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 -= 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 -= 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 int 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 = av_calloc(window_entries, sizeof(*state));
 508
 509     if (!state)
 510         return AVERROR(ENOMEM);
 511
 512     memcpy(state, window, 4* window_entries);
 513
 514     for (i = 0; i < out_entries; i++)
 515     {
 516         int step = (i+1)*channels, k, j;
 517         double xx = 0.0, xy = 0.0;
 518 #if 1
 519         int *x_ptr = &(window[step]);
 520         int *state_ptr = &(state[0]);
 521         j = window_entries - step;
 522         for (;j>0;j--,x_ptr++,state_ptr++)
 523         {
 524             double x_value = *x_ptr;
 525             double state_value = *state_ptr;
 526             xx += state_value*state_value;
 527             xy += x_value*state_value;
 528         }
 529 #else
 530         for (j = 0; j <= (window_entries - step); j++);
 531         {
 532             double stepval = window[step+j];
 533             double stateval = window[j];
 534 //            xx += (double)window[j]*(double)window[j];
 535 //            xy += (double)window[step+j]*(double)window[j];
 536             xx += stateval*stateval;
 537             xy += stepval*stateval;
 538         }
 539 #endif
 540         if (xx == 0.0)
 541             k = 0;
 542         else
 543             k = (int)(floor(-xy/xx * (double)LATTICE_FACTOR / (double)(tap_quant[i]) + 0.5));
 544
 545         if (k > (LATTICE_FACTOR/tap_quant[i]))
 546             k = LATTICE_FACTOR/tap_quant[i];
 547         if (-k > (LATTICE_FACTOR/tap_quant[i]))
 548             k = -(LATTICE_FACTOR/tap_quant[i]);
 549
 550         out[i] = k;
 551         k *= tap_quant[i];
 552
 553 #if 1
 554         x_ptr = &(window[step]);
 555         state_ptr = &(state[0]);
 556         j = window_entries - step;
 557         for (;j>0;j--,x_ptr++,state_ptr++)
 558         {
 559             int x_value = *x_ptr;
 560             int state_value = *state_ptr;
 561             *x_ptr = x_value + shift_down(k*state_value,LATTICE_SHIFT);
 562             *state_ptr = state_value + shift_down(k*x_value, LATTICE_SHIFT);
 563         }
 564 #else
 565         for (j=0; j <= (window_entries - step); j++)
 566         {
 567             int stepval = window[step+j];
 568             int stateval=state[j];
 569             window[step+j] += shift_down(k * stateval, LATTICE_SHIFT);
 570             state[j] += shift_down(k * stepval, LATTICE_SHIFT);
 571         }
 572 #endif
 573     }
 574
 575     av_free(state);
 576     return 0;
 577 }
 578
 579 static inline int code_samplerate(int samplerate)
 580 {
 581     switch (samplerate)
 582     {
 583         case 44100: return 0;
 584         case 22050: return 1;
 585         case 11025: return 2;
 586         case 96000: return 3;
 587         case 48000: return 4;
 588         case 32000: return 5;
 589         case 24000: return 6;
 590         case 16000: return 7;
 591         case 8000: return 8;
 592     }
 593     return AVERROR(EINVAL);
 594 }
 595
 596 static av_cold int sonic_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 597 {
 598     SonicContext *s = avctx->priv_data;
 599     int *coded_samples;
 600     PutBitContext pb;
 601     int i;
 602
 603     s->version = 2;
 604
 605     if (avctx->channels > MAX_CHANNELS)
 606     {
 607         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Only mono and stereo streams are supported by now\n");
 608         return AVERROR(EINVAL); /* only stereo or mono for now */
 609     }
 610
 611     if (avctx->channels == 2)
 612         s->decorrelation = MID_SIDE;
 613     else
 614         s->decorrelation = 3;
 615
 616     if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_SONIC_LS)
 617     {
