avcodec/wmaprodec: cleanup extradata dumping
[ffmpeg.git] / libavcodec / dcaenc.c
1 /*
2  * DCA encoder
3  * Copyright (C) 2008-2012 Alexander E. Patrakov
4  *               2010 Benjamin Larsson
5  *               2011 Xiang Wang
6  *
7  * This file is part of FFmpeg.
8  *
9  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
11  * License as published by the Free Software Foundation; either
12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
13  *
14  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
17  * Lesser General Public License for more details.
18  *
19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
20  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
22  */
23
24 #include "libavutil/avassert.h"
25 #include "libavutil/channel_layout.h"
26 #include "libavutil/common.h"
27 #include "libavutil/ffmath.h"
28 #include "avcodec.h"
29 #include "dca.h"
30 #include "dcadata.h"
31 #include "dcaenc.h"
32 #include "internal.h"
33 #include "mathops.h"
34 #include "put_bits.h"
35
36 #define MAX_CHANNELS 6
37 #define DCA_MAX_FRAME_SIZE 16384
38 #define DCA_HEADER_SIZE 13
39 #define DCA_LFE_SAMPLES 8
40
41 #define DCAENC_SUBBANDS 32
42 #define SUBFRAMES 1
43 #define SUBSUBFRAMES 2
44 #define SUBBAND_SAMPLES (SUBFRAMES * SUBSUBFRAMES * 8)
45 #define AUBANDS 25
46
47 typedef struct DCAEncContext {
48     PutBitContext pb;
49     int frame_size;
50     int frame_bits;
51     int fullband_channels;
52     int channels;
53     int lfe_channel;
54     int samplerate_index;
55     int bitrate_index;
56     int channel_config;
57     const int32_t *band_interpolation;
58     const int32_t *band_spectrum;
59     int lfe_scale_factor;
60     softfloat lfe_quant;
61     int32_t lfe_peak_cb;
62     const int8_t *channel_order_tab;  ///< channel reordering table, lfe and non lfe
63
64     int32_t history[512][MAX_CHANNELS]; /* This is a circular buffer */
65     int32_t subband[SUBBAND_SAMPLES][DCAENC_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
66     int32_t quantized[SUBBAND_SAMPLES][DCAENC_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
67     int32_t peak_cb[DCAENC_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
68     int32_t downsampled_lfe[DCA_LFE_SAMPLES];
69     int32_t masking_curve_cb[SUBSUBFRAMES][256];
70     int abits[DCAENC_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
71     int scale_factor[DCAENC_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
72     softfloat quant[DCAENC_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
73     int32_t eff_masking_curve_cb[256];
74     int32_t band_masking_cb[32];
75     int32_t worst_quantization_noise;
76     int32_t worst_noise_ever;
77     int consumed_bits;
78 } DCAEncContext;
79
80 static int32_t cos_table[2048];
81 static int32_t band_interpolation[2][512];
82 static int32_t band_spectrum[2][8];
83 static int32_t auf[9][AUBANDS][256];
84 static int32_t cb_to_add[256];
85 static int32_t cb_to_level[2048];
86 static int32_t lfe_fir_64i[512];
87
88 /* Transfer function of outer and middle ear, Hz -> dB */
89 static double hom(double f)
90 {
91     double f1 = f / 1000;
92
93     return -3.64 * pow(f1, -0.8)
94            + 6.8 * exp(-0.6 * (f1 - 3.4) * (f1 - 3.4))
95            - 6.0 * exp(-0.15 * (f1 - 8.7) * (f1 - 8.7))
96            - 0.0006 * (f1 * f1) * (f1 * f1);
97 }
98
99 static double gammafilter(int i, double f)
100 {
101     double h = (f - fc[i]) / erb[i];
102
103     h = 1 + h * h;
104     h = 1 / (h * h);
105     return 20 * log10(h);
106 }
107
108 static int encode_init(AVCodecContext *avctx)
109 {
110     DCAEncContext *c = avctx->priv_data;
111     uint64_t layout = avctx->channel_layout;
112     int i, min_frame_bits;
113
114     c->fullband_channels = c->channels = avctx->channels;
115     c->lfe_channel = (avctx->channels == 3 || avctx->channels == 6);
