]> git.sesse.net Git - ffmpeg/blobdiff - libavcodec/ac3enc.c
free subtitle_header before overwriting it to avoid memleak
[ffmpeg] / libavcodec / ac3enc.c
index 61f464b126e1dcfb20506f3bc83a6b185209ec81..18b4dce9174d1b65a60bc91bd4320ed73d8c6c7f 100644 (file)
 #include "audioconvert.h"
 
 
-#define MDCT_NBITS 9
-#define MDCT_SAMPLES (1 << MDCT_NBITS)
-
 /** Maximum number of exponent groups. +1 for separate DC exponent. */
 #define AC3_MAX_EXP_GROUPS 85
 
 /** Scale a float value by 2^bits and convert to an integer. */
 #define SCALE_FLOAT(a, bits) lrintf((a) * (float)(1 << (bits)))
 
-/** Scale a float value by 2^15, convert to an integer, and clip to int16_t range. */
-#define FIX15(a) av_clip_int16(SCALE_FLOAT(a, 15))
+typedef int16_t SampleType;
+typedef int32_t CoefType;
+
+#define SCALE_COEF(a) (a)
+
+/** Scale a float value by 2^15, convert to an integer, and clip to range -32767..32767. */
+#define FIX15(a) av_clip(SCALE_FLOAT(a, 15), -32767, 32767)
 
 
 /**
@@ -59,7 +61,12 @@ typedef struct IComplex {
 } IComplex;
 
 typedef struct AC3MDCTContext {
-    AVCodecContext *avctx;                  ///< parent context for av_log()
+    const int16_t *window;                  ///< MDCT window function
+    int nbits;                              ///< log2(transform size)
+    int16_t *costab;                        ///< FFT cos table
+    int16_t *sintab;                        ///< FFT sin table
+    int16_t *xcos1;                         ///< MDCT cos table
+    int16_t *xsin1;                         ///< MDCT sin table
     int16_t *rot_tmp;                       ///< temp buffer for pre-rotated samples
     IComplex *cplx_tmp;                     ///< temp buffer for complex pre-rotated samples
 } AC3MDCTContext;
@@ -69,7 +76,7 @@ typedef struct AC3MDCTContext {
  */
 typedef struct AC3Block {
     uint8_t  **bap;                             ///< bit allocation pointers (bap)
-    int32_t  **mdct_coef;                       ///< MDCT coefficients
+    CoefType **mdct_coef;                       ///< MDCT coefficients
     uint8_t  **exp;                             ///< original exponents
     uint8_t  **grouped_exp;                     ///< grouped exponents
     int16_t  **psd;                             ///< psd per frequency bin
@@ -99,6 +106,7 @@ typedef struct AC3EncodeContext {
     int frame_size_min;                     ///< minimum frame size in case rounding is necessary
     int frame_size;                         ///< current frame size in bytes
     int frame_size_code;                    ///< frame size code                        (frmsizecod)
+    uint16_t crc_inv[2];
     int bits_written;                       ///< bit count    (used to avg. bitrate)
     int samples_written;                    ///< sample count (used to avg. bitrate)
 
@@ -109,6 +117,7 @@ typedef struct AC3EncodeContext {
     int channel_mode;                       ///< channel mode                           (acmod)
     const uint8_t *channel_map;             ///< channel map used to reorder channels
 
+    int cutoff;                             ///< user-specified cutoff frequency, in Hz
     int bandwidth_code[AC3_MAX_CHANNELS];   ///< bandwidth code (0 to 60)               (chbwcod)
     int nb_coefs[AC3_MAX_CHANNELS];
 
@@ -133,7 +142,7 @@ typedef struct AC3EncodeContext {
     int16_t **planar_samples;
     uint8_t *bap_buffer;
     uint8_t *bap1_buffer;
-    int32_t *mdct_coef_buffer;
+    CoefType *mdct_coef_buffer;
     uint8_t *exp_buffer;
     uint8_t *grouped_exp_buffer;
     int16_t *psd_buffer;
@@ -141,21 +150,41 @@ typedef struct AC3EncodeContext {
     int16_t *mask_buffer;
     uint16_t *qmant_buffer;
 
-    DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, windowed_samples)[AC3_WINDOW_SIZE];
+    DECLARE_ALIGNED(16, SampleType, windowed_samples)[AC3_WINDOW_SIZE];
 } AC3EncodeContext;
 
