porder = FFMIN(max_porder, av_log2(n^(n-1)));
 558     if(order > 0)
 559         porder = FFMIN(porder, av_log2(n/order));
 560     return porder;
 561 }
 562
 563 static uint32_t calc_rice_params_fixed(RiceContext *rc, int pmin, int pmax,
 564                                        int32_t *data, int n, int pred_order,
 565                                        int bps)
 566 {
 567     uint32_t bits;
 568     pmin = get_max_p_order(pmin, n, pred_order);
 569     pmax = get_max_p_order(pmax, n, pred_order);
 570     bits = pred_order*bps + 6;
 571     bits += calc_rice_params(rc, pmin, pmax, data, n, pred_order);
 572     return bits;
 573 }
 574
 575 static uint32_t calc_rice_params_lpc(RiceContext *rc, int pmin, int pmax,
 576                                      int32_t *data, int n, int pred_order,
 577                                      int bps, int precision)
 578 {
 579     uint32_t bits;
 580     pmin = get_max_p_order(pmin, n, pred_order);
 581     pmax = get_max_p_order(pmax, n, pred_order);
 582     bits = pred_order*bps + 4 + 5 + pred_order*precision + 6;
 583     bits += calc_rice_params(rc, pmin, pmax, data, n, pred_order);
 584     return bits;
 585 }
 586
 587 /**
 588  * Apply Welch window function to audio block
 589  */
 590 static void apply_welch_window(const int32_t *data, int len, double *w_data)
 591 {
 592     int i, n2;
 593     double w;
 594     double c;
 595
 596     assert(!(len&1)); //the optimization in r11881 does not support odd len
 597                       //if someone wants odd len extend the change in r11881
 598
 599     n2 = (len >> 1);
 600     c = 2.0 / (len - 1.0);
 601
 602     w_data+=n2;
 603       data+=n2;
 604     for(i=0; i<n2; i++) {
 605         w = c - n2 + i;
 606         w = 1.0 - (w * w);
 607         w_data[-i-1] = data[-i-1] * w;
 608         w_data[+i  ] = data[+i  ] * w;
 609     }
 610 }
 611
 612 /**
 613  * Calculates autocorrelation data from audio samples
 614  * A Welch window function is applied before calculation.
 615  */
 616 void ff_flac_compute_autocorr(const int32_t *data, int len, int lag,
 617                               double *autoc)
 618 {
 619     int i, j;
 620     double tmp[len + lag + 1];
 621     double *data1= tmp + lag;
 622
 623     apply_welch_window(data, len, data1);
 624
 625     for(j=0; j<lag; j++)
 626         data1[j-lag]= 0.0;
 627     data1[len] = 0.0;
 628
 629     for(j=0; j<lag; j+=2){
 630         double sum0 = 1.0, sum1 = 1.0;
 631         for(i=0; i<len; i++){
 632             sum0 += data1[i] * data1[i-j];
 633             sum1 += data1[i] * data1[i-j-1];
 634         }
 635         autoc[j  ] = sum0;
 636         autoc[j+1] = sum1;
 637     }
 638
 639     if(j==lag){
 640         double sum = 1.0;
 641         for(i=0; i<len; i+=2){
 642             sum += data1[i  ] * data1[i-j  ]
 643                  + data1[i+1] * data1[i-j+1];
 644         }
 645         autoc[j] = sum;
 646     }
 647 }
 648
 649 /**
 650  * Levinson-Durbin recursion.
 651  * Produces LPC coefficients from autocorrelation data.
