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, a;
 144         e= 0;
 145         while(get_rac(c, state+1 + FFMIN(e,9))){ //1..10
 146             e++;
 147         }
 148
 149         a= 1;
 150         for(i=e-1; i>=0; i--){
 151             a += a + get_rac(c, state+22 + FFMIN(i,9)); //22..31
 152         }
 153
 154         e= -(is_signed && get_rac(c, state+11 + FFMIN(e, 10))); //11..21
 155         return (a^e)-e;
 156     }
 157 }
 158
 159 #if 1
 160 static inline int intlist_write(RangeCoder *c, uint8_t *state, int *buf, int entries, int base_2_part)
 161 {
 162     int i;
 163
 164     for (i = 0; i < entries; i++)
 165         put_symbol(c, state, buf[i], 1, NULL, NULL);
 166
 167     return 1;
 168 }
 169
 170 static inline int intlist_read(RangeCoder *c, uint8_t *state, int *buf, int entries, int base_2_part)
 171 {
 172     int i;
 173
 174     for (i = 0; i < entries; i++)
 175         buf[i] = get_symbol(c, state, 1);
 176
 177     return 1;
 178 }
 179 #elif 1
 180 static inline int intlist_write(PutBitContext *pb, int *buf, int entries, int base_2_part)
 181 {
 182     int i;
 183
 184     for (i = 0; i < entries; i++)
 185         set_se_golomb(pb, buf[i]);
 186
 187     return 1;
 188 }
 189
 190 static inline int intlist_read(GetBitContext *gb, int *buf, int entries, int base_2_part)
 191 {
 192     int i;
 193
 194     for (i = 0; i < entries; i++)
 195         buf[i] = get_se_golomb(gb);
 196
 197     return 1;
 198 }
 199
 200 #else
 201
 202 #define ADAPT_LEVEL 8
 203
 204 static int bits_to_store(uint64_t x)
 205 {
 206     int res = 0;
 207
 208     while(x)
 209     {
 210         res++;
 211         x >>= 1;
 212     }
 213     return res;
 214 }
 215
 216 static void write_uint_max(PutBitContext *pb, unsigned int value, unsigned int max)
 217 {
 218     int i, bits;
 219
 220     if (!max)
 221         return;
 222
 223     bits = bits_to_store(max);
 224
 225     for (i = 0; i < bits-1; i++)
 226         put_bits(pb, 1, value & (1 << i));
 227
 228     if ( (value | (1 << (bits-1))) <= max)
 229         put_bits(pb, 1, value & (1 << (bits-1)));
 230 }
 231
 232 static unsigned int read_uint_max(GetBitContext *gb, int max)
 233 {
 234     int i, bits, value = 0;
 235
 236     if (!max)
 237         return 0;
 238
 239     bits = bits_to_store(max);
 240
 241     for (i = 0; i < bits-1; i++)
 242         if (get_bits1(gb))
 243             value += 1 << i;
 244
 245     if ( (value | (1<<(bits-1))) <= max)
 246         if (get_bits1(gb))
 247             value += 1 << (bits-1);
 248
 249     return value;
 250 }
 251
 252 static int intlist_write(PutBitContext *pb, int *buf, int entries, int base_2_part)
 253 {
 254     int i, j, x = 0, low_bits = 0, max = 0;
 255     int step = 256, pos = 0, dominant = 0, any = 0;
 256     int *copy, *bits;
 257
 258     copy = av_calloc(entries, sizeof(*copy));
 259     if (!copy)
 260         return AVERROR(ENOMEM);
 261
 262     if (base_2_part)
 263     {
 264         int energy = 0;
 265
 266         for (i = 0; i < entries; i++)
 267             energy += abs(buf[i]);
 268
 269         low_bits = bits_to_store(energy / (entries * 2));
 270         if (low_bits > 15)
 271             low_bits = 15;
 272
 273         put_bits(pb, 4, low_bits);
 274     }
 275
 276     for (i = 0; i < entries; i++)
 277     {
 278         put_bits(pb, low_bits, abs(buf[i]));
 279         copy[i] = abs(buf[i]) >> low_bits;
 280         if (copy[i] > max)
 281             max = abs(copy[i]);
 282     }
 283
 284     bits = av_calloc(entries*max, sizeof(*bits));
 285     if (!bits)
 286     {
 287         av_free(copy);
 288         return AVERROR(ENOMEM);
 289     }
 290
 291     for (i = 0; i <= max; i++)
 292     {
 293         for (j = 0; j < entries; j++)
 294             if (copy[j] >= i)
 295                 bits[x++] = copy[j] > i;