116     c->band_interpolation = band_interpolation[1];
117     c->band_spectrum = band_spectrum[1];
118     c->worst_quantization_noise = -2047;
119     c->worst_noise_ever = -2047;
120
121     if (!layout) {
122         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "No channel layout specified. The "
123                                       "encoder will guess the layout, but it "
124                                       "might be incorrect.\n");
125         layout = av_get_default_channel_layout(avctx->channels);
126     }
127     switch (layout) {
128     case AV_CH_LAYOUT_MONO:         c->channel_config = 0; break;
129     case AV_CH_LAYOUT_STEREO:       c->channel_config = 2; break;
130     case AV_CH_LAYOUT_2_2:          c->channel_config = 8; break;
131     case AV_CH_LAYOUT_5POINT0:      c->channel_config = 9; break;
132     case AV_CH_LAYOUT_5POINT1:      c->channel_config = 9; break;
133     default:
134         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported channel layout!\n");
135         return AVERROR_PATCHWELCOME;
136     }
137
138     if (c->lfe_channel) {
139         c->fullband_channels--;
140         c->channel_order_tab = channel_reorder_lfe[c->channel_config];
141     } else {
142         c->channel_order_tab = channel_reorder_nolfe[c->channel_config];
143     }
144
145     for (i = 0; i < 9; i++) {
146         if (sample_rates[i] == avctx->sample_rate)
147             break;
148     }
149     if (i == 9)
150         return AVERROR(EINVAL);
151     c->samplerate_index = i;
152
153     if (avctx->bit_rate < 32000 || avctx->bit_rate > 3840000) {
154         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Bit rate %"PRId64" not supported.", (int64_t)avctx->bit_rate);
155         return AVERROR(EINVAL);
156     }
157     for (i = 0; ff_dca_bit_rates[i] < avctx->bit_rate; i++)
158         ;
159     c->bitrate_index = i;
160     c->frame_bits = FFALIGN((avctx->bit_rate * 512 + avctx->sample_rate - 1) / avctx->sample_rate, 32);
161     min_frame_bits = 132 + (493 + 28 * 32) * c->fullband_channels + c->lfe_channel * 72;
162     if (c->frame_bits < min_frame_bits || c->frame_bits > (DCA_MAX_FRAME_SIZE << 3))
163         return AVERROR(EINVAL);
164
165     c->frame_size = (c->frame_bits + 7) / 8;
166
167     avctx->frame_size = 32 * SUBBAND_SAMPLES;
168
169     if (!cos_table[0]) {
170         int j, k;
171
172         cos_table[0] = 0x7fffffff;
173         cos_table[512] = 0;
174         cos_table[1024] = -cos_table[0];
175         for (i = 1; i < 512; i++) {
176             cos_table[i]   = (int32_t)(0x7fffffff * cos(M_PI * i / 1024));
177             cos_table[1024-i] = -cos_table[i];
178             cos_table[1024+i] = -cos_table[i];
179             cos_table[2048-i] = cos_table[i];
180         }
181         for (i = 0; i < 2048; i++) {
182             cb_to_level[i] = (int32_t)(0x7fffffff * ff_exp10(-0.005 * i));
183         }
184
185         for (k = 0; k < 32; k++) {
186             for (j = 0; j < 8; j++) {
187                 lfe_fir_64i[64 * j + k] = (int32_t)(0xffffff800000ULL * ff_dca_lfe_fir_64[8 * k + j]);
188                 lfe_fir_64i[64 * (7-j) + (63 - k)] = (int32_t)(0xffffff800000ULL * ff_dca_lfe_fir_64[8 * k + j]);
189             }
190         }
191
192         for (i = 0; i < 512; i++) {
193             band_interpolation[0][i] = (int32_t)(0x1000000000ULL * ff_dca_fir_32bands_perfect[i]);
194             band_interpolation[1][i] = (int32_t)(0x1000000000ULL * ff_dca_fir_32bands_nonperfect[i]);
195         }
196
197         for (i = 0; i < 9; i++) {
198             for (j = 0; j < AUBANDS; j++) {
199                 for (k = 0; k < 256; k++) {
200                     double freq = sample_rates[i] * (k + 0.5) / 512;
201