 
-/** MDCT and FFT tables */
-static int16_t costab[64];
-static int16_t sintab[64];
-static int16_t xcos1[128];
-static int16_t xsin1[128];
-
 /**
  * LUT for number of exponent groups.
  * exponent_group_tab[exponent strategy-1][number of coefficients]
  */
-uint8_t exponent_group_tab[3][256];
+static uint8_t exponent_group_tab[3][256];
+
+
+/**
+ * List of supported channel layouts.
+ */
+static const int64_t ac3_channel_layouts[] = {
+     AV_CH_LAYOUT_MONO,
+     AV_CH_LAYOUT_STEREO,
+     AV_CH_LAYOUT_2_1,
+     AV_CH_LAYOUT_SURROUND,
+     AV_CH_LAYOUT_2_2,
+     AV_CH_LAYOUT_QUAD,
+     AV_CH_LAYOUT_4POINT0,
+     AV_CH_LAYOUT_5POINT0,
+     AV_CH_LAYOUT_5POINT0_BACK,
+    (AV_CH_LAYOUT_MONO     | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
+    (AV_CH_LAYOUT_STEREO   | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
+    (AV_CH_LAYOUT_2_1      | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
+    (AV_CH_LAYOUT_SURROUND | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
+    (AV_CH_LAYOUT_2_2      | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
+    (AV_CH_LAYOUT_QUAD     | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
+    (AV_CH_LAYOUT_4POINT0  | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
+     AV_CH_LAYOUT_5POINT1,
+     AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK,
+     0
+};
 
 
 /**
@@ -180,13 +209,13 @@ static void adjust_frame_size(AC3EncodeContext *s)
  * Channels are reordered from FFmpeg's default order to AC-3 order.
  */
 static void deinterleave_input_samples(AC3EncodeContext *s,
-                                       const int16_t *samples)
+                                       const SampleType *samples)
 {
     int ch, i;
 
     /* deinterleave and remap input samples */
     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
-        const int16_t *sptr;
+        const SampleType *sptr;
         int sinc;
 
         /* copy last 256 samples of previous frame to the start of the current frame */
@@ -209,17 +238,21 @@ static void deinterleave_input_samples(AC3EncodeContext *s,
  */
 static av_cold void mdct_end(AC3MDCTContext *mdct)
 {
+    mdct->nbits = 0;
+    av_freep(&mdct->costab);
+    av_freep(&mdct->sintab);
+    av_freep(&mdct->xcos1);
+    av_freep(&mdct->xsin1);
     av_freep(&mdct->rot_tmp);
     av_freep(&mdct->cplx_tmp);
 }
 
 
-
 /**
  * Initialize FFT tables.
  * @param ln log2(FFT size)
  */
-static av_cold void fft_init(int ln)
+static av_cold int fft_init(AVCodecContext *avctx, AC3MDCTContext *mdct, int ln)
 {
     int i, n, n2;
     float alpha;
@@ -227,11 +260,19 @@ static av_cold void fft_init(int ln)
     n  = 1 << ln;
     n2 = n >> 1;
 
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, mdct->costab, n2 * sizeof(*mdct->costab), fft_alloc_fail);
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, mdct->sintab, n2 * sizeof(*mdct->sintab), fft_alloc_fail);
+
     for (i = 0; i < n2; i++) {
         alpha     = 2.0 * M_PI * i / n;
-        costab[i] = FIX15(cos(alpha));
-        sintab[i] = FIX15(sin(alpha));
+        mdct->costab[i] = FIX15(cos(alpha));
+        mdct->sintab[i] = FIX15(sin(alpha));
     }
+
+    return 0;
+fft_alloc_fail:
+    mdct_end(mdct);
+    return AVERROR(ENOMEM);
 }
 
 
@@ -239,28 +280,36 @@ static av_cold void fft_init(int ln)
  * Initialize MDCT tables.
  * @param nbits log2(MDCT size)
  */
-static av_cold int mdct_init(AC3MDCTContext *mdct, int nbits)
+static av_cold int mdct_init(AVCodecContext *avctx, AC3MDCTContext *mdct,
+                             int nbits)
 {
-    int i, n, n4;
+    int i, n, n4, ret;
 
     n  = 1 << nbits;
     n4 = n >> 2;
 
-    fft_init(nbits - 2);
+    mdct->nbits = nbits;
 
-    FF_ALLOC_OR_GOTO(mdct->avctx, mdct->rot_tmp,  n  * sizeof(*mdct->rot_tmp),
-                     mdct_alloc_fail);
-    FF_ALLOC_OR_GOTO(mdct->avctx, mdct->cplx_tmp, n4 * sizeof(*mdct->cplx_tmp),
-                     mdct_alloc_fail);
+    ret = fft_init(avctx, mdct, nbits - 2);
+    if (ret)
+        return ret;
+
+    mdct->window = ff_ac3_window;
+
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, mdct->xcos1,    n4 * sizeof(*mdct->xcos1),    mdct_alloc_fail);
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, mdct->xsin1,    n4 * sizeof(*mdct->xsin1),    mdct_alloc_fail);
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, mdct->rot_tmp,  n  * sizeof(*mdct->rot_tmp),  mdct_alloc_fail);
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, mdct->cplx_tmp, n4 * sizeof(*mdct->cplx_tmp), mdct_alloc_fail);
 
     for (i = 0; i < n4; i++) {
         float alpha = 2.0 * M_PI * (i + 1.0 / 8.0) / n;
-        xcos1[i] = FIX15(-cos(alpha));
-        xsin1[i] = FIX15(-sin(alpha));
+        mdct->xcos1[i] = FIX15(-cos(alpha));
+        mdct->xsin1[i] = FIX15(-sin(alpha));
     }
 