 652  */
 653 static void compute_lpc_coefs(const double *autoc, int max_order,
 654                               double lpc[][MAX_LPC_ORDER], double *ref)
 655 {
 656    int i, j, i2;
 657    double r, err, tmp;
 658    double lpc_tmp[MAX_LPC_ORDER];
 659
 660    for(i=0; i<max_order; i++) lpc_tmp[i] = 0;
 661    err = autoc[0];
 662
 663    for(i=0; i<max_order; i++) {
 664       r = -autoc[i+1];
 665       for(j=0; j<i; j++) {
 666           r -= lpc_tmp[j] * autoc[i-j];
 667       }
 668       r /= err;
 669       ref[i] = fabs(r);
 670
 671       err *= 1.0 - (r * r);
 672
 673       i2 = (i >> 1);
 674       lpc_tmp[i] = r;
 675       for(j=0; j<i2; j++) {
 676          tmp = lpc_tmp[j];
 677          lpc_tmp[j] += r * lpc_tmp[i-1-j];
 678          lpc_tmp[i-1-j] += r * tmp;
 679       }
 680       if(i & 1) {
 681           lpc_tmp[j] += lpc_tmp[j] * r;
 682       }
 683
 684       for(j=0; j<=i; j++) {
 685           lpc[i][j] = -lpc_tmp[j];
 686       }
 687    }
 688 }
 689
 690 /**
 691  * Quantize LPC coefficients
 692  */
 693 static void quantize_lpc_coefs(double *lpc_in, int order, int precision,
 694                                int32_t *lpc_out, int *shift)
 695 {
 696     int i;
 697     double cmax, error;
 698     int32_t qmax;
 699     int sh;
 700
 701     /* define maximum levels */
 702     qmax = (1 << (precision - 1)) - 1;
 703
 704     /* find maximum coefficient value */
 705     cmax = 0.0;
 706     for(i=0; i<order; i++) {
 707         cmax= FFMAX(cmax, fabs(lpc_in[i]));
 708     }
 709
 710     /* if maximum value quantizes to zero, return all zeros */
 711     if(cmax * (1 << MAX_LPC_SHIFT) < 1.0) {
 712         *shift = 0;
 713         memset(lpc_out, 0, sizeof(int32_t) * order);
 714         return;
 715     }
 716
 717     /* calculate level shift which scales max coeff to available bits */
 718     sh = MAX_LPC_SHIFT;
 719     while((cmax * (1 << sh) > qmax) && (sh > 0)) {
 720         sh--;
 721     }
 722
 723     /* since negative shift values are unsupported in decoder, scale down
 724        coefficients instead */
 725     if(sh == 0 && cmax > qmax) {
 726         double scale = ((double)qmax) / cmax;
 727         for(i=0; i<order; i++) {
 728             lpc_in[i] *= scale;
 729         }
 730     }
 731
 732     /* output quantized coefficients and level shift */
 733     error=0;
 734     for(i=0; i<order; i++) {
 735         error += lpc_in[i] * (1 << sh);
 736         lpc_out[i] = av_clip(lrintf(error), -qmax, qmax);
 737         error -= lpc_out[i];
 738     }
 739     *shift = sh;
 740 }
 741
 742 static int estimate_best_order(double *ref, int max_order)
 743 {
 744     int i, est;
 745
 746     est = 1;
 747     for(i=max_order-1; i>=0; i--) {
 748         if(ref[i] > 0.10) {
 749             est = i+1;
 750             break;
 751         }
 752     }
 753     return est;
 754 }
 755
 756 /**
 757  * Calculate LPC coefficients for multiple orders
 758  */
 759 static int lpc_calc_coefs(FlacEncodeContext *s,
 760                           const int32_t *samples, int blocksize, int max_order,
 761                           int precision, int32_t coefs[][MAX_LPC_ORDER],
 762                           int *shift, int use_lpc, int omethod)
 763 {
 764     double autoc[MAX_LPC_ORDER+1];
 765     double ref[MAX_LPC_ORDER];
 766     double lpc[MAX_LPC_ORDER][MAX_LPC_ORDER];
 767     int i, j, pass;
 768     int opt_order;
 769
 770     assert(max_order >= MIN_LPC_ORDER && max_order <= MAX_LPC_ORDER);
 771
 772     if(use_lpc == 1){
 773         s->dsp.flac_compute_autocorr(samples, blocksize, max_order, autoc);
 774
 775         compute_lpc_coefs(autoc, max_order, lpc, ref);
 776     }else{
 777         LLSModel m[2];
 778         double var[MAX_LPC_ORDER+1], weight;
 779
 780         for(pass=0; pass<use_lpc-1; pass++){
 781             av_init_lls(&m[pass&1], max_order);
 782
 783             weight=0;
 784             for(i=max_order; i<blocksize; i++){
 785                 for(j=0; j<=max_order; j++)
 786                     var[j]= samples[i-j];
 787
 788                 if(pass){