 618         s->lossless = 1;
 619         s->num_taps = 32;
 620         s->downsampling = 1;
 621         s->quantization = 0.0;
 622     }
 623     else
 624     {
 625         s->num_taps = 128;
 626         s->downsampling = 2;
 627         s->quantization = 1.0;
 628     }
 629
 630     // max tap 2048
 631     if (s->num_taps < 32 || s->num_taps > 1024 || s->num_taps % 32) {
 632         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid number of taps\n");
 633         return AVERROR_INVALIDDATA;
 634     }
 635
 636     // generate taps
 637     s->tap_quant = av_calloc(s->num_taps, sizeof(*s->tap_quant));
 638     if (!s->tap_quant)
 639         return AVERROR(ENOMEM);
 640
 641     for (i = 0; i < s->num_taps; i++)
 642         s->tap_quant[i] = ff_sqrt(i+1);
 643
 644     s->channels = avctx->channels;
 645     s->samplerate = avctx->sample_rate;
 646
 647     s->block_align = 2048LL*s->samplerate/(44100*s->downsampling);
 648     s->frame_size = s->channels*s->block_align*s->downsampling;
 649
 650     s->tail_size = s->num_taps*s->channels;
 651     s->tail = av_calloc(s->tail_size, sizeof(*s->tail));
 652     if (!s->tail)
 653         return AVERROR(ENOMEM);
 654
 655     s->predictor_k = av_calloc(s->num_taps, sizeof(*s->predictor_k) );
 656     if (!s->predictor_k)
 657         return AVERROR(ENOMEM);
 658
 659     coded_samples = av_calloc(s->block_align, s->channels * sizeof(**s->coded_samples));
 660     if (!coded_samples)
 661         return AVERROR(ENOMEM);
 662     for (i = 0; i < s->channels; i++, coded_samples += s->block_align)
 663         s->coded_samples[i] = coded_samples;
 664
 665     s->int_samples = av_calloc(s->frame_size, sizeof(*s->int_samples));
 666
 667     s->window_size = ((2*s->tail_size)+s->frame_size);
 668     s->window = av_calloc(s->window_size, sizeof(*s->window));
 669     if (!s->window || !s->int_samples)
 670         return AVERROR(ENOMEM);
 671
 672     avctx->extradata = av_mallocz(16);
 673     if (!avctx->extradata)
 674         return AVERROR(ENOMEM);
 675     init_put_bits(&pb, avctx->extradata, 16*8);
 676
 677     put_bits(&pb, 2, s->version); // version
 678     if (s->version >= 1)
 679     {
 680         if (s->version >= 2) {
 681             put_bits(&pb, 8, s->version);
 682             put_bits(&pb, 8, s->minor_version);
 683         }
 684         put_bits(&pb, 2, s->channels);
 685         put_bits(&pb, 4, code_samplerate(s->samplerate));
 686     }
 687     put_bits(&pb, 1, s->lossless);
 688     if (!s->lossless)
 689         put_bits(&pb, 3, SAMPLE_SHIFT); // XXX FIXME: sample precision
 690     put_bits(&pb, 2, s->decorrelation);
 691     put_bits(&pb, 2, s->downsampling);
 692     put_bits(&pb, 5, (s->num_taps >> 5)-1); // 32..1024
 693     put_bits(&pb, 1, 0); // XXX FIXME: no custom tap quant table
 694
 695     flush_put_bits(&pb);
 696     avctx->extradata_size = put_bits_count(&pb)/8;
 697
 698     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "Sonic: ver: %d.%d ls: %d dr: %d taps: %d block: %d frame: %d downsamp: %d\n",
 699         s->version, s->minor_version, s->lossless, s->decorrelation, s->num_taps, s->block_align, s->frame_size, s->downsampling);
 700
 701     avctx->frame_size = s->block_align*s->downsampling;
 702
 703     return 0;
 704 }
 705
 706 static av_cold int sonic_encode_close(AVCodecContext *avctx)
 707 {
 708     SonicContext *s = avctx->priv_data;
 709
 710     av_freep(&s->coded_samples[0]);
 711     av_freep(&s->predictor_k);
 712     av_freep(&s->tail);
 713     av_freep(&s->tap_quant);
 714     av_freep(&s->window);
 715     av_freep(&s->int_samples);
 716
 717     return 0;
 718 }
 719
 720 static int sonic_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
 721                               const AVFrame *frame, int *got_packet_ptr)
 722 {
 723     SonicContext *s = avctx->priv_data;