     return 0;
 mdct_alloc_fail:
+    mdct_end(mdct);
     return AVERROR(ENOMEM);
 }
 
@@ -293,7 +342,7 @@ mdct_alloc_fail:
  * @param z  complex input/output samples
  * @param ln log2(FFT size)
  */
-static void fft(IComplex *z, int ln)
+static void fft(AC3MDCTContext *mdct, IComplex *z, int ln)
 {
     int j, l, np, np2;
     int nblocks, nloops;
@@ -345,7 +394,7 @@ static void fft(IComplex *z, int ln)
             p++;
             q++;
             for(l = nblocks; l < np2; l += nblocks) {
-                CMUL(tmp_re, tmp_im, costab[l], -sintab[l], q->re, q->im);
+                CMUL(tmp_re, tmp_im, mdct->costab[l], -mdct->sintab[l], q->re, q->im);
                 BF(p->re, p->im, q->re,  q->im,
                    p->re, p->im, tmp_re, tmp_im);
                 p++;
@@ -367,29 +416,33 @@ static void fft(IComplex *z, int ln)
  */
 static void mdct512(AC3MDCTContext *mdct, int32_t *out, int16_t *in)
 {
-    int i, re, im;
+    int i, re, im, n, n2, n4;
     int16_t *rot = mdct->rot_tmp;
     IComplex *x  = mdct->cplx_tmp;
 
+    n  = 1 << mdct->nbits;
+    n2 = n >> 1;
+    n4 = n >> 2;
+
     /* shift to simplify computations */
-    for (i = 0; i < MDCT_SAMPLES/4; i++)
-        rot[i] = -in[i + 3*MDCT_SAMPLES/4];
-    memcpy(&rot[MDCT_SAMPLES/4], &in[0], 3*MDCT_SAMPLES/4*sizeof(*in));
+    for (i = 0; i <n4; i++)
+        rot[i] = -in[i + 3*n4];
+    memcpy(&rot[n4], &in[0], 3*n4*sizeof(*in));
 
     /* pre rotation */
-    for (i = 0; i < MDCT_SAMPLES/4; i++) {
-        re =  ((int)rot[               2*i] - (int)rot[MDCT_SAMPLES  -1-2*i]) >> 1;
-        im = -((int)rot[MDCT_SAMPLES/2+2*i] - (int)rot[MDCT_SAMPLES/2-1-2*i]) >> 1;
-        CMUL(x[i].re, x[i].im, re, im, -xcos1[i], xsin1[i]);
+    for (i = 0; i < n4; i++) {
+        re =  ((int)rot[   2*i] - (int)rot[ n-1-2*i]) >> 1;
+        im = -((int)rot[n2+2*i] - (int)rot[n2-1-2*i]) >> 1;
+        CMUL(x[i].re, x[i].im, re, im, -mdct->xcos1[i], mdct->xsin1[i]);
     }
 
-    fft(x, MDCT_NBITS - 2);
+    fft(mdct, x, mdct->nbits - 2);
 
     /* post rotation */
-    for (i = 0; i < MDCT_SAMPLES/4; i++) {
+    for (i = 0; i < n4; i++) {
         re = x[i].re;
         im = x[i].im;
-        CMUL(out[MDCT_SAMPLES/2-1-2*i], out[2*i], re, im, xsin1[i], xcos1[i]);
+        CMUL(out[n2-1-2*i], out[2*i], re, im, mdct->xsin1[i], mdct->xcos1[i]);
     }
 }
 
@@ -477,9 +530,9 @@ static void apply_mdct(AC3EncodeContext *s)
     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
         for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
             AC3Block *block = &s->blocks[blk];
-            const int16_t *input_samples = &s->planar_samples[ch][blk * AC3_BLOCK_SIZE];
+            const SampleType *input_samples = &s->planar_samples[ch][blk * AC3_BLOCK_SIZE];
 
-            apply_window(s->windowed_samples, input_samples, ff_ac3_window, AC3_WINDOW_SIZE);
+            apply_window(s->windowed_samples, input_samples, s->mdct.window, AC3_WINDOW_SIZE);
 
             block->exp_shift[ch] = normalize_samples(s);
 
@@ -500,6 +553,8 @@ static av_cold void exponent_init(AC3EncodeContext *s)
         exponent_group_tab[1][i] = (i + 2) /  6;
         exponent_group_tab[2][i] = (i + 8) / 12;
     }
+    /* LFE */
+    exponent_group_tab[0][7] = 2;
 }
 
