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

   1 /*
   2  * Simple free lossless/lossy audio codec
   3  * Copyright (c) 2004 Alex Beregszaszi
   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 #include "avcodec.h"
  22 #include "get_bits.h"
  23 #include "golomb.h"
  24 #include "internal.h"
  25 #include "rangecoder.h"
  26
  27
  28 /**
  29  * @file
  30  * Simple free lossless/lossy audio codec
  31  * Based on Paul Francis Harrison's Bonk (http://www.logarithmic.net/pfh/bonk)
  32  * Written and designed by Alex Beregszaszi
  33  *
  34  * TODO:
  35  *  - CABAC put/get_symbol
  36  *  - independent quantizer for channels
  37  *  - >2 channels support
  38  *  - more decorrelation types
  39  *  - more tap_quant tests
  40  *  - selectable intlist writers/readers (bonk-style, golomb, cabac)
  41  */
  42
  43 #define MAX_CHANNELS 2
  44
  45 #define MID_SIDE 0
  46 #define LEFT_SIDE 1
  47 #define RIGHT_SIDE 2
  48
  49 typedef struct SonicContext {
  50     int version;
  51     int minor_version;
  52     int lossless, decorrelation;
  53
  54     int num_taps, downsampling;
  55     double quantization;
  56
  57     int channels, samplerate, block_align, frame_size;
  58
  59     int *tap_quant;
  60     int *int_samples;
  61     int *coded_samples[MAX_CHANNELS];
  62
  63     // for encoding
  64     int *tail;
  65     int tail_size;
  66     int *window;
  67     int window_size;
  68
  69     // for decoding
  70     int *predictor_k;
  71     int *predictor_state[MAX_CHANNELS];
  72 } SonicContext;
  73
  74 #define LATTICE_SHIFT   10
  75 #define SAMPLE_SHIFT    4
  76 #define LATTICE_FACTOR  (1 << LATTICE_SHIFT)
  77 #define SAMPLE_FACTOR   (1 << SAMPLE_SHIFT)
  78
  79 #define BASE_QUANT      0.6
  80 #define RATE_VARIATION  3.0
  81
  82 static inline int shift(int a,int b)
  83 {
  84     return (a+(1<<(b-1))) >> b;
  85 }
  86
  87 static inline int shift_down(int a,int b)
  88 {
  89     return (a>>b)+(a<0);
  90 }
  91
  92 static av_always_inline av_flatten void put_symbol(RangeCoder *c, uint8_t *state, int v, int is_signed, uint64_t rc_stat[256][2], uint64_t rc_stat2[32][2]){
  93     int i;
  94
  95 #define put_rac(C,S,B) \
  96 do{\
  97     if(rc_stat){\
  98         rc_stat[*(S)][B]++;\
  99         rc_stat2[(S)-state][B]++;\
 100     }\
 101     put_rac(C,S,B);\
 102 }while(0)
 103
 104     if(v){
 105         const int a= FFABS(v);
 106         const int e= av_log2(a);
 107         put_rac(c, state+0, 0);
 108         if(e<=9){
 109             for(i=0; i<e; i++){
 110                 put_rac(c, state+1+i, 1);  //1..10
 111             }
 112             put_rac(c, state+1+i, 0);
 113
 114             for(i=e-1; i>=0; i--){
 115                 put_rac(c, state+22+i, (a>>i)&1); //22..31
 116             }
 117
 118             if(is_signed)
 119                 put_rac(c, state+11 + e, v < 0); //11..21
 120         }else{
 121             for(i=0; i<e; i++){
 122                 put_rac(c, state+1+FFMIN(i,9), 1);  //1..10
 123             }
 124             put_rac(c, state+1+9, 0);
 125
 126             for(i=e-1; i>=0; i--){
 127                 put_rac(c, state+22+FFMIN(i,9), (a>>i)&1); //22..31
 128             }
 129
 130             if(is_signed)
 131                 put_rac(c, state+11 + 10, v < 0); //11..21
 132         }
 133     }else{
 134         put_rac(c, state+0, 1);
 135     }
 136 #undef put_rac
 137 }
 138
 139 static inline av_flatten int get_symbol(RangeCoder *c, uint8_t *state, int is_signed){
 140     if(get_rac(c, state+0))
 141         return 0;
 142     else{
 143         int i, e;
 144         unsigned a;
 145         e= 0;
 146         while(get_rac(c, state+1 + FFMIN(e,9))){ //1..10
 147             e++;
 148             if (e > 31)
 149                 return AVERROR_INVALIDDATA;
 150         }
 151
 152         a= 1;
 153         for(i=e-1; i>=0; i--){
 154             a += a + get_rac(c, state+22 + FFMIN(i,9)); //22..31
 155         }
 156
 157         e= -(is_signed && get_rac(c, state+11 + FFMIN(e, 10))); //11..21
 158         return (a^e)-e;
 159     }
 160 }
 161
 162 #if 1
 163 static inline int intlist_write(RangeCoder *c, uint8_t *state, int *buf, int entries, int base_2_part)
 164 {
 165     int i;
 166
 167     for (i = 0; i < entries; i++)
 168         put_symbol(c, state, buf[i], 1, NULL, NULL);
 169
 170     return 1;
 171 }
 172