 296     }
 297
 298     // store bitstream
 299     while (pos < x)
 300     {
 301         int steplet = step >> 8;
 302
 303         if (pos + steplet > x)
 304             steplet = x - pos;
 305
 306         for (i = 0; i < steplet; i++)
 307             if (bits[i+pos] != dominant)
 308                 any = 1;
 309
 310         put_bits(pb, 1, any);
 311
 312         if (!any)
 313         {
 314             pos += steplet;
 315             step += step / ADAPT_LEVEL;
 316         }
 317         else
 318         {
 319             int interloper = 0;
 320
 321             while (((pos + interloper) < x) && (bits[pos + interloper] == dominant))
 322                 interloper++;
 323
 324             // note change
 325             write_uint_max(pb, interloper, (step >> 8) - 1);
 326
 327             pos += interloper + 1;
 328             step -= step / ADAPT_LEVEL;
 329         }
 330
 331         if (step < 256)
 332         {
 333             step = 65536 / step;
 334             dominant = !dominant;
 335         }
 336     }
 337
 338     // store signs
 339     for (i = 0; i < entries; i++)
 340         if (buf[i])
 341             put_bits(pb, 1, buf[i] < 0);
 342
 343     av_free(bits);
 344     av_free(copy);
 345
 346     return 0;
 347 }
 348
 349 static int intlist_read(GetBitContext *gb, int *buf, int entries, int base_2_part)
 350 {
 351     int i, low_bits = 0, x = 0;
 352     int n_zeros = 0, step = 256, dominant = 0;
 353     int pos = 0, level = 0;
 354     int *bits = av_calloc(entries, sizeof(*bits));
 355
 356     if (!bits)
 357         return AVERROR(ENOMEM);
 358
 359     if (base_2_part)
 360     {
 361         low_bits = get_bits(gb, 4);
 362
 363         if (low_bits)
 364             for (i = 0; i < entries; i++)
 365                 buf[i] = get_bits(gb, low_bits);
 366     }
 367
 368 //    av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "entries: %d, low bits: %d\n", entries, low_bits);
 369
 370     while (n_zeros < entries)
 371     {
 372         int steplet = step >> 8;
 373
 374         if (!get_bits1(gb))
 375         {
 376             for (i = 0; i < steplet; i++)
 377                 bits[x++] = dominant;
 378
 379             if (!dominant)
 380                 n_zeros += steplet;
 381
 382             step += step / ADAPT_LEVEL;
 383         }
 384         else
 385         {
 386             int actual_run = read_uint_max(gb, steplet-1);
 387
 388 //            av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "actual run: %d\n", actual_run);
 389
 390             for (i = 0; i < actual_run; i++)
 391                 bits[x++] = dominant;
 392
 393             bits[x++] = !dominant;
 394
 395             if (!dominant)
 396                 n_zeros += actual_run;
 397             else
 398                 n_zeros++;
 399
 400             step -= step / ADAPT_LEVEL;
 401         }
 402
 403         if (step < 256)
 404         {
 405             step = 65536 / step;
 406             dominant = !dominant;
 407         }
 408     }
 409
 410     // reconstruct unsigned values
 411     n_zeros = 0;
 412     for (i = 0; n_zeros < entries; i++)
 413     {
 414         while(1)
 415         {
 416             if (pos >= entries)
 417             {
 418                 pos = 0;
 419                 level += 1 << low_bits;
 420             }
 421
 422             if (buf[pos] >= level)
 423                 break;
 424
 425             pos++;
 426         }
 427
 428         if (bits[i])
 429             buf[pos] += 1 << low_bits;
 430         else
 431             n_zeros++;
 432
 433         pos++;
 434     }
 435     av_free(bits);
 436
 437     // read signs
 438     for (i = 0; i < entries; i++)
 439         if (buf[i] && get_bits1(gb))
 440             buf[i] = -buf[i];
 441
 442 //    av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "zeros: %d pos: %d\n", n_zeros, pos);