 789                     double eval, inv, rinv;
 790                     eval= av_evaluate_lls(&m[(pass-1)&1], var+1, max_order-1);
 791                     eval= (512>>pass) + fabs(eval - var[0]);
 792                     inv = 1/eval;
 793                     rinv = sqrt(inv);
 794                     for(j=0; j<=max_order; j++)
 795                         var[j] *= rinv;
 796                     weight += inv;
 797                 }else
 798                     weight++;
 799
 800                 av_update_lls(&m[pass&1], var, 1.0);
 801             }
 802             av_solve_lls(&m[pass&1], 0.001, 0);
 803         }
 804
 805         for(i=0; i<max_order; i++){
 806             for(j=0; j<max_order; j++)
 807                 lpc[i][j]= m[(pass-1)&1].coeff[i][j];
 808             ref[i]= sqrt(m[(pass-1)&1].variance[i] / weight) * (blocksize - max_order) / 4000;
 809         }
 810         for(i=max_order-1; i>0; i--)
 811             ref[i] = ref[i-1] - ref[i];
 812     }
 813     opt_order = max_order;
 814
 815     if(omethod == ORDER_METHOD_EST) {
 816         opt_order = estimate_best_order(ref, max_order);
 817         i = opt_order-1;
 818         quantize_lpc_coefs(lpc[i], i+1, precision, coefs[i], &shift[i]);
 819     } else {
 820         for(i=0; i<max_order; i++) {
 821             quantize_lpc_coefs(lpc[i], i+1, precision, coefs[i], &shift[i]);
 822         }
 823     }
 824
 825     return opt_order;
 826 }
 827
 828
 829 static void encode_residual_verbatim(int32_t *res, int32_t *smp, int n)
 830 {
 831     assert(n > 0);
 832     memcpy(res, smp, n * sizeof(int32_t));
 833 }
 834
 835 static void encode_residual_fixed(int32_t *res, const int32_t *smp, int n,
 836                                   int order)
 837 {
 838     int i;
 839
 840     for(i=0; i<order; i++) {
 841         res[i] = smp[i];
 842     }
 843
 844     if(order==0){
 845         for(i=order; i<n; i++)
 846             res[i]= smp[i];
 847     }else if(order==1){
 848         for(i=order; i<n; i++)
 849             res[i]= smp[i] - smp[i-1];
 850     }else if(order==2){
 851         int a = smp[order-1] - smp[order-2];
 852         for(i=order; i<n; i+=2) {
 853             int b = smp[i] - smp[i-1];
 854             res[i]= b - a;
 855             a = smp[i+1] - smp[i];
 856             res[i+1]= a - b;
 857         }
 858     }else if(order==3){
 859         int a = smp[order-1] - smp[order-2];
 860         int c = smp[order-1] - 2*smp[order-2] + smp[order-3];
 861         for(i=order; i<n; i+=2) {
 862             int b = smp[i] - smp[i-1];
 863             int d = b - a;
 864             res[i]= d - c;
 865             a = smp[i+1] - smp[i];
 866             c = a - b;
 867             res[i+1]= c - d;
 868         }
 869     }else{
 870         int a = smp[order-1] - smp[order-2];
 871         int c = smp[order-1] - 2*smp[order-2] + smp[order-3];
 872         int e = smp[order-1] - 3*smp[order-2] + 3*smp[order-3] - smp[order-4];
 873         for(i=order; i<n; i+=2) {
 874             int b = smp[i] - smp[i-1];
 875             int d = b - a;
 876             int f = d - c;
 877             res[i]= f - e;
 878             a = smp[i+1] - smp[i];
 879             c = a - b;
 880             e = c - d;
 881             res[i+1]= e - f;
 882         }
 883     }
 884 }
 885
 886 #define LPC1(x) {\
 887     int c = coefs[(x)-1];\
 888     p0 += c*s;\
 889     s = smp[i-(x)+1];\
 890     p1 += c*s;\
 891 }
 892
 893 static av_always_inline void encode_residual_lpc_unrolled(
 894     int32_t *res, const int32_t *smp, int n,
 895     int order, const int32_t *coefs, int shift, int big)
 896 {
 897     int i;
 898     for(i=order; i<n; i+=2) {
 899         int s = smp[i-order];
 900         int p0 = 0, p1 = 0;
 901         if(big) {
 902             switch(order) {
 903                 case 32: LPC1(32)
 904                 case 31: LPC1(31)
 905                 case 30: LPC1(30)
 906                 case 29: LPC1(29)
 907                 case 28: LPC1(28)
 908                 case 27: LPC1(27)
 909                 case 26: LPC1(26)
 910                 case 25: LPC1(25)