 724     RangeCoder c;
 725     int i, j, ch, quant = 0, x = 0;
 726     int ret;
 727     const short *samples = (const int16_t*)frame->data[0];
 728     uint8_t state[32];
 729
 730     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, avpkt, s->frame_size * 5 + 1000, 0)) < 0)
 731         return ret;
 732
 733     ff_init_range_encoder(&c, avpkt->data, avpkt->size);
 734     ff_build_rac_states(&c, 0.05*(1LL<<32), 256-8);
 735     memset(state, 128, sizeof(state));
 736
 737     // short -> internal
 738     for (i = 0; i < s->frame_size; i++)
 739         s->int_samples[i] = samples[i];
 740
 741     if (!s->lossless)
 742         for (i = 0; i < s->frame_size; i++)
 743             s->int_samples[i] = s->int_samples[i] << SAMPLE_SHIFT;
 744
 745     switch(s->decorrelation)
 746     {
 747         case MID_SIDE:
 748             for (i = 0; i < s->frame_size; i += s->channels)
 749             {
 750                 s->int_samples[i] += s->int_samples[i+1];
 751                 s->int_samples[i+1] -= shift(s->int_samples[i], 1);
 752             }
 753             break;
 754         case LEFT_SIDE:
 755             for (i = 0; i < s->frame_size; i += s->channels)
 756                 s->int_samples[i+1] -= s->int_samples[i];
 757             break;
 758         case RIGHT_SIDE:
 759             for (i = 0; i < s->frame_size; i += s->channels)
 760                 s->int_samples[i] -= s->int_samples[i+1];
 761             break;
 762     }
 763
 764     memset(s->window, 0, 4* s->window_size);
 765
 766     for (i = 0; i < s->tail_size; i++)
 767         s->window[x++] = s->tail[i];
 768
 769     for (i = 0; i < s->frame_size; i++)
 770         s->window[x++] = s->int_samples[i];
 771
 772     for (i = 0; i < s->tail_size; i++)
 773         s->window[x++] = 0;
 774
 775     for (i = 0; i < s->tail_size; i++)
 776         s->tail[i] = s->int_samples[s->frame_size - s->tail_size + i];
 777
 778     // generate taps
 779     ret = modified_levinson_durbin(s->window, s->window_size,
 780                 s->predictor_k, s->num_taps, s->channels, s->tap_quant);
 781     if (ret < 0)
 782         return ret;
 783
 784     if ((ret = intlist_write(&c, state, s->predictor_k, s->num_taps, 0)) < 0)
 785         return ret;
 786
 787     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
 788     {
 789         x = s->tail_size+ch;
 790         for (i = 0; i < s->block_align; i++)
 791         {
 792             int sum = 0;
 793             for (j = 0; j < s->downsampling; j++, x += s->channels)
 794                 sum += s->window[x];
 795             s->coded_samples[ch][i] = sum;
 796         }
 797     }
 798
 799     // simple rate control code
 800     if (!s->lossless)
 801     {
 802         double energy1 = 0.0, energy2 = 0.0;
 803         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
 804         {
 805             for (i = 0; i < s->block_align; i++)
 806             {
 807                 double sample = s->coded_samples[ch][i];
 808                 energy2 += sample*sample;
 809                 energy1 += fabs(sample);
 810             }
 811         }
 812
 813         energy2 = sqrt(energy2/(s->channels*s->block_align));
 814         energy1 = M_SQRT2*energy1/(s->channels*s->block_align);
 815
 816         // increase bitrate when samples are like a gaussian distribution
 817         // reduce bitrate when samples are like a two-tailed exponential distribution
 818
 819         if (energy2 > energy1)
 820             energy2 += (energy2-energy1)*RATE_VARIATION;
 821
 822         quant = (int)(BASE_QUANT*s->quantization*energy2/SAMPLE_FACTOR);
 823 //        av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "quant: %d energy: %f / %f\n", quant, energy1, energy2);
 824
 825         quant = av_clip(quant, 1, 65534);
 826