 443
 444     return 0;
 445 }
 446 #endif
 447
 448 static void predictor_init_state(int *k, int *state, int order)
 449 {
 450     int i;
 451
 452     for (i = order-2; i >= 0; i--)
 453     {
 454         int j, p, x = state[i];
 455
 456         for (j = 0, p = i+1; p < order; j++,p++)
 457             {
 458             int tmp = x + shift_down(k[j] * state[p], LATTICE_SHIFT);
 459             state[p] += shift_down(k[j]*x, LATTICE_SHIFT);
 460             x = tmp;
 461         }
 462     }
 463 }
 464
 465 static int predictor_calc_error(int *k, int *state, int order, int error)
 466 {
 467     int i, x = error - shift_down(k[order-1] * state[order-1], LATTICE_SHIFT);
 468
 469 #if 1
 470     int *k_ptr = &(k[order-2]),
 471         *state_ptr = &(state[order-2]);
 472     for (i = order-2; i >= 0; i--, k_ptr--, state_ptr--)
 473     {
 474         int k_value = *k_ptr, state_value = *state_ptr;
 475         x -= shift_down(k_value * state_value, LATTICE_SHIFT);
 476         state_ptr[1] = state_value + shift_down(k_value * x, LATTICE_SHIFT);
 477     }
 478 #else
 479     for (i = order-2; i >= 0; i--)
 480     {
 481         x -= shift_down(k[i] * state[i], LATTICE_SHIFT);
 482         state[i+1] = state[i] + shift_down(k[i] * x, LATTICE_SHIFT);
 483     }
 484 #endif
 485
 486     // don't drift too far, to avoid overflows
 487     if (x >  (SAMPLE_FACTOR<<16)) x =  (SAMPLE_FACTOR<<16);
 488     if (x < -(SAMPLE_FACTOR<<16)) x = -(SAMPLE_FACTOR<<16);
 489
 490     state[0] = x;
 491
 492     return x;
 493 }
 494
 495 #if CONFIG_SONIC_ENCODER || CONFIG_SONIC_LS_ENCODER
 496 // Heavily modified Levinson-Durbin algorithm which
 497 // copes better with quantization, and calculates the
 498 // actual whitened result as it goes.
 499
 500 static void modified_levinson_durbin(int *window, int window_entries,
 501         int *out, int out_entries, int channels, int *tap_quant)
 502 {
 503     int i;
 504     int *state = av_calloc(window_entries, sizeof(*state));
 505
 506     memcpy(state, window, 4* window_entries);
 507
 508     for (i = 0; i < out_entries; i++)
 509     {
 510         int step = (i+1)*channels, k, j;
 511         double xx = 0.0, xy = 0.0;
 512 #if 1
 513         int *x_ptr = &(window[step]);
 514         int *state_ptr = &(state[0]);
 515         j = window_entries - step;
 516         for (;j>0;j--,x_ptr++,state_ptr++)
 517         {
 518             double x_value = *x_ptr;
 519             double state_value = *state_ptr;
 520             xx += state_value*state_value;
 521             xy += x_value*state_value;
 522         }
 523 #else
 524         for (j = 0; j <= (window_entries - step); j++);
 525         {
 526             double stepval = window[step+j];
 527             double stateval = window[j];
 528 //            xx += (double)window[j]*(double)window[j];
 529 //            xy += (double)window[step+j]*(double)window[j];
 530             xx += stateval*stateval;
 531             xy += stepval*stateval;
 532         }
 533 #endif
 534         if (xx == 0.0)
 535             k = 0;
 536         else
 537             k = (int)(floor(-xy/xx * (double)LATTICE_FACTOR / (double)(tap_quant[i]) + 0.5));
 538
 539         if (k > (LATTICE_FACTOR/tap_quant[i]))
 540             k = LATTICE_FACTOR/tap_quant[i];
 541         if (-k > (LATTICE_FACTOR/tap_quant[i]))
 542             k = -(LATTICE_FACTOR/tap_quant[i]);
 543
 544         out[i] = k;
 545         k *= tap_quant[i];
 546
 547 #if 1
 548         x_ptr = &(window[step]);
 549         state_ptr = &(state[0]);
 550         j = window_entries - step;
 551         for (;j>0;j--,x_ptr++,state_ptr++)
 552         {
 553             int x_value = *x_ptr;
 554             int state_value = *state_ptr;
 555             *x_ptr = x_value + shift_down(k*state_value,LATTICE_SHIFT);