 173 static inline int intlist_read(RangeCoder *c, uint8_t *state, int *buf, int entries, int base_2_part)
 174 {
 175     int i;
 176
 177     for (i = 0; i < entries; i++)
 178         buf[i] = get_symbol(c, state, 1);
 179
 180     return 1;
 181 }
 182 #elif 1
 183 static inline int intlist_write(PutBitContext *pb, int *buf, int entries, int base_2_part)
 184 {
 185     int i;
 186
 187     for (i = 0; i < entries; i++)
 188         set_se_golomb(pb, buf[i]);
 189
 190     return 1;
 191 }
 192
 193 static inline int intlist_read(GetBitContext *gb, int *buf, int entries, int base_2_part)
 194 {
 195     int i;
 196
 197     for (i = 0; i < entries; i++)
 198         buf[i] = get_se_golomb(gb);
 199
 200     return 1;
 201 }
 202
 203 #else
 204
 205 #define ADAPT_LEVEL 8
 206
 207 static int bits_to_store(uint64_t x)
 208 {
 209     int res = 0;
 210
 211     while(x)
 212     {
 213         res++;
 214         x >>= 1;
 215     }
 216     return res;
 217 }
 218
 219 static void write_uint_max(PutBitContext *pb, unsigned int value, unsigned int max)
 220 {
 221     int i, bits;
 222
 223     if (!max)
 224         return;
 225
 226     bits = bits_to_store(max);
 227
 228     for (i = 0; i < bits-1; i++)
 229         put_bits(pb, 1, value & (1 << i));
 230
 231     if ( (value | (1 << (bits-1))) <= max)
 232         put_bits(pb, 1, value & (1 << (bits-1)));
 233 }
 234
 235 static unsigned int read_uint_max(GetBitContext *gb, int max)
 236 {
 237     int i, bits, value = 0;
 238
 239     if (!max)
 240         return 0;
 241
 242     bits = bits_to_store(max);
 243
 244     for (i = 0; i < bits-1; i++)
 245         if (get_bits1(gb))
 246             value += 1 << i;
 247
 248     if ( (value | (1<<(bits-1))) <= max)
 249         if (get_bits1(gb))
 250             value += 1 << (bits-1);
 251
 252     return value;
 253 }
 254
 255 static int intlist_write(PutBitContext *pb, int *buf, int entries, int base_2_part)
 256 {
 257     int i, j, x = 0, low_bits = 0, max = 0;
 258     int step = 256, pos = 0, dominant = 0, any = 0;
 259     int *copy, *bits;
 260
 261     copy = av_calloc(entries, sizeof(*copy));
 262     if (!copy)
 263         return AVERROR(ENOMEM);
 264
 265     if (base_2_part)
 266     {
 267         int energy = 0;
 268
 269         for (i = 0; i < entries; i++)
 270             energy += abs(buf[i]);
 271
 272         low_bits = bits_to_store(energy / (entries * 2));
 273         if (low_bits > 15)
 274             low_bits = 15;
 275
 276         put_bits(pb, 4, low_bits);
 277     }
 278
 279     for (i = 0; i < entries; i++)
 280     {
 281         put_bits(pb, low_bits, abs(buf[i]));
 282         copy[i] = abs(buf[i]) >> low_bits;
 283         if (copy[i] > max)
 284             max = abs(copy[i]);
 285     }
 286
 287     bits = av_calloc(entries*max, sizeof(*bits));
 288     if (!bits)
 289     {
 290         av_free(copy);
 291         return AVERROR(ENOMEM);
 292     }
 293
 294     for (i = 0; i <= max; i++)
 295     {
 296         for (j = 0; j < entries; j++)
 297             if (copy[j] >= i)
 298                 bits[x++] = copy[j] > i;
 299     }
 300
 301     // store bitstream
 302     while (pos < x)
 303     {
 304         int steplet = step >> 8;
 305
 306         if (pos + steplet > x)
 307             steplet = x - pos;
 308
 309         for (i = 0; i < steplet; i++)
 310             if (bits[i+pos] != dominant)
 311                 any = 1;
 312
 313         put_bits(pb, 1, any);
 314
 315         if (!any)
 316         {
 317             pos += steplet;
 318             step += step / ADAPT_LEVEL;
 319         }
 320         else
 321         {
 322             int interloper = 0;
 323
 324             while (((pos + interloper) < x) && (bits[pos + interloper] == dominant))
 325                 interloper++;
 326
 327             // note change
 328             write_uint_max(pb, interloper, (step >> 8) - 1);
 329
 330             pos += interloper + 1;
 331             step -= step / ADAPT_LEVEL;
 332         }
 333
 334         if (step < 256)
 335         {
 336             step = 65536 / step;
 337             dominant = !dominant;
 338         }
 339     }
 340
 341     // store signs
 342     for (i = 0; i < entries; i++)
 343         if (buf[i])
 344             put_bits(pb, 1, buf[i] < 0);
 345
 346     av_free(bits);
 347     av_free(copy);
 348
 349     return 0;
 350 }
 351