 827         put_symbol(&c, state, quant, 0, NULL, NULL);
 828
 829         quant *= SAMPLE_FACTOR;
 830     }
 831
 832     // write out coded samples
 833     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
 834     {
 835         if (!s->lossless)
 836             for (i = 0; i < s->block_align; i++)
 837                 s->coded_samples[ch][i] = ROUNDED_DIV(s->coded_samples[ch][i], quant);
 838
 839         if ((ret = intlist_write(&c, state, s->coded_samples[ch], s->block_align, 1)) < 0)
 840             return ret;
 841     }
 842
 843 //    av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "used bytes: %d\n", (put_bits_count(&pb)+7)/8);
 844
 845     avpkt->size = ff_rac_terminate(&c, 0);
 846     *got_packet_ptr = 1;
 847     return 0;
 848
 849 }
 850 #endif /* CONFIG_SONIC_ENCODER || CONFIG_SONIC_LS_ENCODER */
 851
 852 #if CONFIG_SONIC_DECODER
 853 static const int samplerate_table[] =
 854     { 44100, 22050, 11025, 96000, 48000, 32000, 24000, 16000, 8000 };
 855
 856 static av_cold int sonic_decode_init(AVCodecContext *avctx)
 857 {
 858     SonicContext *s = avctx->priv_data;
 859     int *tmp;
 860     GetBitContext gb;
 861     int i;
 862     int ret;
 863
 864     s->channels = avctx->channels;
 865     s->samplerate = avctx->sample_rate;
 866
 867     if (!avctx->extradata)
 868     {
 869         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "No mandatory headers present\n");
 870         return AVERROR_INVALIDDATA;
 871     }
 872
 873     ret = init_get_bits8(&gb, avctx->extradata, avctx->extradata_size);
 874     if (ret < 0)
 875         return ret;
 876
 877     s->version = get_bits(&gb, 2);
 878     if (s->version >= 2) {
 879         s->version       = get_bits(&gb, 8);
 880         s->minor_version = get_bits(&gb, 8);
 881     }
 882     if (s->version != 2)
 883     {
 884         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported Sonic version, please report\n");
 885         return AVERROR_INVALIDDATA;
 886     }
 887
 888     if (s->version >= 1)
 889     {
 890         int sample_rate_index;
 891         s->channels = get_bits(&gb, 2);
 892         sample_rate_index = get_bits(&gb, 4);
 893         if (sample_rate_index >= FF_ARRAY_ELEMS(samplerate_table)) {
 894             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid sample_rate_index %d\n", sample_rate_index);
 895             return AVERROR_INVALIDDATA;
 896         }
 897         s->samplerate = samplerate_table[sample_rate_index];
 898         av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "Sonicv2 chans: %d samprate: %d\n",
 899             s->channels, s->samplerate);
 900     }
 901
 902     if (s->channels > MAX_CHANNELS || s->channels < 1)
 903     {
 904         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Only mono and stereo streams are supported by now\n");
 905         return AVERROR_INVALIDDATA;
 906     }
 907     avctx->channels = s->channels;
 908
 909     s->lossless = get_bits1(&gb);
 910     if (!s->lossless)
 911         skip_bits(&gb, 3); // XXX FIXME
 912     s->decorrelation = get_bits(&gb, 2);
 913     if (s->decorrelation != 3 && s->channels != 2) {
 914         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid decorrelation %d\n", s->decorrelation);
 915         return AVERROR_INVALIDDATA;
 916     }
 917
 918     s->downsampling = get_bits(&gb, 2);
 919     if (!s->downsampling) {
 920         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid downsampling value\n");
 921         return AVERROR_INVALIDDATA;
 922     }
 923
 924     s->num_taps = (get_bits(&gb, 5)+1)<<5;
 925     if (get_bits1(&gb)) // XXX FIXME
 926         av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "Custom quant table\n");
 927
 928     s->block_align = 2048LL*s->samplerate/(44100*s->downsampling);
 929     s->frame_size = s->channels*s->block_align*s->downsampling;