 
@@ -517,7 +572,7 @@ static void extract_exponents(AC3EncodeContext *s)
             AC3Block *block = &s->blocks[blk];
             for (i = 0; i < AC3_MAX_COEFS; i++) {
                 int e;
-                int v = abs(block->mdct_coef[ch][i]);
+                int v = abs(SCALE_COEF(block->mdct_coef[ch][i]));
                 if (v == 0)
                     e = 24;
                 else {
@@ -544,7 +599,8 @@ static void extract_exponents(AC3EncodeContext *s)
 /**
  * Calculate exponent strategies for all blocks in a single channel.
  */
-static void compute_exp_strategy_ch(AC3EncodeContext *s, uint8_t *exp_strategy, uint8_t **exp)
+static void compute_exp_strategy_ch(AC3EncodeContext *s, uint8_t *exp_strategy,
+                                    uint8_t **exp)
 {
     int blk, blk1;
     int exp_diff;
@@ -559,6 +615,7 @@ static void compute_exp_strategy_ch(AC3EncodeContext *s, uint8_t *exp_strategy,
         else
             exp_strategy[blk] = EXP_REUSE;
     }
+    emms_c();
 
     /* now select the encoding strategy type : if exponents are often
        recoded, we use a coarse encoding */
@@ -626,8 +683,7 @@ static void exponent_min(uint8_t *exp, uint8_t *exp1, int n)
 /**
  * Update the exponents so that they are the ones the decoder will decode.
  */
-static void encode_exponents_blk_ch(uint8_t *exp,
-                                    int nb_exps, int exp_strategy)
+static void encode_exponents_blk_ch(uint8_t *exp, int nb_exps, int exp_strategy)
 {
     int nb_groups, i, k;
 
@@ -870,7 +926,7 @@ static void bit_alloc_init(AC3EncodeContext *s)
     s->slow_decay_code = 2;
     s->fast_decay_code = 1;
     s->slow_gain_code  = 1;
-    s->db_per_bit_code = 2;
+    s->db_per_bit_code = 3;
     s->floor_code      = 4;
     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
         s->fast_gain_code[ch] = 4;
@@ -915,56 +971,44 @@ static void count_frame_bits(AC3EncodeContext *s)
 /**
  * Calculate the number of bits needed to encode a set of mantissas.
  */
-static int compute_mantissa_size(AC3EncodeContext *s, uint8_t *bap, int nb_coefs)
+static int compute_mantissa_size(int mant_cnt[5], uint8_t *bap, int nb_coefs)
 {
     int bits, b, i;
 
     bits = 0;
     for (i = 0; i < nb_coefs; i++) {
         b = bap[i];
-        switch (b) {
-        case 0:
-            /* bap=0 mantissas are not encoded */
-            break;
-        case 1:
-            /* 3 mantissas in 5 bits */
-            if (s->mant1_cnt == 0)
-                bits += 5;
-            if (++s->mant1_cnt == 3)
-                s->mant1_cnt = 0;
-            break;
-        case 2:
-            /* 3 mantissas in 7 bits */
-            if (s->mant2_cnt == 0)
-                bits += 7;
-            if (++s->mant2_cnt == 3)
-                s->mant2_cnt = 0;
-            break;
-        case 3:
-            bits += 3;
-            break;
-        case 4:
-            /* 2 mantissas in 7 bits */
-            if (s->mant4_cnt == 0)
-                bits += 7;
-            if (++s->mant4_cnt == 2)
-                s->mant4_cnt = 0;
-            break;
-        case 14:
-            bits += 14;
-            break;
-        case 15:
-            bits += 16;
-            break;
-        default:
+        if (b <= 4) {
+            // bap=1 to bap=4 will be counted in compute_mantissa_size_final
+            mant_cnt[b]++;
+        } else if (b <= 13) {
+            // bap=5 to bap=13 use (bap-1) bits
             bits += b - 1;
-            break;
+        } else {
+            // bap=14 uses 14 bits and bap=15 uses 16 bits
+            bits += (b == 14) ? 14 : 16;
         }
     }
     return bits;
 }
 
 
+/**
+ * Finalize the mantissa bit count by adding in the grouped mantissas.
+ */
+static int compute_mantissa_size_final(int mant_cnt[5])
+{
+    // bap=1 : 3 mantissas in 5 bits
+    int bits = (mant_cnt[1] / 3) * 5;
+    // bap=2 : 3 mantissas in 7 bits
+    // bap=4 : 2 mantissas in 7 bits
+    bits += ((mant_cnt[2] / 3) + (mant_cnt[4] >> 1)) * 7;
+    // bap=3 : each mantissa is 3 bits
+    bits += mant_cnt[3] * 3;
+    return bits;
+}
+
+
 /**
  * Calculate masking curve based on the final exponents.
  * Also calculate the power spectral densities to use in future calculations.
@@ -976,11 +1020,10 @@ static void bit_alloc_masking(AC3EncodeContext *s)
     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
-            if (block->exp_strategy[ch] == EXP_REUSE) {
-                AC3Block *block1 = &s->blocks[blk-1];
-                memcpy(block->psd[ch],  block1->psd[ch],  AC3_MAX_COEFS*sizeof(block->psd[0][0]));
-                memcpy(block->mask[ch], block1->mask[ch], AC3_CRITICAL_BANDS*sizeof(block->mask[0][0]));
-            } else {
+            /* We only need psd and mask for calculating bap.
+               Since we currently do not calculate bap when exponent
+               strategy is EXP_REUSE we do not need to calculate psd or mask. */
+            if (block->exp_strategy[ch] != EXP_REUSE) {
                 ff_ac3_bit_alloc_calc_psd(block->exp[ch], 0,
                                           s->nb_coefs[ch],
                                           block->psd[ch], block->band_psd[ch]);
@@ -1020,11 +1063,11 @@ static void reset_block_bap(AC3EncodeContext *s)
  * @return the number of bits needed for mantissas if the given SNR offset is
  *         is used.
  */
-static int bit_alloc(AC3EncodeContext *s,
-                     int snr_offset)
+static int bit_alloc(AC3EncodeContext *s, int snr_offset)
 {
     int blk, ch;
     int mantissa_bits;
+    int mant_cnt[5];
 