 352 static int intlist_read(GetBitContext *gb, int *buf, int entries, int base_2_part)
 353 {
 354     int i, low_bits = 0, x = 0;
 355     int n_zeros = 0, step = 256, dominant = 0;
 356     int pos = 0, level = 0;
 357     int *bits = av_calloc(entries, sizeof(*bits));
 358
 359     if (!bits)
 360         return AVERROR(ENOMEM);
 361
 362     if (base_2_part)
 363     {
 364         low_bits = get_bits(gb, 4);
 365
 366         if (low_bits)
 367             for (i = 0; i < entries; i++)
 368                 buf[i] = get_bits(gb, low_bits);
 369     }
 370
 371 //    av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "entries: %d, low bits: %d\n", entries, low_bits);
 372
 373     while (n_zeros < entries)
 374     {
 375         int steplet = step >> 8;
 376
 377         if (!get_bits1(gb))
 378         {
 379             for (i = 0; i < steplet; i++)
 380                 bits[x++] = dominant;
 381
 382             if (!dominant)
 383                 n_zeros += steplet;
 384
 385             step += step / ADAPT_LEVEL;
 386         }
 387         else
 388         {
 389             int actual_run = read_uint_max(gb, steplet-1);
 390
 391 //            av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "actual run: %d\n", actual_run);
 392
 393             for (i = 0; i < actual_run; i++)
 394                 bits[x++] = dominant;
 395
 396             bits[x++] = !dominant;
 397
 398             if (!dominant)
 399                 n_zeros += actual_run;
 400             else
 401                 n_zeros++;
 402
 403             step -= step / ADAPT_LEVEL;
 404         }
 405
 406         if (step < 256)
 407         {
 408             step = 65536 / step;
 409             dominant = !dominant;
 410         }
 411     }
 412
 413     // reconstruct unsigned values
 414     n_zeros = 0;
 415     for (i = 0; n_zeros < entries; i++)
 416     {
 417         while(1)
 418         {
 419             if (pos >= entries)
 420             {
 421                 pos = 0;
 422                 level += 1 << low_bits;
 423             }
 424
 425             if (buf[pos] >= level)
 426                 break;
 427
 428             pos++;
 429         }
 430
 431         if (bits[i])
 432             buf[pos] += 1 << low_bits;
 433         else
 434             n_zeros++;
 435
 436         pos++;
 437     }
 438     av_free(bits);
 439
 440     // read signs
 441     for (i = 0; i < entries; i++)
 442         if (buf[i] && get_bits1(gb))
 443             buf[i] = -buf[i];
 444
 445 //    av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "zeros: %d pos: %d\n", n_zeros, pos);
 446
 447     return 0;
 448 }
 449 #endif
 450
 451 static void predictor_init_state(int *k, int *state, int order)
 452 {
 453     int i;
 454
 455     for (i = order-2; i >= 0; i--)
 456     {
 457         int j, p, x = state[i];
 458
 459         for (j = 0, p = i+1; p < order; j++,p++)
 460             {
 461             int tmp = x + shift_down(k[j] * (unsigned)state[p], LATTICE_SHIFT);
 462             state[p] += shift_down(k[j]* (unsigned)x, LATTICE_SHIFT);
 463             x = tmp;
 464         }
 465     }
 466 }
 467
 468 static int predictor_calc_error(int *k, int *state, int order, int error)
 469 {
 470     int i, x = error - shift_down(k[order-1] *  (unsigned)state[order-1], LATTICE_SHIFT);
 471
 472 #if 1
 473     int *k_ptr = &(k[order-2]),
 474         *state_ptr = &(state[order-2]);
 475     for (i = order-2; i >= 0; i--, k_ptr--, state_ptr--)
 476     {
 477         int k_value = *k_ptr, state_value = *state_ptr;
 478         x -= (unsigned)shift_down(k_value * (unsigned)state_value, LATTICE_SHIFT);
 479         state_ptr[1] = state_value + shift_down(k_value * (unsigned)x, LATTICE_SHIFT);
 480     }
 481 #else
 482     for (i = order-2; i >= 0; i--)
 483     {
 484         x -= (unsigned)shift_down(k[i] * state[i], LATTICE_SHIFT);
 485         state[i+1] = state[i] + shift_down(k[i] * x, LATTICE_SHIFT);
 486     }
 487 #endif
 488
 489     // don't drift too far, to avoid overflows
 490     if (x >  (SAMPLE_FACTOR<<16)) x =  (SAMPLE_FACTOR<<16);
 491     if (x < -(SAMPLE_FACTOR<<16)) x = -(SAMPLE_FACTOR<<16);
 492
 493     state[0] = x;
 494
 495     return x;
 496 }
 497
 498 #if CONFIG_SONIC_ENCODER || CONFIG_SONIC_LS_ENCODER
 499 // Heavily modified Levinson-Durbin algorithm which
 500 // copes better with quantization, and calculates the
 501 // actual whitened result as it goes.