 556             *state_ptr = state_value + shift_down(k*x_value, LATTICE_SHIFT);
 557         }
 558 #else
 559         for (j=0; j <= (window_entries - step); j++)
 560         {
 561             int stepval = window[step+j];
 562             int stateval=state[j];
 563             window[step+j] += shift_down(k * stateval, LATTICE_SHIFT);
 564             state[j] += shift_down(k * stepval, LATTICE_SHIFT);
 565         }
 566 #endif
 567     }
 568
 569     av_free(state);
 570 }
 571
 572 static inline int code_samplerate(int samplerate)
 573 {
 574     switch (samplerate)
 575     {
 576         case 44100: return 0;
 577         case 22050: return 1;
 578         case 11025: return 2;
 579         case 96000: return 3;
 580         case 48000: return 4;
 581         case 32000: return 5;
 582         case 24000: return 6;
 583         case 16000: return 7;
 584         case 8000: return 8;
 585     }
 586     return AVERROR(EINVAL);
 587 }
 588
 589 static av_cold int sonic_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 590 {
 591     SonicContext *s = avctx->priv_data;
 592     PutBitContext pb;
 593     int i;
 594
 595     s->version = 2;
 596
 597     if (avctx->channels > MAX_CHANNELS)
 598     {
 599         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Only mono and stereo streams are supported by now\n");
 600         return AVERROR(EINVAL); /* only stereo or mono for now */
 601     }
 602
 603     if (avctx->channels == 2)
 604         s->decorrelation = MID_SIDE;
 605     else
 606         s->decorrelation = 3;
 607
 608     if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_SONIC_LS)
 609     {
 610         s->lossless = 1;
 611         s->num_taps = 32;
 612         s->downsampling = 1;
 613         s->quantization = 0.0;
 614     }
 615     else
 616     {
 617         s->num_taps = 128;
 618         s->downsampling = 2;
 619         s->quantization = 1.0;
 620     }
 621
 622     // max tap 2048
 623     if (s->num_taps < 32 || s->num_taps > 1024 || s->num_taps % 32) {
 624         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid number of taps\n");
 625         return AVERROR_INVALIDDATA;
 626     }
 627
 628     // generate taps
 629     s->tap_quant = av_calloc(s->num_taps, sizeof(*s->tap_quant));
 630     for (i = 0; i < s->num_taps; i++)
 631         s->tap_quant[i] = ff_sqrt(i+1);
 632
 633     s->channels = avctx->channels;
 634     s->samplerate = avctx->sample_rate;
 635
 636     s->block_align = 2048LL*s->samplerate/(44100*s->downsampling);
 637     s->frame_size = s->channels*s->block_align*s->downsampling;
 638
 639     s->tail_size = s->num_taps*s->channels;
 640     s->tail = av_calloc(s->tail_size, sizeof(*s->tail));
 641     if (!s->tail)
 642         return AVERROR(ENOMEM);
 643
 644     s->predictor_k = av_calloc(s->num_taps, sizeof(*s->predictor_k) );
 645     if (!s->predictor_k)
 646         return AVERROR(ENOMEM);
 647
 648     for (i = 0; i < s->channels; i++)
 649     {
 650         s->coded_samples[i] = av_calloc(s->block_align, sizeof(**s->coded_samples));
 651         if (!s->coded_samples[i])
 652             return AVERROR(ENOMEM);
 653     }
 654
 655     s->int_samples = av_calloc(s->frame_size, sizeof(*s->int_samples));
 656
 657     s->window_size = ((2*s->tail_size)+s->frame_size);
 658     s->window = av_calloc(s->window_size, sizeof(*s->window));
 659     if (!s->window)
 660         return AVERROR(ENOMEM);
 661
 662     avctx->extradata = av_mallocz(16);
 663     if (!avctx->extradata)
 664         return AVERROR(ENOMEM);
 665     init_put_bits(&pb, avctx->extradata, 16*8);
 666
 667     put_bits(&pb, 2, s->version); // version
 668     if (s->version >= 1)
 669     {
 670         if (s->version >= 2) {
 671             put_bits(&pb, 8, s->version);
 672             put_bits(&pb, 8, s->minor_version);