     snr_offset = (snr_offset - 240) << 2;
 
@@ -1032,16 +1075,28 @@ static int bit_alloc(AC3EncodeContext *s,
     mantissa_bits = 0;
     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
         AC3Block *block = &s->blocks[blk];
-        s->mant1_cnt = 0;
-        s->mant2_cnt = 0;
-        s->mant4_cnt = 0;
+        // initialize grouped mantissa counts. these are set so that they are
+        // padded to the next whole group size when bits are counted in
+        // compute_mantissa_size_final
+        mant_cnt[0] = mant_cnt[3] = 0;
+        mant_cnt[1] = mant_cnt[2] = 2;
+        mant_cnt[4] = 1;
         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
-            ff_ac3_bit_alloc_calc_bap(block->mask[ch], block->psd[ch], 0,
-                                      s->nb_coefs[ch], snr_offset,
-                                      s->bit_alloc.floor, ff_ac3_bap_tab,
-                                      block->bap[ch]);
-            mantissa_bits += compute_mantissa_size(s, block->bap[ch], s->nb_coefs[ch]);
+            /* Currently the only bit allocation parameters which vary across
+               blocks within a frame are the exponent values.  We can take
+               advantage of that by reusing the bit allocation pointers
+               whenever we reuse exponents. */
+            if (block->exp_strategy[ch] == EXP_REUSE) {
+                memcpy(block->bap[ch], s->blocks[blk-1].bap[ch], AC3_MAX_COEFS);
+            } else {
+                ff_ac3_bit_alloc_calc_bap(block->mask[ch], block->psd[ch], 0,
+                                          s->nb_coefs[ch], snr_offset,
+                                          s->bit_alloc.floor, ff_ac3_bap_tab,
+                                          block->bap[ch]);
+            }
+            mantissa_bits += compute_mantissa_size(mant_cnt, block->bap[ch], s->nb_coefs[ch]);
         }
+        mantissa_bits += compute_mantissa_size_final(mant_cnt);
     }
     return mantissa_bits;
 }
@@ -1055,7 +1110,7 @@ static int cbr_bit_allocation(AC3EncodeContext *s)
 {
     int ch;
     int bits_left;
-    int snr_offset;
+    int snr_offset, snr_incr;
 
     bits_left = 8 * s->frame_size - (s->frame_bits + s->exponent_bits);
 
@@ -1069,25 +1124,12 @@ static int cbr_bit_allocation(AC3EncodeContext *s)
         return AVERROR(EINVAL);
 
     FFSWAP(uint8_t *, s->bap_buffer, s->bap1_buffer);
-    while (snr_offset + 64 <= 1023 &&
-           bit_alloc(s, snr_offset + 64) <= bits_left) {
-        snr_offset += 64;
-        FFSWAP(uint8_t *, s->bap_buffer, s->bap1_buffer);
-    }
-    while (snr_offset + 16 <= 1023 &&
-           bit_alloc(s, snr_offset + 16) <= bits_left) {
-        snr_offset += 16;
-        FFSWAP(uint8_t *, s->bap_buffer, s->bap1_buffer);
-    }
-    while (snr_offset + 4 <= 1023 &&
-           bit_alloc(s, snr_offset + 4) <= bits_left) {
-        snr_offset += 4;
-        FFSWAP(uint8_t *, s->bap_buffer, s->bap1_buffer);
-    }
-    while (snr_offset + 1 <= 1023 &&
-           bit_alloc(s, snr_offset + 1) <= bits_left) {
-        snr_offset++;
-        FFSWAP(uint8_t *, s->bap_buffer, s->bap1_buffer);
+    for (snr_incr = 64; snr_incr > 0; snr_incr >>= 2) {
+        while (snr_offset + 64 <= 1023 &&
+               bit_alloc(s, snr_offset + snr_incr) <= bits_left) {
+            snr_offset += snr_incr;
+            FFSWAP(uint8_t *, s->bap_buffer, s->bap1_buffer);
+        }
     }
     FFSWAP(uint8_t *, s->bap_buffer, s->bap1_buffer);
     reset_block_bap(s);
@@ -1100,6 +1142,68 @@ static int cbr_bit_allocation(AC3EncodeContext *s)
 }
 