 930 //    avctx->frame_size = s->block_align;
 931
 932     if (s->num_taps * s->channels > s->frame_size) {
 933         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 934                "number of taps times channels (%d * %d) larger than frame size %d\n",
 935                s->num_taps, s->channels, s->frame_size);
 936         return AVERROR_INVALIDDATA;
 937     }
 938
 939     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "Sonic: ver: %d.%d ls: %d dr: %d taps: %d block: %d frame: %d downsamp: %d\n",
 940         s->version, s->minor_version, s->lossless, s->decorrelation, s->num_taps, s->block_align, s->frame_size, s->downsampling);
 941
 942     // generate taps
 943     s->tap_quant = av_calloc(s->num_taps, sizeof(*s->tap_quant));
 944     if (!s->tap_quant)
 945         return AVERROR(ENOMEM);
 946
 947     for (i = 0; i < s->num_taps; i++)
 948         s->tap_quant[i] = ff_sqrt(i+1);
 949
 950     s->predictor_k = av_calloc(s->num_taps, sizeof(*s->predictor_k));
 951
 952     tmp = av_calloc(s->num_taps, s->channels * sizeof(**s->predictor_state));
 953     if (!tmp)
 954         return AVERROR(ENOMEM);
 955     for (i = 0; i < s->channels; i++, tmp += s->num_taps)
 956         s->predictor_state[i] = tmp;
 957
 958     tmp = av_calloc(s->block_align, s->channels * sizeof(**s->coded_samples));
 959     if (!tmp)
 960         return AVERROR(ENOMEM);
 961     for (i = 0; i < s->channels; i++, tmp += s->block_align)
 962         s->coded_samples[i]   = tmp;
 963
 964     s->int_samples = av_calloc(s->frame_size, sizeof(*s->int_samples));
 965     if (!s->int_samples)
 966         return AVERROR(ENOMEM);
 967
 968     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_S16;
 969     return 0;
 970 }
 971
 972 static av_cold int sonic_decode_close(AVCodecContext *avctx)
 973 {
 974     SonicContext *s = avctx->priv_data;
 975
 976     av_freep(&s->int_samples);
 977     av_freep(&s->tap_quant);
 978     av_freep(&s->predictor_k);
 979     av_freep(&s->predictor_state[0]);
 980     av_freep(&s->coded_samples[0]);
 981
 982     return 0;
 983 }
 984
 985 static int sonic_decode_frame(AVCodecContext *avctx,
 986                             void *data, int *got_frame_ptr,
 987                             AVPacket *avpkt)
 988 {
 989     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 990     int buf_size = avpkt->size;
 991     SonicContext *s = avctx->priv_data;
 992     RangeCoder c;
 993     uint8_t state[32];
 994     int i, quant, ch, j, ret;
 995     int16_t *samples;
 996     AVFrame *frame = data;
 997
 998     if (buf_size == 0) return 0;
 999
1000     frame->nb_samples = s->frame_size / avctx->channels;
1001     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
1002         return ret;
1003     samples = (int16_t *)frame->data[0];
1004
1005 //    av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "buf_size: %d\n", buf_size);
1006
1007     memset(state, 128, sizeof(state));
1008     ff_init_range_decoder(&c, buf, buf_size);
1009     ff_build_rac_states(&c, 0.05*(1LL<<32), 256-8);
1010
1011     intlist_read(&c, state, s->predictor_k, s->num_taps, 0);
1012
1013     // dequantize
1014     for (i = 0; i < s->num_taps; i++)
1015         s->predictor_k[i] *= s->tap_quant[i];
1016
1017     if (s->lossless)
1018         quant = 1;
1019     else
1020         quant = get_symbol(&c, state, 0) * SAMPLE_FACTOR;
1021
1022 //    av_log(NULL, AV_LOG_INFO, "quant: %d\n", quant);
1023
1024     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
1025     {
1026         int x = ch;
1027
1028         if (c.overread > MAX_OVERREAD)
1029             return AVERROR_INVALIDDATA;
1030
1031         predictor_init_state(s->predictor_k, s->predictor_state[ch], s->num_taps);
1032
1033         intlist_read(&c, state, s->coded_samples[ch], s->block_align, 1);
1034