202                     auf[i][j][k] = (int32_t)(10 * (hom(freq) + gammafilter(j, freq)));
203                 }
204             }
205         }
206
207         for (i = 0; i < 256; i++) {
208             double add = 1 + ff_exp10(-0.01 * i);
209             cb_to_add[i] = (int32_t)(100 * log10(add));
210         }
211         for (j = 0; j < 8; j++) {
212             double accum = 0;
213             for (i = 0; i < 512; i++) {
214                 double reconst = ff_dca_fir_32bands_perfect[i] * ((i & 64) ? (-1) : 1);
215                 accum += reconst * cos(2 * M_PI * (i + 0.5 - 256) * (j + 0.5) / 512);
216             }
217             band_spectrum[0][j] = (int32_t)(200 * log10(accum));
218         }
219         for (j = 0; j < 8; j++) {
220             double accum = 0;
221             for (i = 0; i < 512; i++) {
222                 double reconst = ff_dca_fir_32bands_nonperfect[i] * ((i & 64) ? (-1) : 1);
223                 accum += reconst * cos(2 * M_PI * (i + 0.5 - 256) * (j + 0.5) / 512);
224             }
225             band_spectrum[1][j] = (int32_t)(200 * log10(accum));
226         }
227     }
228     return 0;
229 }
230
231 static inline int32_t cos_t(int x)
232 {
233     return cos_table[x & 2047];
234 }
235
236 static inline int32_t sin_t(int x)
237 {
238     return cos_t(x - 512);
239 }
240
241 static inline int32_t half32(int32_t a)
242 {
243     return (a + 1) >> 1;
244 }
245
246 static inline int32_t mul32(int32_t a, int32_t b)
247 {
248     int64_t r = (int64_t)a * b + 0x80000000ULL;
249     return r >> 32;
250 }
251
252 static void subband_transform(DCAEncContext *c, const int32_t *input)
253 {
254     int ch, subs, i, k, j;
255
256     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
257         /* History is copied because it is also needed for PSY */
258         int32_t hist[512];
259         int hist_start = 0;
260         const int chi = c->channel_order_tab[ch];
261
262         for (i = 0; i < 512; i++)
263             hist[i] = c->history[i][ch];
264
265         for (subs = 0; subs < SUBBAND_SAMPLES; subs++) {
266             int32_t accum[64];
267             int32_t resp;
268             int band;
269
270             /* Calculate the convolutions at once */
271             for (i = 0; i < 64; i++)
272                 accum[i] = 0;
273
274             for (k = 0, i = hist_start, j = 0;
275                     i < 512; k = (k + 1) & 63, i++, j++)
276                 accum[k] += mul32(hist[i], c->band_interpolation[j]);
277             for (i = 0; i < hist_start; k = (k + 1) & 63, i++, j++)
278                 accum[k] += mul32(hist[i], c->band_interpolation[j]);
279
280             for (k = 16; k < 32; k++)
281                 accum[k] = accum[k] - accum[31 - k];
282             for (k = 32; k < 48; k++)
283                 accum[k] = accum[k] + accum[95 - k];
284
285             for (band = 0; band < 32; band++) {
286                 resp = 0;
287                 for (i = 16; i < 48; i++) {
288                     int s = (2 * band + 1) * (2 * (i + 16) + 1);
289                     resp += mul32(accum[i], cos_t(s << 3)) >> 3;
290                 }
291
292                 c->subband[subs][band][ch] = ((band + 1) & 2) ? -resp : resp;
293             }
294
295             /* Copy in 32 new samples from input */
296             for (i = 0; i < 32; i++)
297                 hist[i + hist_start] = input[(subs * 32 + i) * c->channels + chi];
298             hist_start = (hist_start + 32) & 511;
299         }
300     }
301 }
302
303 static void lfe_downsample(DCAEncContext *c, const int32_t *input)
304 {
305     /* FIXME: make 128x LFE downsampling possible */
306     const int lfech = lfe_index[c->channel_config];
307     int i, j, lfes;
308     int32_t hist[512];
309     int32_t accum;
310     int hist_start = 0;
311