 
+/**
+ * Downgrade exponent strategies to reduce the bits used by the exponents.
+ * This is a fallback for when bit allocation fails with the normal exponent
+ * strategies.  Each time this function is run it only downgrades the
+ * strategy in 1 channel of 1 block.
+ * @return non-zero if downgrade was unsuccessful
+ */
+static int downgrade_exponents(AC3EncodeContext *s)
+{
+    int ch, blk;
+
+    for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
+        for (blk = AC3_MAX_BLOCKS-1; blk >= 0; blk--) {
+            if (s->blocks[blk].exp_strategy[ch] == EXP_D15) {
+                s->blocks[blk].exp_strategy[ch] = EXP_D25;
+                return 0;
+            }
+        }
+    }
+    for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
+        for (blk = AC3_MAX_BLOCKS-1; blk >= 0; blk--) {
+            if (s->blocks[blk].exp_strategy[ch] == EXP_D25) {
+                s->blocks[blk].exp_strategy[ch] = EXP_D45;
+                return 0;
+            }
+        }
+    }
+    for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
+        /* block 0 cannot reuse exponents, so only downgrade D45 to REUSE if
+           the block number > 0 */
+        for (blk = AC3_MAX_BLOCKS-1; blk > 0; blk--) {
+            if (s->blocks[blk].exp_strategy[ch] > EXP_REUSE) {
+                s->blocks[blk].exp_strategy[ch] = EXP_REUSE;
+                return 0;
+            }
+        }
+    }
+    return -1;
+}
+
+
+/**
+ * Reduce the bandwidth to reduce the number of bits used for a given SNR offset.
+ * This is a second fallback for when bit allocation still fails after exponents
+ * have been downgraded.
+ * @return non-zero if bandwidth reduction was unsuccessful
+ */
+static int reduce_bandwidth(AC3EncodeContext *s, int min_bw_code)
+{
+    int ch;
+
+    if (s->bandwidth_code[0] > min_bw_code) {
+        for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
+            s->bandwidth_code[ch]--;
+            s->nb_coefs[ch] = s->bandwidth_code[ch] * 3 + 73;
+        }
+        return 0;
+    }
+    return -1;
+}
+
+
 /**
  * Perform bit allocation search.
  * Finds the SNR offset value that maximizes quality and fits in the specified
@@ -1108,11 +1212,37 @@ static int cbr_bit_allocation(AC3EncodeContext *s)
  */
 static int compute_bit_allocation(AC3EncodeContext *s)
 {
+    int ret;
+
     count_frame_bits(s);
 
     bit_alloc_masking(s);
 
-    return cbr_bit_allocation(s);
+    ret = cbr_bit_allocation(s);
+    while (ret) {
+        /* fallback 1: downgrade exponents */
+        if (!downgrade_exponents(s)) {
+            extract_exponents(s);
+            encode_exponents(s);
+            group_exponents(s);
+            ret = compute_bit_allocation(s);
+            continue;
+        }
+
+        /* fallback 2: reduce bandwidth */
+        /* only do this if the user has not specified a specific cutoff
+           frequency */
+        if (!s->cutoff && !reduce_bandwidth(s, 0)) {
+            process_exponents(s);
+            ret = compute_bit_allocation(s);
+            continue;
+        }
+
+        /* fallbacks were not enough... */
+        break;
+    }
+
+    return ret;
 }
 
 
@@ -1162,16 +1292,15 @@ static inline int asym_quant(int c, int e, int qbits)
 /**
  * Quantize a set of mantissas for a single channel in a single block.
  */
-static void quantize_mantissas_blk_ch(AC3EncodeContext *s,
-                                      int32_t *mdct_coef, int8_t exp_shift,
-                                      uint8_t *exp, uint8_t *bap,
-                                      uint16_t *qmant, int n)
+static void quantize_mantissas_blk_ch(AC3EncodeContext *s, CoefType *mdct_coef,
+                                      int8_t exp_shift, uint8_t *exp,
+                                      uint8_t *bap, uint16_t *qmant, int n)
 {
     int i;
 
     for (i = 0; i < n; i++) {
         int v;
-        int c = mdct_coef[i];
+        int c = SCALE_COEF(mdct_coef[i]);
         int e = exp[i] - exp_shift;
         int b = bap[i];
         switch (b) {
@@ -1310,8 +1439,7 @@ static void output_frame_header(AC3EncodeContext *s)
 /**
  * Write one audio block to the output bitstream.
  */
-static void output_audio_block(AC3EncodeContext *s,
-                               int block_num)
+static void output_audio_block(AC3EncodeContext *s, int block_num)
 {
     int ch, i, baie, rbnd;
     AC3Block *block = &s->blocks[block_num];
@@ -1467,11 +1595,11 @@ static unsigned int pow_poly(unsigned int a, unsigned int n, unsigned int poly)
  */
 static void output_frame_end(AC3EncodeContext *s)
 {
-    int frame_size, frame_size_58, pad_bytes, crc1, crc2, crc_inv;
+    const AVCRC *crc_ctx = av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI);
+    int frame_size_58, pad_bytes, crc1, crc2_partial, crc2, crc_inv;
     uint8_t *frame;
 