 911                 case 24: LPC1(24)
 912                 case 23: LPC1(23)
 913                 case 22: LPC1(22)
 914                 case 21: LPC1(21)
 915                 case 20: LPC1(20)
 916                 case 19: LPC1(19)
 917                 case 18: LPC1(18)
 918                 case 17: LPC1(17)
 919                 case 16: LPC1(16)
 920                 case 15: LPC1(15)
 921                 case 14: LPC1(14)
 922                 case 13: LPC1(13)
 923                 case 12: LPC1(12)
 924                 case 11: LPC1(11)
 925                 case 10: LPC1(10)
 926                 case  9: LPC1( 9)
 927                          LPC1( 8)
 928                          LPC1( 7)
 929                          LPC1( 6)
 930                          LPC1( 5)
 931                          LPC1( 4)
 932                          LPC1( 3)
 933                          LPC1( 2)
 934                          LPC1( 1)
 935             }
 936         } else {
 937             switch(order) {
 938                 case  8: LPC1( 8)
 939                 case  7: LPC1( 7)
 940                 case  6: LPC1( 6)
 941                 case  5: LPC1( 5)
 942                 case  4: LPC1( 4)
 943                 case  3: LPC1( 3)
 944                 case  2: LPC1( 2)
 945                 case  1: LPC1( 1)
 946             }
 947         }
 948         res[i  ] = smp[i  ] - (p0 >> shift);
 949         res[i+1] = smp[i+1] - (p1 >> shift);
 950     }
 951 }
 952
 953 static void encode_residual_lpc(int32_t *res, const int32_t *smp, int n,
 954                                 int order, const int32_t *coefs, int shift)
 955 {
 956     int i;
 957     for(i=0; i<order; i++) {
 958         res[i] = smp[i];
 959     }
 960 #ifdef CONFIG_SMALL
 961     for(i=order; i<n; i+=2) {
 962         int j;
 963         int s = smp[i];
 964         int p0 = 0, p1 = 0;
 965         for(j=0; j<order; j++) {
 966             int c = coefs[j];
 967             p1 += c*s;
 968             s = smp[i-j-1];
 969             p0 += c*s;
 970         }
 971         res[i  ] = smp[i  ] - (p0 >> shift);
 972         res[i+1] = smp[i+1] - (p1 >> shift);
 973     }
 974 #else
 975     switch(order) {
 976         case  1: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 1, coefs, shift, 0); break;
 977         case  2: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 2, coefs, shift, 0); break;
 978         case  3: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 3, coefs, shift, 0); break;
 979         case  4: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 4, coefs, shift, 0); break;
 980         case  5: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 5, coefs, shift, 0); break;
 981         case  6: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 6, coefs, shift, 0); break;
 982         case  7: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 7, coefs, shift, 0); break;
 983         case  8: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 8, coefs, shift, 0); break;
 984         default: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, order, coefs, shift, 1); break;
 985     }
 986 #endif
 987 }
 988
 989 static int encode_residual(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
 990 {
 991     int i, n;
 992     int min_order, max_order, opt_order, precision, omethod;
 993     int min_porder, max_porder;
 994     FlacFrame *frame;
 995     FlacSubframe *sub;
 996     int32_t coefs[MAX_LPC_ORDER][MAX_LPC_ORDER];
 997     int shift[MAX_LPC_ORDER];
 998     int32_t *res, *smp;
 999
1000     frame = &ctx->frame;
1001     sub = &frame->subframes[ch];
1002     res = sub->residual;
1003     smp = sub->samples;
1004     n = frame->blocksize;
1005
1006     /* CONSTANT */
1007     for(i=1; i<n; i++) {
1008         if(smp[i] != smp[0]) break;
1009     }
1010     if(i == n) {
1011         sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_CONSTANT;
1012         res[0] = smp[0];
1013         return sub->obits;
1014     }
1015
1016     /* VERBATIM */
1017     if(n < 5) {
1018         sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_VERBATIM;
