libavcodec/flacenc.c

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