 673         }
 674         put_bits(&pb, 2, s->channels);
 675         put_bits(&pb, 4, code_samplerate(s->samplerate));
 676     }
 677     put_bits(&pb, 1, s->lossless);
 678     if (!s->lossless)
 679         put_bits(&pb, 3, SAMPLE_SHIFT); // XXX FIXME: sample precision
 680     put_bits(&pb, 2, s->decorrelation);
 681     put_bits(&pb, 2, s->downsampling);
 682     put_bits(&pb, 5, (s->num_taps >> 5)-1); // 32..1024
 683     put_bits(&pb, 1, 0); // XXX FIXME: no custom tap quant table
 684
 685     flush_put_bits(&pb);
 686     avctx->extradata_size = put_bits_count(&pb)/8;
 687
 688     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "Sonic: ver: %d.%d ls: %d dr: %d taps: %d block: %d frame: %d downsamp: %d\n",
 689         s->version, s->minor_version, s->lossless, s->decorrelation, s->num_taps, s->block_align, s->frame_size, s->downsampling);
 690
 691     avctx->frame_size = s->block_align*s->downsampling;
 692
 693     return 0;
 694 }
 695
 696 static av_cold int sonic_encode_close(AVCodecContext *avctx)
 697 {
 698     SonicContext *s = avctx->priv_data;
 699     int i;
 700
 701     for (i = 0; i < s->channels; i++)
 702         av_freep(&s->coded_samples[i]);
 703
 704     av_freep(&s->predictor_k);
 705     av_freep(&s->tail);
 706     av_freep(&s->tap_quant);
 707     av_freep(&s->window);
 708     av_freep(&s->int_samples);
 709
 710     return 0;
 711 }
 712
 713 static int sonic_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
 714                               const AVFrame *frame, int *got_packet_ptr)
 715 {
 716     SonicContext *s = avctx->priv_data;
 717     RangeCoder c;
 718     int i, j, ch, quant = 0, x = 0;
 719     int ret;
 720     const short *samples = (const int16_t*)frame->data[0];
 721     uint8_t state[32];
 722
 723     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, avpkt, s->frame_size * 5 + 1000)) < 0)
 724         return ret;
 725
 726     ff_init_range_encoder(&c, avpkt->data, avpkt->size);
 727     ff_build_rac_states(&c, 0.05*(1LL<<32), 256-8);
 728     memset(state, 128, sizeof(state));
 729
 730     // short -> internal
 731     for (i = 0; i < s->frame_size; i++)
 732         s->int_samples[i] = samples[i];
 733
 734     if (!s->lossless)
 735         for (i = 0; i < s->frame_size; i++)
 736             s->int_samples[i] = s->int_samples[i] << SAMPLE_SHIFT;
 737
 738     switch(s->decorrelation)
 739     {
 740         case MID_SIDE:
 741             for (i = 0; i < s->frame_size; i += s->channels)
 742             {
 743                 s->int_samples[i] += s->int_samples[i+1];
 744                 s->int_samples[i+1] -= shift(s->int_samples[i], 1);
 745             }
 746             break;
 747         case LEFT_SIDE:
 748             for (i = 0; i < s->frame_size; i += s->channels)
 749                 s->int_samples[i+1] -= s->int_samples[i];
 750             break;
 751         case RIGHT_SIDE:
 752             for (i = 0; i < s->frame_size; i += s->channels)
 753                 s->int_samples[i] -= s->int_samples[i+1];
 754             break;
 755     }
 756
 757     memset(s->window, 0, 4* s->window_size);
 758
 759     for (i = 0; i < s->tail_size; i++)
 760         s->window[x++] = s->tail[i];
 761
 762     for (i = 0; i < s->frame_size; i++)
 763         s->window[x++] = s->int_samples[i];
 764
 765     for (i = 0; i < s->tail_size; i++)
 766         s->window[x++] = 0;
 767
 768     for (i = 0; i < s->tail_size; i++)
 769         s->tail[i] = s->int_samples[s->frame_size - s->tail_size + i];
 770
 771     // generate taps
 772     modified_levinson_durbin(s->window, s->window_size,
 773                 s->predictor_k, s->num_taps, s->channels, s->tap_quant);
 774     if ((ret = intlist_write(&c, state, s->predictor_k, s->num_taps, 0)) < 0)
 775         return ret;
 776
 777     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