1019         encode_residual_verbatim(res, smp, n);
1020         return sub->obits * n;
1021     }
1022
1023     min_order = ctx->options.min_prediction_order;
1024     max_order = ctx->options.max_prediction_order;
1025     min_porder = ctx->options.min_partition_order;
1026     max_porder = ctx->options.max_partition_order;
1027     precision = ctx->options.lpc_coeff_precision;
1028     omethod = ctx->options.prediction_order_method;
1029
1030     /* FIXED */
1031     if(!ctx->options.use_lpc || max_order == 0 || (n <= max_order)) {
1032         uint32_t bits[MAX_FIXED_ORDER+1];
1033         if(max_order > MAX_FIXED_ORDER) max_order = MAX_FIXED_ORDER;
1034         opt_order = 0;
1035         bits[0] = UINT32_MAX;
1036         for(i=min_order; i<=max_order; i++) {
1037             encode_residual_fixed(res, smp, n, i);
1038             bits[i] = calc_rice_params_fixed(&sub->rc, min_porder, max_porder, res,
1039                                              n, i, sub->obits);
1040             if(bits[i] < bits[opt_order]) {
1041                 opt_order = i;
1042             }
1043         }
1044         sub->order = opt_order;
1045         sub->type = FLAC_SUBFRAME_FIXED;
1046         sub->type_code = sub->type | sub->order;
1047         if(sub->order != max_order) {
1048             encode_residual_fixed(res, smp, n, sub->order);
1049             return calc_rice_params_fixed(&sub->rc, min_porder, max_porder, res, n,
1050                                           sub->order, sub->obits);
1051         }
1052         return bits[sub->order];
1053     }
1054
1055     /* LPC */
1056     opt_order = lpc_calc_coefs(ctx, smp, n, max_order, precision, coefs, shift, ctx->options.use_lpc, omethod);
1057
1058     if(omethod == ORDER_METHOD_2LEVEL ||
1059        omethod == ORDER_METHOD_4LEVEL ||
1060        omethod == ORDER_METHOD_8LEVEL) {
1061         int levels = 1 << omethod;
1062         uint32_t bits[levels];
1063         int order;
1064         int opt_index = levels-1;
1065         opt_order = max_order-1;
1066         bits[opt_index] = UINT32_MAX;
1067         for(i=levels-1; i>=0; i--) {
1068             order = min_order + (((max_order-min_order+1) * (i+1)) / levels)-1;
1069             if(order < 0) order = 0;
1070             encode_residual_lpc(res, smp, n, order+1, coefs[order], shift[order]);
1071             bits[i] = calc_rice_params_lpc(&sub->rc, min_porder, max_porder,
1072                                            res, n, order+1, sub->obits, precision);
1073             if(bits[i] < bits[opt_index]) {
1074                 opt_index = i;
1075                 opt_order = order;
1076             }
1077         }
1078         opt_order++;
1079     } else if(omethod == ORDER_METHOD_SEARCH) {
1080         // brute-force optimal order search
1081         uint32_t bits[MAX_LPC_ORDER];
1082         opt_order = 0;
1083         bits[0] = UINT32_MAX;
1084         for(i=min_order-1; i<max_order; i++) {
1085             encode_residual_lpc(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
1086             bits[i] = calc_rice_params_lpc(&sub->rc, min_porder, max_porder,
1087                                            res, n, i+1, sub->obits, precision);
1088             if(bits[i] < bits[opt_order]) {
1089                 opt_order = i;
1090             }
1091         }
1092         opt_order++;
1093     } else if(omethod == ORDER_METHOD_LOG) {
1094         uint32_t bits[MAX_LPC_ORDER];
1095         int step;
1096
1097         opt_order= min_order - 1 + (max_order-min_order)/3;
1098         memset(bits, -1, sizeof(bits));
1099
1100         for(step=16 ;step; step>>=1){
1101             int last= opt_order;
1102             for(i=last-step; i<=last+step; i+= step){
1103                 if(i<min_order-1 || i>=max_order || bits[i] < UINT32_MAX)
1104                     continue;
1105                 encode_residual_lpc(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
1106                 bits[i] = calc_rice_params_lpc(&sub->rc, min_porder, max_porder,
1107                                             res, n, i+1, sub->obits, precision);