 502
 503 static void modified_levinson_durbin(int *window, int window_entries,
 504         int *out, int out_entries, int channels, int *tap_quant)
 505 {
 506     int i;
 507     int *state = window + window_entries;
 508
 509     memcpy(state, window, window_entries * sizeof(*state));
 510
 511     for (i = 0; i < out_entries; i++)
 512     {
 513         int step = (i+1)*channels, k, j;
 514         double xx = 0.0, xy = 0.0;
 515 #if 1
 516         int *x_ptr = &(window[step]);
 517         int *state_ptr = &(state[0]);
 518         j = window_entries - step;
 519         for (;j>0;j--,x_ptr++,state_ptr++)
 520         {
 521             double x_value = *x_ptr;
 522             double state_value = *state_ptr;
 523             xx += state_value*state_value;
 524             xy += x_value*state_value;
 525         }
 526 #else
 527         for (j = 0; j <= (window_entries - step); j++);
 528         {
 529             double stepval = window[step+j];
 530             double stateval = window[j];
 531 //            xx += (double)window[j]*(double)window[j];
 532 //            xy += (double)window[step+j]*(double)window[j];
 533             xx += stateval*stateval;
 534             xy += stepval*stateval;
 535         }
 536 #endif
 537         if (xx == 0.0)
 538             k = 0;
 539         else
 540             k = (int)(floor(-xy/xx * (double)LATTICE_FACTOR / (double)(tap_quant[i]) + 0.5));
 541
 542         if (k > (LATTICE_FACTOR/tap_quant[i]))
 543             k = LATTICE_FACTOR/tap_quant[i];
 544         if (-k > (LATTICE_FACTOR/tap_quant[i]))
 545             k = -(LATTICE_FACTOR/tap_quant[i]);
 546
 547         out[i] = k;
 548         k *= tap_quant[i];
 549
 550 #if 1
 551         x_ptr = &(window[step]);
 552         state_ptr = &(state[0]);
 553         j = window_entries - step;
 554         for (;j>0;j--,x_ptr++,state_ptr++)
 555         {
 556             int x_value = *x_ptr;
 557             int state_value = *state_ptr;
 558             *x_ptr = x_value + shift_down(k*state_value,LATTICE_SHIFT);
 559             *state_ptr = state_value + shift_down(k*x_value, LATTICE_SHIFT);
 560         }
 561 #else
 562         for (j=0; j <= (window_entries - step); j++)
 563         {
 564             int stepval = window[step+j];
 565             int stateval=state[j];
 566             window[step+j] += shift_down(k * stateval, LATTICE_SHIFT);
 567             state[j] += shift_down(k * stepval, LATTICE_SHIFT);
 568         }
 569 #endif
 570     }
 571 }
 572
 573 static inline int code_samplerate(int samplerate)
 574 {
 575     switch (samplerate)
 576     {
 577         case 44100: return 0;
 578         case 22050: return 1;
 579         case 11025: return 2;
 580         case 96000: return 3;
 581         case 48000: return 4;
 582         case 32000: return 5;
 583         case 24000: return 6;
 584         case 16000: return 7;
 585         case 8000: return 8;
 586     }
 587     return AVERROR(EINVAL);
 588 }
 589
 590 static av_cold int sonic_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 591 {
 592     SonicContext *s = avctx->priv_data;
 593     int *coded_samples;
 594     PutBitContext pb;
 595     int i;
 596
 597     s->version = 2;
 598
 599     if (avctx->channels > MAX_CHANNELS)
 600     {
 601         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Only mono and stereo streams are supported by now\n");
 602         return AVERROR(EINVAL); /* only stereo or mono for now */
 603     }
 604
 605     if (avctx->channels == 2)
 606         s->decorrelation = MID_SIDE;
 607     else
 608         s->decorrelation = 3;
 609
 610     if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_SONIC_LS)
 611     {
 612         s->lossless = 1;
 613         s->num_taps = 32;
 614         s->downsampling = 1;
 615         s->quantization = 0.0;
 616     }
 617     else
 618     {
 619         s->num_taps = 128;
 620         s->downsampling = 2;
 621         s->quantization = 1.0;
 622     }
 623
 624     // max tap 2048
 625     if (s->num_taps < 32 || s->num_taps > 1024 || s->num_taps % 32) {
 626         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid number of taps\n");
 627         return AVERROR_INVALIDDATA;
 628     }
 629
 630     // generate taps
 631     s->tap_quant = av_calloc(s->num_taps, sizeof(*s->tap_quant));
 632     if (!s->tap_quant)
 633         return AVERROR(ENOMEM);
 634
 635     for (i = 0; i < s->num_taps; i++)
 636         s->tap_quant[i] = ff_sqrt(i+1);
 637
 638     s->channels = avctx->channels;
 639     s->samplerate = avctx->sample_rate;