-    frame_size    = s->frame_size;
-    frame_size_58 = ((frame_size >> 2) + (frame_size >> 4)) << 1;
+    frame_size_58 = ((s->frame_size >> 2) + (s->frame_size >> 4)) << 1;
 
     /* pad the remainder of the frame with zeros */
     flush_put_bits(&s->pb);
@@ -1483,26 +1611,29 @@ static void output_frame_end(AC3EncodeContext *s)
 
     /* compute crc1 */
     /* this is not so easy because it is at the beginning of the data... */
-    crc1 = av_bswap16(av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI), 0,
-                             frame + 4, frame_size_58 - 4));
-    /* XXX: could precompute crc_inv */
-    crc_inv = pow_poly((CRC16_POLY >> 1), (8 * frame_size_58) - 16, CRC16_POLY);
+    crc1    = av_bswap16(av_crc(crc_ctx, 0, frame + 4, frame_size_58 - 4));
+    crc_inv = s->crc_inv[s->frame_size > s->frame_size_min];
     crc1    = mul_poly(crc_inv, crc1, CRC16_POLY);
     AV_WB16(frame + 2, crc1);
 
     /* compute crc2 */
-    crc2 = av_bswap16(av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI), 0,
-                             frame + frame_size_58,
-                             frame_size - frame_size_58 - 2));
-    AV_WB16(frame + frame_size - 2, crc2);
+    crc2_partial = av_crc(crc_ctx, 0, frame + frame_size_58,
+                          s->frame_size - frame_size_58 - 3);
+    crc2 = av_crc(crc_ctx, crc2_partial, frame + s->frame_size - 3, 1);
+    /* ensure crc2 does not match sync word by flipping crcrsv bit if needed */
+    if (crc2 == 0x770B) {
+        frame[s->frame_size - 3] ^= 0x1;
+        crc2 = av_crc(crc_ctx, crc2_partial, frame + s->frame_size - 3, 1);
+    }
+    crc2 = av_bswap16(crc2);
+    AV_WB16(frame + s->frame_size - 2, crc2);
 }
 
 
 /**
  * Write the frame to the output bitstream.
  */
-static void output_frame(AC3EncodeContext *s,
-                         unsigned char *frame)
+static void output_frame(AC3EncodeContext *s, unsigned char *frame)
 {
     int blk;
 
@@ -1520,11 +1651,11 @@ static void output_frame(AC3EncodeContext *s,
 /**
  * Encode a single AC-3 frame.
  */
-static int ac3_encode_frame(AVCodecContext *avctx,
-                            unsigned char *frame, int buf_size, void *data)
+static int ac3_encode_frame(AVCodecContext *avctx, unsigned char *frame,
+                            int buf_size, void *data)
 {
     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
-    const int16_t *samples = data;
+    const SampleType *samples = data;
     int ret;
 
     if (s->bit_alloc.sr_code == 1)
@@ -1678,6 +1809,15 @@ static av_cold int validate_options(AVCodecContext *avctx, AC3EncodeContext *s)
     s->bit_rate        = avctx->bit_rate;
     s->frame_size_code = i << 1;
 
+    /* validate cutoff */
+    if (avctx->cutoff < 0) {
+        av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid cutoff frequency\n");
+        return AVERROR(EINVAL);
+    }
+    s->cutoff = avctx->cutoff;
+    if (s->cutoff > (s->sample_rate >> 1))
+        s->cutoff = s->sample_rate >> 1;
+
     return 0;
 }
 
@@ -1687,15 +1827,14 @@ static av_cold int validate_options(AVCodecContext *avctx, AC3EncodeContext *s)
  * The user can optionally supply a cutoff frequency. Otherwise an appropriate
  * default value will be used.
  */
-static av_cold void set_bandwidth(AC3EncodeContext *s, int cutoff)
+static av_cold void set_bandwidth(AC3EncodeContext *s)
 {
     int ch, bw_code;
 
-    if (cutoff) {
+    if (s->cutoff) {
         /* calculate bandwidth based on user-specified cutoff frequency */
         int fbw_coeffs;
-        cutoff         = av_clip(cutoff, 1, s->sample_rate >> 1);
-        fbw_coeffs     = cutoff * 2 * AC3_MAX_COEFS / s->sample_rate;
+        fbw_coeffs     = s->cutoff * 2 * AC3_MAX_COEFS / s->sample_rate;
         bw_code        = av_clip((fbw_coeffs - 73) / 3, 0, 60);
     } else {
         /* use default bandwidth setting */
@@ -1787,7 +1926,7 @@ alloc_fail:
 static av_cold int ac3_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 {
     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
-    int ret;
+    int ret, frame_size_58;
 
     avctx->frame_size = AC3_FRAME_SIZE;
 