1108                 if(bits[i] < bits[opt_order])
1109                     opt_order= i;
1110             }
1111         }
1112         opt_order++;
1113     }
1114
1115     sub->order = opt_order;
1116     sub->type = FLAC_SUBFRAME_LPC;
1117     sub->type_code = sub->type | (sub->order-1);
1118     sub->shift = shift[sub->order-1];
1119     for(i=0; i<sub->order; i++) {
1120         sub->coefs[i] = coefs[sub->order-1][i];
1121     }
1122     encode_residual_lpc(res, smp, n, sub->order, sub->coefs, sub->shift);
1123     return calc_rice_params_lpc(&sub->rc, min_porder, max_porder, res, n, sub->order,
1124                                 sub->obits, precision);
1125 }
1126
1127 static int encode_residual_v(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
1128 {
1129     int i, n;
1130     FlacFrame *frame;
1131     FlacSubframe *sub;
1132     int32_t *res, *smp;
1133
1134     frame = &ctx->frame;
1135     sub = &frame->subframes[ch];
1136     res = sub->residual;
1137     smp = sub->samples;
1138     n = frame->blocksize;
1139
1140     /* CONSTANT */
1141     for(i=1; i<n; i++) {
1142         if(smp[i] != smp[0]) break;
1143     }
1144     if(i == n) {
1145         sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_CONSTANT;
1146         res[0] = smp[0];
1147         return sub->obits;
1148     }
1149
1150     /* VERBATIM */
1151     sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_VERBATIM;
1152     encode_residual_verbatim(res, smp, n);
1153     return sub->obits * n;
1154 }
1155
1156 static int estimate_stereo_mode(int32_t *left_ch, int32_t *right_ch, int n)
1157 {
1158     int i, best;
1159     int32_t lt, rt;
1160     uint64_t sum[4];
1161     uint64_t score[4];
1162     int k;
1163
1164     /* calculate sum of 2nd order residual for each channel */
1165     sum[0] = sum[1] = sum[2] = sum[3] = 0;
1166     for(i=2; i<n; i++) {
1167         lt = left_ch[i] - 2*left_ch[i-1] + left_ch[i-2];
1168         rt = right_ch[i] - 2*right_ch[i-1] + right_ch[i-2];
1169         sum[2] += FFABS((lt + rt) >> 1);
1170         sum[3] += FFABS(lt - rt);
1171         sum[0] += FFABS(lt);
1172         sum[1] += FFABS(rt);
1173     }
1174     /* estimate bit counts */
1175     for(i=0; i<4; i++) {
1176         k = find_optimal_param(2*sum[i], n);
1177         sum[i] = rice_encode_count(2*sum[i], n, k);
1178     }
1179
1180     /* calculate score for each mode */
1181     score[0] = sum[0] + sum[1];
1182     score[1] = sum[0] + sum[3];
1183     score[2] = sum[1] + sum[3];
1184     score[3] = sum[2] + sum[3];
1185
1186     /* return mode with lowest score */
1187     best = 0;
1188     for(i=1; i<4; i++) {
1189         if(score[i] < score[best]) {
1190             best = i;
1191         }
1192     }
1193     if(best == 0) {
1194         return FLAC_CHMODE_LEFT_RIGHT;
1195     } else if(best == 1) {
1196         return FLAC_CHMODE_LEFT_SIDE;
1197     } else if(best == 2) {
1198         return FLAC_CHMODE_RIGHT_SIDE;
1199     } else {
1200         return FLAC_CHMODE_MID_SIDE;
1201     }
1202 }
1203
1204 /**
1205  * Perform stereo channel decorrelation
1206  */
1207 static void channel_decorrelation(FlacEncodeContext *ctx)
1208 {
1209     FlacFrame *frame;
1210     int32_t *left, *right;
1211     int i, n;
1212
1213     frame = &ctx->frame;
1214     n = frame->blocksize;
1215     left  = frame->subframes[0].samples;
1216     right = frame->subframes[1].samples;
1217
1218     if(ctx->channels != 2) {
1219         frame->ch_mode = FLAC_CHMODE_NOT_STEREO;
1220         return;
1221     }
1222
1223     frame->ch_mode = estimate_stereo_mode(left, right, n);
1224
1225     /* perform decorrelation and adjust bits-per-sample */
1226     if(frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_LEFT_RIGHT) {
1227         return;
1228     }
1229     if(frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_MID_SIDE) {
1230         int32_t tmp;
1231         for(i=0; i<n; i++) {
1232             tmp = left[i];
1233             left[i] = (tmp + right[i]) >> 1;
1234             right[i] = tmp - right[i];
1235         }
1236         frame->subframes[1].obits++;