 640
 641     s->block_align = 2048LL*s->samplerate/(44100*s->downsampling);
 642     s->frame_size = s->channels*s->block_align*s->downsampling;
 643
 644     s->tail_size = s->num_taps*s->channels;
 645     s->tail = av_calloc(s->tail_size, sizeof(*s->tail));
 646     if (!s->tail)
 647         return AVERROR(ENOMEM);
 648
 649     s->predictor_k = av_calloc(s->num_taps, sizeof(*s->predictor_k) );
 650     if (!s->predictor_k)
 651         return AVERROR(ENOMEM);
 652
 653     coded_samples = av_calloc(s->block_align, s->channels * sizeof(**s->coded_samples));
 654     if (!coded_samples)
 655         return AVERROR(ENOMEM);
 656     for (i = 0; i < s->channels; i++, coded_samples += s->block_align)
 657         s->coded_samples[i] = coded_samples;
 658
 659     s->int_samples = av_calloc(s->frame_size, sizeof(*s->int_samples));
 660
 661     s->window_size = ((2*s->tail_size)+s->frame_size);
 662     s->window = av_calloc(s->window_size, 2 * sizeof(*s->window));
 663     if (!s->window || !s->int_samples)
 664         return AVERROR(ENOMEM);
 665
 666     avctx->extradata = av_mallocz(16);
 667     if (!avctx->extradata)
 668         return AVERROR(ENOMEM);
 669     init_put_bits(&pb, avctx->extradata, 16*8);
 670
 671     put_bits(&pb, 2, s->version); // version
 672     if (s->version >= 1)
 673     {
 674         if (s->version >= 2) {
 675             put_bits(&pb, 8, s->version);
 676             put_bits(&pb, 8, s->minor_version);
 677         }
 678         put_bits(&pb, 2, s->channels);
 679         put_bits(&pb, 4, code_samplerate(s->samplerate));
 680     }
 681     put_bits(&pb, 1, s->lossless);
 682     if (!s->lossless)
 683         put_bits(&pb, 3, SAMPLE_SHIFT); // XXX FIXME: sample precision
 684     put_bits(&pb, 2, s->decorrelation);
 685     put_bits(&pb, 2, s->downsampling);
 686     put_bits(&pb, 5, (s->num_taps >> 5)-1); // 32..1024
 687     put_bits(&pb, 1, 0); // XXX FIXME: no custom tap quant table
 688
 689     flush_put_bits(&pb);
 690     avctx->extradata_size = put_bytes_output(&pb);
 691
 692     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "Sonic: ver: %d.%d ls: %d dr: %d taps: %d block: %d frame: %d downsamp: %d\n",
 693         s->version, s->minor_version, s->lossless, s->decorrelation, s->num_taps, s->block_align, s->frame_size, s->downsampling);
 694
 695     avctx->frame_size = s->block_align*s->downsampling;
 696
 697     return 0;
 698 }
 699
 700 static av_cold int sonic_encode_close(AVCodecContext *avctx)
 701 {
 702     SonicContext *s = avctx->priv_data;
 703
 704     av_freep(&s->coded_samples[0]);
 705     av_freep(&s->predictor_k);
 706     av_freep(&s->tail);
 707     av_freep(&s->tap_quant);
 708     av_freep(&s->window);
 709     av_freep(&s->int_samples);
 710
 711     return 0;
 712 }
 713
 714 static int sonic_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
 715                               const AVFrame *frame, int *got_packet_ptr)
 716 {
 717     SonicContext *s = avctx->priv_data;
 718     RangeCoder c;
 719     int i, j, ch, quant = 0, x = 0;
 720     int ret;
 721     const short *samples = (const int16_t*)frame->data[0];
 722     uint8_t state[32];
 723
 724     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, avpkt, s->frame_size * 5 + 1000, 0)) < 0)
 725         return ret;
 726
 727     ff_init_range_encoder(&c, avpkt->data, avpkt->size);
 728     ff_build_rac_states(&c, 0.05*(1LL<<32), 256-8);
 729     memset(state, 128, sizeof(state));
 730
 731     // short -> internal
 732     for (i = 0; i < s->frame_size; i++)
 733         s->int_samples[i] = samples[i];
 734
 735     if (!s->lossless)
 736         for (i = 0; i < s->frame_size; i++)
 737             s->int_samples[i] = s->int_samples[i] << SAMPLE_SHIFT;
 738
 739     switch(s->decorrelation)
 740     {
 741         case MID_SIDE:
 742             for (i = 0; i < s->frame_size; i += s->channels)
 743             {
 744                 s->int_samples[i] += s->int_samples[i+1];
 745                 s->int_samples[i+1] -= shift(s->int_samples[i], 1);
 746             }
 747             break;
 748         case LEFT_SIDE:
 749             for (i = 0; i < s->frame_size; i += s->channels)
 750                 s->int_samples[i+1] -= s->int_samples[i];
 751             break;
 752         case RIGHT_SIDE:
 753             for (i = 0; i < s->frame_size; i += s->channels)
 754                 s->int_samples[i] -= s->int_samples[i+1];
 755             break;
 756     }
 757
 758     memset(s->window, 0, s->window_size * sizeof(*s->window));
 759
 760     for (i = 0; i < s->tail_size; i++)