 778     {
 779         x = s->tail_size+ch;
 780         for (i = 0; i < s->block_align; i++)
 781         {
 782             int sum = 0;
 783             for (j = 0; j < s->downsampling; j++, x += s->channels)
 784                 sum += s->window[x];
 785             s->coded_samples[ch][i] = sum;
 786         }
 787     }
 788
 789     // simple rate control code
 790     if (!s->lossless)
 791     {
 792         double energy1 = 0.0, energy2 = 0.0;
 793         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
 794         {
 795             for (i = 0; i < s->block_align; i++)
 796             {
 797                 double sample = s->coded_samples[ch][i];
 798                 energy2 += sample*sample;
 799                 energy1 += fabs(sample);
 800             }
 801         }
 802
 803         energy2 = sqrt(energy2/(s->channels*s->block_align));
 804         energy1 = M_SQRT2*energy1/(s->channels*s->block_align);
 805
 806         // increase bitrate when samples are like a gaussian distribution
 807         // reduce bitrate when samples are like a two-tailed exponential distribution
 808
 809         if (energy2 > energy1)
 810             energy2 += (energy2-energy1)*RATE_VARIATION;
 811
 812         quant = (int)(BASE_QUANT*s->quantization*energy2/SAMPLE_FACTOR);
 813 //        av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "quant: %d energy: %f / %f\n", quant, energy1, energy2);
 814
 815         quant = av_clip(quant, 1, 65534);
 816
 817         put_symbol(&c, state, quant, 0, NULL, NULL);
 818
 819         quant *= SAMPLE_FACTOR;
 820     }
 821
 822     // write out coded samples
 823     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
 824     {
 825         if (!s->lossless)
 826             for (i = 0; i < s->block_align; i++)
 827                 s->coded_samples[ch][i] = ROUNDED_DIV(s->coded_samples[ch][i], quant);
 828
 829         if ((ret = intlist_write(&c, state, s->coded_samples[ch], s->block_align, 1)) < 0)
 830             return ret;
 831     }
 832
 833 //    av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "used bytes: %d\n", (put_bits_count(&pb)+7)/8);
 834
 835     avpkt->size = ff_rac_terminate(&c);
 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     GetBitContext gb;
 850     int i;
 851
 852     s->channels = avctx->channels;
 853     s->samplerate = avctx->sample_rate;
 854
 855     if (!avctx->extradata)
 856     {
 857         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "No mandatory headers present\n");
 858         return AVERROR_INVALIDDATA;
 859     }
 860
 861     init_get_bits8(&gb, avctx->extradata, avctx->extradata_size);
 862
 863     s->version = get_bits(&gb, 2);
 864     if (s->version >= 2) {
 865         s->version       = get_bits(&gb, 8);
 866         s->minor_version = get_bits(&gb, 8);
 867     }
 868     if (s->version != 2)
 869     {
 870         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported Sonic version, please report\n");
 871         return AVERROR_INVALIDDATA;
 872     }
 873
 874     if (s->version >= 1)
 875     {
 876         s->channels = get_bits(&gb, 2);
 877         s->samplerate = samplerate_table[get_bits(&gb, 4)];
 878         av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "Sonicv2 chans: %d samprate: %d\n",
 879             s->channels, s->samplerate);
 880     }
 881
 882     if (s->channels > MAX_CHANNELS)
 883     {
 884         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Only mono and stereo streams are supported by now\n");
 885         return AVERROR_INVALIDDATA;
 886     }
 887
 888     s->lossless = get_bits1(&gb);
 889     if (!s->lossless)
 890         skip_bits(&gb, 3); // XXX FIXME
 891     s->decorrelation = get_bits(&gb, 2);
 892     if (s->decorrelation != 3 && s->channels != 2) {