1035         for (i = 0; i < s->block_align; i++)
1036         {
1037             for (j = 0; j < s->downsampling - 1; j++)
1038             {
1039                 s->int_samples[x] = predictor_calc_error(s->predictor_k, s->predictor_state[ch], s->num_taps, 0);
1040                 x += s->channels;
1041             }
1042
1043             s->int_samples[x] = predictor_calc_error(s->predictor_k, s->predictor_state[ch], s->num_taps, s->coded_samples[ch][i] * (unsigned)quant);
1044             x += s->channels;
1045         }
1046
1047         for (i = 0; i < s->num_taps; i++)
1048             s->predictor_state[ch][i] = s->int_samples[s->frame_size - s->channels + ch - i*s->channels];
1049     }
1050
1051     switch(s->decorrelation)
1052     {
1053         case MID_SIDE:
1054             for (i = 0; i < s->frame_size; i += s->channels)
1055             {
1056                 s->int_samples[i+1] += shift(s->int_samples[i], 1);
1057                 s->int_samples[i] -= s->int_samples[i+1];
1058             }
1059             break;
1060         case LEFT_SIDE:
1061             for (i = 0; i < s->frame_size; i += s->channels)
1062                 s->int_samples[i+1] += s->int_samples[i];
1063             break;
1064         case RIGHT_SIDE:
1065             for (i = 0; i < s->frame_size; i += s->channels)
1066                 s->int_samples[i] += s->int_samples[i+1];
1067             break;
1068     }
1069
1070     if (!s->lossless)
1071         for (i = 0; i < s->frame_size; i++)
1072             s->int_samples[i] = shift(s->int_samples[i], SAMPLE_SHIFT);
1073
1074     // internal -> short
1075     for (i = 0; i < s->frame_size; i++)
1076         samples[i] = av_clip_int16(s->int_samples[i]);
1077
1078     *got_frame_ptr = 1;
1079
1080     return buf_size;
1081 }
1082
1083 AVCodec ff_sonic_decoder = {
1084     .name           = "sonic",
1085     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Sonic"),
1086     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1087     .id             = AV_CODEC_ID_SONIC,
1088     .priv_data_size = sizeof(SonicContext),
1089     .init           = sonic_decode_init,
1090     .close          = sonic_decode_close,
1091     .decode         = sonic_decode_frame,
1092     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DR1 | AV_CODEC_CAP_EXPERIMENTAL,
1093     .caps_internal  = FF_CODEC_CAP_INIT_CLEANUP,
1094 };
1095 #endif /* CONFIG_SONIC_DECODER */
1096
1097 #if CONFIG_SONIC_ENCODER
1098 AVCodec ff_sonic_encoder = {
1099     .name           = "sonic",
1100     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Sonic"),
1101     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1102     .id             = AV_CODEC_ID_SONIC,
1103     .priv_data_size = sizeof(SonicContext),
1104     .init           = sonic_encode_init,
1105     .encode2        = sonic_encode_frame,
1106     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_S16, AV_SAMPLE_FMT_NONE },
1107     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_EXPERIMENTAL,
1108     .caps_internal  = FF_CODEC_CAP_INIT_CLEANUP,
1109     .close          = sonic_encode_close,
1110 };
1111 #endif
1112
1113 #if CONFIG_SONIC_LS_ENCODER
1114 AVCodec ff_sonic_ls_encoder = {
1115     .name           = "sonicls",
1116     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Sonic lossless"),
1117     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1118     .id             = AV_CODEC_ID_SONIC_LS,
1119     .priv_data_size = sizeof(SonicContext),
1120     .init           = sonic_encode_init,
1121     .encode2        = sonic_encode_frame,
1122     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_S16, AV_SAMPLE_FMT_NONE },
1123     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_EXPERIMENTAL,
1124     .caps_internal  = FF_CODEC_CAP_INIT_CLEANUP,
1125     .close          = sonic_encode_close,
1126 };
1127 #endif