 761         s->window[x++] = s->tail[i];
 762
 763     for (i = 0; i < s->frame_size; i++)
 764         s->window[x++] = s->int_samples[i];
 765
 766     for (i = 0; i < s->tail_size; i++)
 767         s->window[x++] = 0;
 768
 769     for (i = 0; i < s->tail_size; i++)
 770         s->tail[i] = s->int_samples[s->frame_size - s->tail_size + i];
 771
 772     // generate taps
 773     modified_levinson_durbin(s->window, s->window_size,
 774                 s->predictor_k, s->num_taps, s->channels, s->tap_quant);
 775
 776     if ((ret = intlist_write(&c, state, s->predictor_k, s->num_taps, 0)) < 0)
 777         return ret;
 778
 779     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
 780     {
 781         x = s->tail_size+ch;
 782         for (i = 0; i < s->block_align; i++)
 783         {
 784             int sum = 0;
 785             for (j = 0; j < s->downsampling; j++, x += s->channels)
 786                 sum += s->window[x];
 787             s->coded_samples[ch][i] = sum;
 788         }
 789     }
 790
 791     // simple rate control code
 792     if (!s->lossless)
 793     {
 794         double energy1 = 0.0, energy2 = 0.0;
 795         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
 796         {
 797             for (i = 0; i < s->block_align; i++)
 798             {
 799                 double sample = s->coded_samples[ch][i];
 800                 energy2 += sample*sample;
 801                 energy1 += fabs(sample);
 802             }
 803         }
 804
 805         energy2 = sqrt(energy2/(s->channels*s->block_align));
 806         energy1 = M_SQRT2*energy1/(s->channels*s->block_align);
 807
 808         // increase bitrate when samples are like a gaussian distribution
 809         // reduce bitrate when samples are like a two-tailed exponential distribution
 810
 811         if (energy2 > energy1)
 812             energy2 += (energy2-energy1)*RATE_VARIATION;
 813
 814         quant = (int)(BASE_QUANT*s->quantization*energy2/SAMPLE_FACTOR);
 815 //        av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "quant: %d energy: %f / %f\n", quant, energy1, energy2);
 816
 817         quant = av_clip(quant, 1, 65534);
 818
 819         put_symbol(&c, state, quant, 0, NULL, NULL);
 820
 821         quant *= SAMPLE_FACTOR;
 822     }
 823
 824     // write out coded samples
 825     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
 826     {
 827         if (!s->lossless)
 828             for (i = 0; i < s->block_align; i++)
 829                 s->coded_samples[ch][i] = ROUNDED_DIV(s->coded_samples[ch][i], quant);
 830
 831         if ((ret = intlist_write(&c, state, s->coded_samples[ch], s->block_align, 1)) < 0)
 832             return ret;
 833     }
 834
 835     avpkt->size = ff_rac_terminate(&c, 0);
 836     *got_packet_ptr = 1;
 837     return 0;
 838
 839 }
 840 #endif /* CONFIG_SONIC_ENCODER || CONFIG_SONIC_LS_ENCODER */
 841
 842 #if CONFIG_SONIC_DECODER
 843 static const int samplerate_table[] =
 844     { 44100, 22050, 11025, 96000, 48000, 32000, 24000, 16000, 8000 };
 845
 846 static av_cold int sonic_decode_init(AVCodecContext *avctx)
 847 {
 848     SonicContext *s = avctx->priv_data;
 849     int *tmp;
 850     GetBitContext gb;
 851     int i;
 852     int ret;
 853
 854     s->channels = avctx->channels;
 855     s->samplerate = avctx->sample_rate;
 856
 857     if (!avctx->extradata)
 858     {
 859         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "No mandatory headers present\n");
 860         return AVERROR_INVALIDDATA;
 861     }
 862
 863     ret = init_get_bits8(&gb, avctx->extradata, avctx->extradata_size);
 864     if (ret < 0)
 865         return ret;
 866
 867     s->version = get_bits(&gb, 2);
 868     if (s->version >= 2) {
 869         s->version       = get_bits(&gb, 8);
 870         s->minor_version = get_bits(&gb, 8);
 871     }
 872     if (s->version != 2)
 873     {
 874         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported Sonic version, please report\n");
 875         return AVERROR_INVALIDDATA;
 876     }
 877
 878     if (s->version >= 1)
 879     {
 880         int sample_rate_index;
 881         s->channels = get_bits(&gb, 2);
 882         sample_rate_index = get_bits(&gb, 4);
 883         if (sample_rate_index >= FF_ARRAY_ELEMS(samplerate_table)) {
 884             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid sample_rate_index %d\n", sample_rate_index);
 885             return AVERROR_INVALIDDATA;
 886         }
 887         s->samplerate = samplerate_table[sample_rate_index];