1237     } else if(frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_LEFT_SIDE) {
1238         for(i=0; i<n; i++) {
1239             right[i] = left[i] - right[i];
1240         }
1241         frame->subframes[1].obits++;
1242     } else {
1243         for(i=0; i<n; i++) {
1244             left[i] -= right[i];
1245         }
1246         frame->subframes[0].obits++;
1247     }
1248 }
1249
1250 static void put_sbits(PutBitContext *pb, int bits, int32_t val)
1251 {
1252     assert(bits >= 0 && bits <= 31);
1253
1254     put_bits(pb, bits, val & ((1<<bits)-1));
1255 }
1256
1257 static void write_utf8(PutBitContext *pb, uint32_t val)
1258 {
1259     uint8_t tmp;
1260     PUT_UTF8(val, tmp, put_bits(pb, 8, tmp);)
1261 }
1262
1263 static void output_frame_header(FlacEncodeContext *s)
1264 {
1265     FlacFrame *frame;
1266     int crc;
1267
1268     frame = &s->frame;
1269
1270     put_bits(&s->pb, 16, 0xFFF8);
1271     put_bits(&s->pb, 4, frame->bs_code[0]);
1272     put_bits(&s->pb, 4, s->sr_code[0]);
1273     if(frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_NOT_STEREO) {
1274         put_bits(&s->pb, 4, s->ch_code);
1275     } else {
1276         put_bits(&s->pb, 4, frame->ch_mode);
1277     }
1278     put_bits(&s->pb, 3, 4); /* bits-per-sample code */
1279     put_bits(&s->pb, 1, 0);
1280     write_utf8(&s->pb, s->frame_count);
1281     if(frame->bs_code[0] == 6) {
1282         put_bits(&s->pb, 8, frame->bs_code[1]);
1283     } else if(frame->bs_code[0] == 7) {
1284         put_bits(&s->pb, 16, frame->bs_code[1]);
1285     }
1286     if(s->sr_code[0] == 12) {
1287         put_bits(&s->pb, 8, s->sr_code[1]);
1288     } else if(s->sr_code[0] > 12) {
1289         put_bits(&s->pb, 16, s->sr_code[1]);
1290     }
1291     flush_put_bits(&s->pb);
1292     crc = av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_8_ATM), 0,
1293                  s->pb.buf, put_bits_count(&s->pb)>>3);
1294     put_bits(&s->pb, 8, crc);
1295 }
1296
1297 static void output_subframe_constant(FlacEncodeContext *s, int ch)
1298 {
1299     FlacSubframe *sub;
1300     int32_t res;
1301
1302     sub = &s->frame.subframes[ch];
1303     res = sub->residual[0];
1304     put_sbits(&s->pb, sub->obits, res);
1305 }
1306
1307 static void output_subframe_verbatim(FlacEncodeContext *s, int ch)
1308 {
1309     int i;
1310     FlacFrame *frame;
1311     FlacSubframe *sub;
1312     int32_t res;
1313
1314     frame = &s->frame;
1315     sub = &frame->subframes[ch];
1316
1317     for(i=0; i<frame->blocksize; i++) {
1318         res = sub->residual[i];
1319         put_sbits(&s->pb, sub->obits, res);
1320     }
1321 }
1322
1323 static void output_residual(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
1324 {
1325     int i, j, p, n, parts;
1326     int k, porder, psize, res_cnt;
1327     FlacFrame *frame;
1328     FlacSubframe *sub;
1329     int32_t *res;
1330
1331     frame = &ctx->frame;
1332     sub = &frame->subframes[ch];
1333     res = sub->residual;
1334     n = frame->blocksize;
1335
1336     /* rice-encoded block */
1337     put_bits(&ctx->pb, 2, 0);
1338
1339     /* partition order */
1340     porder = sub->rc.porder;
1341     psize = n >> porder;
1342     parts = (1 << porder);
1343     put_bits(&ctx->pb, 4, porder);
1344     res_cnt = psize - sub->order;
1345
1346     /* residual */
1347     j = sub->order;
1348     for(p=0; p<parts; p++) {
1349         k = sub->rc.params[p];
1350         put_bits(&ctx->pb, 4, k);
1351         if(p == 1) res_cnt = psize;
1352         for(i=0; i<res_cnt && j<n; i++, j++) {
1353             set_sr_golomb_flac(&ctx->pb, res[j], k, INT32_MAX, 0);
1354         }
1355     }
1356 }
1357
1358 static void output_subframe_fixed(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
1359 {
1360     int i;
1361     FlacFrame *frame;
1362     FlacSubframe *sub;
1363
1364     frame = &ctx->frame;
1365     sub = &frame->subframes[ch];
1366
1367     /* warm-up samples */
1368     for(i=0; i<sub->order; i++) {
1369         put_sbits(&ctx->pb, sub->obits, sub->residual[i]);
1370     }
1371
1372     /* residual */
1373     output_residual(ctx, ch);
1374 }