312     for (i = 0; i < 512; i++)
313         hist[i] = c->history[i][c->channels - 1];
314
315     for (lfes = 0; lfes < DCA_LFE_SAMPLES; lfes++) {
316         /* Calculate the convolution */
317         accum = 0;
318
319         for (i = hist_start, j = 0; i < 512; i++, j++)
320             accum += mul32(hist[i], lfe_fir_64i[j]);
321         for (i = 0; i < hist_start; i++, j++)
322             accum += mul32(hist[i], lfe_fir_64i[j]);
323
324         c->downsampled_lfe[lfes] = accum;
325
326         /* Copy in 64 new samples from input */
327         for (i = 0; i < 64; i++)
328             hist[i + hist_start] = input[(lfes * 64 + i) * c->channels + lfech];
329
330         hist_start = (hist_start + 64) & 511;
331     }
332 }
333
334 typedef struct {
335     int32_t re;
336     int32_t im;
337 } cplx32;
338
339 static void fft(const int32_t in[2 * 256], cplx32 out[256])
340 {
341     cplx32 buf[256], rin[256], rout[256];
342     int i, j, k, l;
343
344     /* do two transforms in parallel */
345     for (i = 0; i < 256; i++) {
346         /* Apply the Hann window */
347         rin[i].re = mul32(in[2 * i], 0x3fffffff - (cos_t(8 * i + 2) >> 1));
348         rin[i].im = mul32(in[2 * i + 1], 0x3fffffff - (cos_t(8 * i + 6) >> 1));
349     }
350     /* pre-rotation */
351     for (i = 0; i < 256; i++) {
352         buf[i].re = mul32(cos_t(4 * i + 2), rin[i].re)
353                   - mul32(sin_t(4 * i + 2), rin[i].im);
354         buf[i].im = mul32(cos_t(4 * i + 2), rin[i].im)
355                   + mul32(sin_t(4 * i + 2), rin[i].re);
356     }
357
358     for (j = 256, l = 1; j != 1; j >>= 1, l <<= 1) {
359         for (k = 0; k < 256; k += j) {
360             for (i = k; i < k + j / 2; i++) {
361                 cplx32 sum, diff;
362                 int t = 8 * l * i;
363
364                 sum.re = buf[i].re + buf[i + j / 2].re;
365                 sum.im = buf[i].im + buf[i + j / 2].im;
366
367                 diff.re = buf[i].re - buf[i + j / 2].re;
368                 diff.im = buf[i].im - buf[i + j / 2].im;
369
370                 buf[i].re = half32(sum.re);
371                 buf[i].im = half32(sum.im);
372
373                 buf[i + j / 2].re = mul32(diff.re, cos_t(t))
374                                   - mul32(diff.im, sin_t(t));
375                 buf[i + j / 2].im = mul32(diff.im, cos_t(t))
376                                   + mul32(diff.re, sin_t(t));
377             }
378         }
379     }
380     /* post-rotation */
381     for (i = 0; i < 256; i++) {
382         int b = ff_reverse[i];
383         rout[i].re = mul32(buf[b].re, cos_t(4 * i))
384                    - mul32(buf[b].im, sin_t(4 * i));
385         rout[i].im = mul32(buf[b].im, cos_t(4 * i))
386                    + mul32(buf[b].re, sin_t(4 * i));
387     }
388     for (i = 0; i < 256; i++) {
389         /* separate the results of the two transforms */
390         cplx32 o1, o2;
391
392         o1.re =  rout[i].re - rout[255 - i].re;
393         o1.im =  rout[i].im + rout[255 - i].im;
394
395         o2.re =  rout[i].im - rout[255 - i].im;
396         o2.im = -rout[i].re - rout[255 - i].re;
397
398         /* combine them into one long transform */
399         out[i].re = mul32( o1.re + o2.re, cos_t(2 * i + 1))
400                   + mul32( o1.im - o2.im, sin_t(2 * i + 1));
401         out[i].im = mul32( o1.im + o2.im, cos_t(2 * i + 1))
402                   + mul32(-o1.re + o2.re, sin_t(2 * i + 1));
403     }
404 }
405
406 static int32_t get_cb(int32_t in)
407 {
408     int i, res;
409
410     res = 0;
411     if (in < 0)
412         in = -in;
413     for (i = 1024; i > 0; i >>= 1) {
414         if (cb_to_level[i + res] >= in)
415             res += i;
416     }
417     return -res;
418 }
419
420 static int32_t add_cb(int32_t a, int32_t b)
421 {