 888         av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "Sonicv2 chans: %d samprate: %d\n",
 889             s->channels, s->samplerate);
 890     }
 891
 892     if (s->channels > MAX_CHANNELS || s->channels < 1)
 893     {
 894         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Only mono and stereo streams are supported by now\n");
 895         return AVERROR_INVALIDDATA;
 896     }
 897     avctx->channels = s->channels;
 898
 899     s->lossless = get_bits1(&gb);
 900     if (!s->lossless)
 901         skip_bits(&gb, 3); // XXX FIXME
 902     s->decorrelation = get_bits(&gb, 2);
 903     if (s->decorrelation != 3 && s->channels != 2) {
 904         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid decorrelation %d\n", s->decorrelation);
 905         return AVERROR_INVALIDDATA;
 906     }
 907
 908     s->downsampling = get_bits(&gb, 2);
 909     if (!s->downsampling) {
 910         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid downsampling value\n");
 911         return AVERROR_INVALIDDATA;
 912     }
 913
 914     s->num_taps = (get_bits(&gb, 5)+1)<<5;
 915     if (get_bits1(&gb)) // XXX FIXME
 916         av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "Custom quant table\n");
 917
 918     s->block_align = 2048LL*s->samplerate/(44100*s->downsampling);
 919     s->frame_size = s->channels*s->block_align*s->downsampling;
 920 //    avctx->frame_size = s->block_align;
 921
 922     if (s->num_taps * s->channels > s->frame_size) {
 923         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 924                "number of taps times channels (%d * %d) larger than frame size %d\n",
 925                s->num_taps, s->channels, s->frame_size);
 926         return AVERROR_INVALIDDATA;
 927     }
 928
 929     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "Sonic: ver: %d.%d ls: %d dr: %d taps: %d block: %d frame: %d downsamp: %d\n",
 930         s->version, s->minor_version, s->lossless, s->decorrelation, s->num_taps, s->block_align, s->frame_size, s->downsampling);
 931
 932     // generate taps
 933     s->tap_quant = av_calloc(s->num_taps, sizeof(*s->tap_quant));
 934     if (!s->tap_quant)
 935         return AVERROR(ENOMEM);
 936
 937     for (i = 0; i < s->num_taps; i++)
 938         s->tap_quant[i] = ff_sqrt(i+1);
 939
 940     s->predictor_k = av_calloc(s->num_taps, sizeof(*s->predictor_k));
 941
 942     tmp = av_calloc(s->num_taps, s->channels * sizeof(**s->predictor_state));
 943     if (!tmp)
 944         return AVERROR(ENOMEM);
 945     for (i = 0; i < s->channels; i++, tmp += s->num_taps)
 946         s->predictor_state[i] = tmp;
 947
 948     tmp = av_calloc(s->block_align, s->channels * sizeof(**s->coded_samples));
 949     if (!tmp)
 950         return AVERROR(ENOMEM);
 951     for (i = 0; i < s->channels; i++, tmp += s->block_align)
 952         s->coded_samples[i]   = tmp;
 953
 954     s->int_samples = av_calloc(s->frame_size, sizeof(*s->int_samples));
 955     if (!s->int_samples)
 956         return AVERROR(ENOMEM);
 957
 958     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_S16;
 959     return 0;
 960 }
 961
 962 static av_cold int sonic_decode_close(AVCodecContext *avctx)
 963 {
 964     SonicContext *s = avctx->priv_data;
 965
 966     av_freep(&s->int_samples);
 967     av_freep(&s->tap_quant);
 968     av_freep(&s->predictor_k);
 969     av_freep(&s->predictor_state[0]);
 970     av_freep(&s->coded_samples[0]);
 971
 972     return 0;
 973 }
 974
 975 static int sonic_decode_frame(AVCodecContext *avctx,
 976                             void *data, int *got_frame_ptr,
 977                             AVPacket *avpkt)
 978 {
 979     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 980     int buf_size = avpkt->size;
 981     SonicContext *s = avctx->priv_data;
 982     RangeCoder c;
 983     uint8_t state[32];
 984     int i, quant, ch, j, ret;
 985     int16_t *samples;
 986     AVFrame *frame = data;
 987
 988     if (buf_size == 0) return 0;
 989
 990     frame->nb_samples = s->frame_size / avctx->channels;
 991     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
 992         return ret;
 993     samples = (int16_t *)frame->data[0];
 994
 995 //    av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "buf_size: %d\n", buf_size);
 996
 997     memset(state, 128, sizeof(state));
 998     ff_init_range_decoder(&c, buf, buf_size);
 999     ff_build_rac_states(&c, 0.05*(1LL<<32), 256-8);
1000
1001     intlist_read(&c, state, s->predictor_k, s->num_taps, 0);
1002
1003     // dequantize