 893         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid decorrelation %d\n", s->decorrelation);
 894         return AVERROR_INVALIDDATA;
 895     }
 896
 897     s->downsampling = get_bits(&gb, 2);
 898     if (!s->downsampling) {
 899         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid downsampling value\n");
 900         return AVERROR_INVALIDDATA;
 901     }
 902
 903     s->num_taps = (get_bits(&gb, 5)+1)<<5;
 904     if (get_bits1(&gb)) // XXX FIXME
 905         av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "Custom quant table\n");
 906
 907     s->block_align = 2048LL*s->samplerate/(44100*s->downsampling);
 908     s->frame_size = s->channels*s->block_align*s->downsampling;
 909 //    avctx->frame_size = s->block_align;
 910
 911     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "Sonic: ver: %d.%d ls: %d dr: %d taps: %d block: %d frame: %d downsamp: %d\n",
 912         s->version, s->minor_version, s->lossless, s->decorrelation, s->num_taps, s->block_align, s->frame_size, s->downsampling);
 913
 914     // generate taps
 915     s->tap_quant = av_calloc(s->num_taps, sizeof(*s->tap_quant));
 916     for (i = 0; i < s->num_taps; i++)
 917         s->tap_quant[i] = ff_sqrt(i+1);
 918
 919     s->predictor_k = av_calloc(s->num_taps, sizeof(*s->predictor_k));
 920
 921     for (i = 0; i < s->channels; i++)
 922     {
 923         s->predictor_state[i] = av_calloc(s->num_taps, sizeof(**s->predictor_state));
 924         if (!s->predictor_state[i])
 925             return AVERROR(ENOMEM);
 926     }
 927
 928     for (i = 0; i < s->channels; i++)
 929     {
 930         s->coded_samples[i] = av_calloc(s->block_align, sizeof(**s->coded_samples));
 931         if (!s->coded_samples[i])
 932             return AVERROR(ENOMEM);
 933     }
 934     s->int_samples = av_calloc(s->frame_size, sizeof(*s->int_samples));
 935
 936     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_S16;
 937     return 0;
 938 }
 939
 940 static av_cold int sonic_decode_close(AVCodecContext *avctx)
 941 {
 942     SonicContext *s = avctx->priv_data;
 943     int i;
 944
 945     av_freep(&s->int_samples);
 946     av_freep(&s->tap_quant);
 947     av_freep(&s->predictor_k);
 948
 949     for (i = 0; i < s->channels; i++)
 950     {
 951         av_freep(&s->predictor_state[i]);
 952         av_freep(&s->coded_samples[i]);
 953     }
 954
 955     return 0;
 956 }
 957
 958 static int sonic_decode_frame(AVCodecContext *avctx,
 959                             void *data, int *got_frame_ptr,
 960                             AVPacket *avpkt)
 961 {
 962     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 963     int buf_size = avpkt->size;
 964     SonicContext *s = avctx->priv_data;
 965     RangeCoder c;
 966     uint8_t state[32];
 967     int i, quant, ch, j, ret;
 968     int16_t *samples;
 969     AVFrame *frame = data;
 970
 971     if (buf_size == 0) return 0;
 972
 973     frame->nb_samples = s->frame_size / avctx->channels;
 974     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
 975         return ret;
 976     samples = (int16_t *)frame->data[0];
 977
 978 //    av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "buf_size: %d\n", buf_size);
 979
 980     memset(state, 128, sizeof(state));
 981     ff_init_range_decoder(&c, buf, buf_size);
 982     ff_build_rac_states(&c, 0.05*(1LL<<32), 256-8);
 983
 984     intlist_read(&c, state, s->predictor_k, s->num_taps, 0);
 985
 986     // dequantize
 987     for (i = 0; i < s->num_taps; i++)
 988         s->predictor_k[i] *= s->tap_quant[i];
 989
 990     if (s->lossless)
 991         quant = 1;
 992     else
 993         quant = get_symbol(&c, state, 0) * SAMPLE_FACTOR;
 994
 995 //    av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "quant: %d\n", quant);
 996
 997     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