1375
1376 static void output_subframe_lpc(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
1377 {
1378     int i, cbits;
1379     FlacFrame *frame;
1380     FlacSubframe *sub;
1381
1382     frame = &ctx->frame;
1383     sub = &frame->subframes[ch];
1384
1385     /* warm-up samples */
1386     for(i=0; i<sub->order; i++) {
1387         put_sbits(&ctx->pb, sub->obits, sub->residual[i]);
1388     }
1389
1390     /* LPC coefficients */
1391     cbits = ctx->options.lpc_coeff_precision;
1392     put_bits(&ctx->pb, 4, cbits-1);
1393     put_sbits(&ctx->pb, 5, sub->shift);
1394     for(i=0; i<sub->order; i++) {
1395         put_sbits(&ctx->pb, cbits, sub->coefs[i]);
1396     }
1397
1398     /* residual */
1399     output_residual(ctx, ch);
1400 }
1401
1402 static void output_subframes(FlacEncodeContext *s)
1403 {
1404     FlacFrame *frame;
1405     FlacSubframe *sub;
1406     int ch;
1407
1408     frame = &s->frame;
1409
1410     for(ch=0; ch<s->channels; ch++) {
1411         sub = &frame->subframes[ch];
1412
1413         /* subframe header */
1414         put_bits(&s->pb, 1, 0);
1415         put_bits(&s->pb, 6, sub->type_code);
1416         put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no wasted bits */
1417
1418         /* subframe */
1419         if(sub->type == FLAC_SUBFRAME_CONSTANT) {
1420             output_subframe_constant(s, ch);
1421         } else if(sub->type == FLAC_SUBFRAME_VERBATIM) {
1422             output_subframe_verbatim(s, ch);
1423         } else if(sub->type == FLAC_SUBFRAME_FIXED) {
1424             output_subframe_fixed(s, ch);
1425         } else if(sub->type == FLAC_SUBFRAME_LPC) {
1426             output_subframe_lpc(s, ch);
1427         }
1428     }
1429 }
1430
1431 static void output_frame_footer(FlacEncodeContext *s)
1432 {
1433     int crc;
1434     flush_put_bits(&s->pb);
1435     crc = bswap_16(av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI), 0,
1436                           s->pb.buf, put_bits_count(&s->pb)>>3));
1437     put_bits(&s->pb, 16, crc);
1438     flush_put_bits(&s->pb);
1439 }
1440
1441 static int flac_encode_frame(AVCodecContext *avctx, uint8_t *frame,
1442                              int buf_size, void *data)
1443 {
1444     int ch;
1445     FlacEncodeContext *s;
1446     int16_t *samples = data;
1447     int out_bytes;
1448
1449     s = avctx->priv_data;
1450
1451     s->blocksize = avctx->frame_size;
1452     init_frame(s);
1453
1454     copy_samples(s, samples);
1455
1456     channel_decorrelation(s);
1457
1458     for(ch=0; ch<s->channels; ch++) {
1459         encode_residual(s, ch);
1460     }
1461     init_put_bits(&s->pb, frame, buf_size);
1462     output_frame_header(s);
1463     output_subframes(s);
1464     output_frame_footer(s);
1465     out_bytes = put_bits_count(&s->pb) >> 3;
1466
1467     if(out_bytes > s->max_framesize || out_bytes >= buf_size) {
1468         /* frame too large. use verbatim mode */
1469         for(ch=0; ch<s->channels; ch++) {
1470             encode_residual_v(s, ch);
1471         }
1472         init_put_bits(&s->pb, frame, buf_size);
1473         output_frame_header(s);
1474         output_subframes(s);
1475         output_frame_footer(s);
1476         out_bytes = put_bits_count(&s->pb) >> 3;
1477
1478         if(out_bytes > s->max_framesize || out_bytes >= buf_size) {
1479             /* still too large. must be an error. */
1480             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "error encoding frame\n");
1481             return -1;
1482         }
1483     }
1484
1485     s->frame_count++;
1486     return out_bytes;
1487 }
1488
1489 static av_cold int flac_encode_close(AVCodecContext *avctx)
1490 {
1491     av_freep(&avctx->extradata);
1492     avctx->extradata_size = 0;
1493     av_freep(&avctx->coded_frame);
1494     return 0;
1495 }
1496
1497 AVCodec flac_encoder = {
1498     "flac",
1499     CODEC_TYPE_AUDIO,
1500     CODEC_ID_FLAC,
1501     sizeof(FlacEncodeContext),
1502     flac_encode_init,
1503     flac_encode_frame,
1504     flac_encode_close,
1505     NULL,
1506     .capabilities = CODEC_CAP_SMALL_LAST_FRAME,
1507 };