1004     for (i = 0; i < s->num_taps; i++)
1005         s->predictor_k[i] *= s->tap_quant[i];
1006
1007     if (s->lossless)
1008         quant = 1;
1009     else
1010         quant = get_symbol(&c, state, 0) * SAMPLE_FACTOR;
1011
1012 //    av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "quant: %d\n", quant);
1013
1014     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
1015     {
1016         int x = ch;
1017
1018         if (c.overread > MAX_OVERREAD)
1019             return AVERROR_INVALIDDATA;
1020
1021         predictor_init_state(s->predictor_k, s->predictor_state[ch], s->num_taps);
1022
1023         intlist_read(&c, state, s->coded_samples[ch], s->block_align, 1);
1024
1025         for (i = 0; i < s->block_align; i++)
1026         {
1027             for (j = 0; j < s->downsampling - 1; j++)
1028             {
1029                 s->int_samples[x] = predictor_calc_error(s->predictor_k, s->predictor_state[ch], s->num_taps, 0);
1030                 x += s->channels;
1031             }
1032
1033             s->int_samples[x] = predictor_calc_error(s->predictor_k, s->predictor_state[ch], s->num_taps, s->coded_samples[ch][i] * (unsigned)quant);
1034             x += s->channels;
1035         }
1036
1037         for (i = 0; i < s->num_taps; i++)
1038             s->predictor_state[ch][i] = s->int_samples[s->frame_size - s->channels + ch - i*s->channels];
1039     }
1040
1041     switch(s->decorrelation)
1042     {
1043         case MID_SIDE:
1044             for (i = 0; i < s->frame_size; i += s->channels)
1045             {
1046                 s->int_samples[i+1] += shift(s->int_samples[i], 1);
1047                 s->int_samples[i] -= s->int_samples[i+1];
1048             }
1049             break;
1050         case LEFT_SIDE:
1051             for (i = 0; i < s->frame_size; i += s->channels)
1052                 s->int_samples[i+1] += s->int_samples[i];
1053             break;
1054         case RIGHT_SIDE:
1055             for (i = 0; i < s->frame_size; i += s->channels)
1056                 s->int_samples[i] += s->int_samples[i+1];
1057             break;
1058     }
1059
1060     if (!s->lossless)
1061         for (i = 0; i < s->frame_size; i++)
1062             s->int_samples[i] = shift(s->int_samples[i], SAMPLE_SHIFT);
1063
1064     // internal -> short
1065     for (i = 0; i < s->frame_size; i++)
1066         samples[i] = av_clip_int16(s->int_samples[i]);
1067
1068     *got_frame_ptr = 1;
1069
1070     return buf_size;
1071 }
1072
1073 AVCodec ff_sonic_decoder = {
1074     .name           = "sonic",
1075     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Sonic"),
1076     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1077     .id             = AV_CODEC_ID_SONIC,
1078     .priv_data_size = sizeof(SonicContext),
1079     .init           = sonic_decode_init,
1080     .close          = sonic_decode_close,
1081     .decode         = sonic_decode_frame,
1082     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DR1 | AV_CODEC_CAP_EXPERIMENTAL | AV_CODEC_CAP_CHANNEL_CONF,
1083     .caps_internal  = FF_CODEC_CAP_INIT_CLEANUP,
1084 };
1085 #endif /* CONFIG_SONIC_DECODER */
1086
1087 #if CONFIG_SONIC_ENCODER
1088 AVCodec ff_sonic_encoder = {
1089     .name           = "sonic",
1090     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Sonic"),
1091     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1092     .id             = AV_CODEC_ID_SONIC,
1093     .priv_data_size = sizeof(SonicContext),
1094     .init           = sonic_encode_init,
1095     .encode2        = sonic_encode_frame,
1096     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_S16, AV_SAMPLE_FMT_NONE },
1097     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_EXPERIMENTAL,
1098     .caps_internal  = FF_CODEC_CAP_INIT_CLEANUP,
1099     .close          = sonic_encode_close,
1100 };
1101 #endif
1102
1103 #if CONFIG_SONIC_LS_ENCODER
1104 AVCodec ff_sonic_ls_encoder = {
1105     .name           = "sonicls",
1106     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Sonic lossless"),
1107     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1108     .id             = AV_CODEC_ID_SONIC_LS,
1109     .priv_data_size = sizeof(SonicContext),
1110     .init           = sonic_encode_init,
1111     .encode2        = sonic_encode_frame,
1112     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_S16, AV_SAMPLE_FMT_NONE },
1113     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_EXPERIMENTAL,
1114     .caps_internal  = FF_CODEC_CAP_INIT_CLEANUP,
1115     .close          = sonic_encode_close,
1116 };
1117 #endif