@@ -1805,14 +1944,21 @@ static av_cold int ac3_encode_init(AVCodecContext *avctx)
     s->samples_written = 0;
     s->frame_size      = s->frame_size_min;
 
-    set_bandwidth(s, avctx->cutoff);
+    /* calculate crc_inv for both possible frame sizes */
+    frame_size_58 = (( s->frame_size    >> 2) + ( s->frame_size    >> 4)) << 1;
+    s->crc_inv[0] = pow_poly((CRC16_POLY >> 1), (8 * frame_size_58) - 16, CRC16_POLY);
+    if (s->bit_alloc.sr_code == 1) {
+        frame_size_58 = (((s->frame_size+2) >> 2) + ((s->frame_size+2) >> 4)) << 1;
+        s->crc_inv[1] = pow_poly((CRC16_POLY >> 1), (8 * frame_size_58) - 16, CRC16_POLY);
+    }
+
+    set_bandwidth(s);
 
     exponent_init(s);
 
     bit_alloc_init(s);
 
-    s->mdct.avctx = avctx;
-    ret = mdct_init(&s->mdct, 9);
+    ret = mdct_init(avctx, &s->mdct, 9);
     if (ret)
         goto init_fail;
 
@@ -1837,10 +1983,12 @@ init_fail:
 
 #include "libavutil/lfg.h"
 
+#define MDCT_NBITS 9
+#define MDCT_SAMPLES (1 << MDCT_NBITS)
 #define FN (MDCT_SAMPLES/4)
 
 
-static void fft_test(AVLFG *lfg)
+static void fft_test(AC3MDCTContext *mdct, AVLFG *lfg)
 {
     IComplex in[FN], in1[FN];
     int k, n, i;
@@ -1851,7 +1999,7 @@ static void fft_test(AVLFG *lfg)
         in[i].im = av_lfg_get(lfg) % 65535 - 32767;
         in1[i]   = in[i];
     }
-    fft(in, 7);
+    fft(mdct, in, 7);
 
     /* do it by hand */
     for (k = 0; k < FN; k++) {
@@ -1868,7 +2016,7 @@ static void fft_test(AVLFG *lfg)
 }
 
 
-static void mdct_test(AVLFG *lfg)
+static void mdct_test(AC3MDCTContext *mdct, AVLFG *lfg)
 {
     int16_t input[MDCT_SAMPLES];
     int32_t output[AC3_MAX_COEFS];
@@ -1882,7 +2030,7 @@ static void mdct_test(AVLFG *lfg)
         input1[i] = input[i];
     }
 
-    mdct512(output, input);
+    mdct512(mdct, output, input);
 
     /* do it by hand */
     for (k = 0; k < AC3_MAX_COEFS; k++) {
@@ -1910,12 +2058,14 @@ static void mdct_test(AVLFG *lfg)
 int main(void)
 {
     AVLFG lfg;
+    AC3MDCTContext mdct;
 
+    mdct.avctx = NULL;
     av_log_set_level(AV_LOG_DEBUG);
-    mdct_init(9);
+    mdct_init(&mdct, 9);
 
-    fft_test(&lfg);
-    mdct_test(&lfg);
+    fft_test(&mdct, &lfg);
+    mdct_test(&mdct, &lfg);
 
     return 0;
 }
@@ -1933,24 +2083,5 @@ AVCodec ac3_encoder = {
     NULL,
     .sample_fmts = (const enum AVSampleFormat[]){AV_SAMPLE_FMT_S16,AV_SAMPLE_FMT_NONE},
     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("ATSC A/52A (AC-3)"),
-    .channel_layouts = (const int64_t[]){
-        AV_CH_LAYOUT_MONO,
-        AV_CH_LAYOUT_STEREO,
-        AV_CH_LAYOUT_2_1,
-        AV_CH_LAYOUT_SURROUND,
-        AV_CH_LAYOUT_2_2,
-        AV_CH_LAYOUT_QUAD,
-        AV_CH_LAYOUT_4POINT0,
-        AV_CH_LAYOUT_5POINT0,
-        AV_CH_LAYOUT_5POINT0_BACK,
-       (AV_CH_LAYOUT_MONO     | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
-       (AV_CH_LAYOUT_STEREO   | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
-       (AV_CH_LAYOUT_2_1      | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
-       (AV_CH_LAYOUT_SURROUND | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
-       (AV_CH_LAYOUT_2_2      | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
-       (AV_CH_LAYOUT_QUAD     | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
-       (AV_CH_LAYOUT_4POINT0  | AV_CH_LOW_FREQUENCY),
-        AV_CH_LAYOUT_5POINT1,
-        AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK,
-        0 },
+    .channel_layouts = ac3_channel_layouts,
 };