 998     {
 999         int x = ch;
1000
1001         predictor_init_state(s->predictor_k, s->predictor_state[ch], s->num_taps);
1002
1003         intlist_read(&c, state, s->coded_samples[ch], s->block_align, 1);
1004
1005         for (i = 0; i < s->block_align; i++)
1006         {
1007             for (j = 0; j < s->downsampling - 1; j++)
1008             {
1009                 s->int_samples[x] = predictor_calc_error(s->predictor_k, s->predictor_state[ch], s->num_taps, 0);
1010                 x += s->channels;
1011             }
1012
1013             s->int_samples[x] = predictor_calc_error(s->predictor_k, s->predictor_state[ch], s->num_taps, s->coded_samples[ch][i] * quant);
1014             x += s->channels;
1015         }
1016
1017         for (i = 0; i < s->num_taps; i++)
1018             s->predictor_state[ch][i] = s->int_samples[s->frame_size - s->channels + ch - i*s->channels];
1019     }
1020
1021     switch(s->decorrelation)
1022     {
1023         case MID_SIDE:
1024             for (i = 0; i < s->frame_size; i += s->channels)
1025             {
1026                 s->int_samples[i+1] += shift(s->int_samples[i], 1);
1027                 s->int_samples[i] -= s->int_samples[i+1];
1028             }
1029             break;
1030         case LEFT_SIDE:
1031             for (i = 0; i < s->frame_size; i += s->channels)
1032                 s->int_samples[i+1] += s->int_samples[i];
1033             break;
1034         case RIGHT_SIDE:
1035             for (i = 0; i < s->frame_size; i += s->channels)
1036                 s->int_samples[i] += s->int_samples[i+1];
1037             break;
1038     }
1039
1040     if (!s->lossless)
1041         for (i = 0; i < s->frame_size; i++)
1042             s->int_samples[i] = shift(s->int_samples[i], SAMPLE_SHIFT);
1043
1044     // internal -> short
1045     for (i = 0; i < s->frame_size; i++)
1046         samples[i] = av_clip_int16(s->int_samples[i]);
1047
1048     *got_frame_ptr = 1;
1049
1050     return buf_size;
1051 }
1052
1053 AVCodec ff_sonic_decoder = {
1054     .name           = "sonic",
1055     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Sonic"),
1056     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1057     .id             = AV_CODEC_ID_SONIC,
1058     .priv_data_size = sizeof(SonicContext),
1059     .init           = sonic_decode_init,
1060     .close          = sonic_decode_close,
1061     .decode         = sonic_decode_frame,
1062     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1 | CODEC_CAP_EXPERIMENTAL,
1063 };
1064 #endif /* CONFIG_SONIC_DECODER */
1065
1066 #if CONFIG_SONIC_ENCODER
1067 AVCodec ff_sonic_encoder = {
1068     .name           = "sonic",
1069     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Sonic"),
1070     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1071     .id             = AV_CODEC_ID_SONIC,
1072     .priv_data_size = sizeof(SonicContext),
1073     .init           = sonic_encode_init,
1074     .encode2        = sonic_encode_frame,
1075     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_S16, AV_SAMPLE_FMT_NONE },
1076     .capabilities   = CODEC_CAP_EXPERIMENTAL,
1077     .close          = sonic_encode_close,
1078 };
1079 #endif
1080
1081 #if CONFIG_SONIC_LS_ENCODER
1082 AVCodec ff_sonic_ls_encoder = {
1083     .name           = "sonicls",
1084     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Sonic lossless"),
1085     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1086     .id             = AV_CODEC_ID_SONIC_LS,
1087     .priv_data_size = sizeof(SonicContext),
1088     .init           = sonic_encode_init,
1089     .encode2        = sonic_encode_frame,
1090     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_S16, AV_SAMPLE_FMT_NONE },
1091     .capabilities   = CODEC_CAP_EXPERIMENTAL,
1092     .close          = sonic_encode_close,
1093 };
1094 #endif