422     if (a < b)
423         FFSWAP(int32_t, a, b);
424
425     if (a - b >= 256)
426         return a;
427     return a + cb_to_add[a - b];
428 }
429
430 static void adjust_jnd(int samplerate_index,
431                        const int32_t in[512], int32_t out_cb[256])
432 {
433     int32_t power[256];
434     cplx32 out[256];
435     int32_t out_cb_unnorm[256];
436     int32_t denom;
437     const int32_t ca_cb = -1114;
438     const int32_t cs_cb = 928;
439     int i, j;
440
441     fft(in, out);
442
443     for (j = 0; j < 256; j++) {
444         power[j] = add_cb(get_cb(out[j].re), get_cb(out[j].im));
445         out_cb_unnorm[j] = -2047; /* and can only grow */
446     }
447
448     for (i = 0; i < AUBANDS; i++) {
449         denom = ca_cb; /* and can only grow */
450         for (j = 0; j < 256; j++)
451             denom = add_cb(denom, power[j] + auf[samplerate_index][i][j]);
452         for (j = 0; j < 256; j++)
453             out_cb_unnorm[j] = add_cb(out_cb_unnorm[j],
454                     -denom + auf[samplerate_index][i][j]);
455     }
456
457     for (j = 0; j < 256; j++)
458         out_cb[j] = add_cb(out_cb[j], -out_cb_unnorm[j] - ca_cb - cs_cb);
459 }
460
461 typedef void (*walk_band_t)(DCAEncContext *c, int band1, int band2, int f,
462                             int32_t spectrum1, int32_t spectrum2, int channel,
463                             int32_t * arg);
464
465 static void walk_band_low(DCAEncContext *c, int band, int channel,
466                           walk_band_t walk, int32_t *arg)
467 {
468     int f;
469
470     if (band == 0) {
471         for (f = 0; f < 4; f++)
472             walk(c, 0, 0, f, 0, -2047, channel, arg);
473     } else {
474         for (f = 0; f < 8; f++)
475             walk(c, band, band - 1, 8 * band - 4 + f,
476                     c->band_spectrum[7 - f], c->band_spectrum[f], channel, arg);
477     }
478 }
479
480 static void walk_band_high(DCAEncContext *c, int band, int channel,
481                            walk_band_t walk, int32_t *arg)
482 {
483     int f;
484
485     if (band == 31) {
486         for (f = 0; f < 4; f++)
487             walk(c, 31, 31, 256 - 4 + f, 0, -2047, channel, arg);
488     } else {
489         for (f = 0; f < 8; f++)
490             walk(c, band, band + 1, 8 * band + 4 + f,
491                     c->band_spectrum[f], c->band_spectrum[7 - f], channel, arg);
492     }
493 }
494
495 static void update_band_masking(DCAEncContext *c, int band1, int band2,
496                                 int f, int32_t spectrum1, int32_t spectrum2,
497                                 int channel, int32_t * arg)
498 {
499     int32_t value = c->eff_masking_curve_cb[f] - spectrum1;
500
501     if (value < c->band_masking_cb[band1])
502         c->band_masking_cb[band1] = value;
503 }
504
505 static void calc_masking(DCAEncContext *c, const int32_t *input)
506 {
507     int i, k, band, ch, ssf;
508     int32_t data[512];
509
510     for (i = 0; i < 256; i++)
511         for (ssf = 0; ssf < SUBSUBFRAMES; ssf++)
512             c->masking_curve_cb[ssf][i] = -2047;
513
514     for (ssf = 0; ssf < SUBSUBFRAMES; ssf++)
515         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
516             const int chi = c->channel_order_tab[ch];
517
518             for (i = 0, k = 128 + 256 * ssf; k < 512; i++, k++)
519                 data[i] = c->history[k][ch];
520             for (k -= 512; i < 512; i++, k++)
521                 data[i] = input[k * c->channels + chi];
522             adjust_jnd(c->samplerate_index, data, c->masking_curve_cb[ssf]);
523         }
524     for (i = 0; i < 256; i++) {
525         int32_t m = 2048;
526
527         for (ssf = 0; ssf < SUBSUBFRAMES; ssf++)
528             if (c->masking_curve_cb[ssf][i] < m)
529                 m = c->masking_curve_cb[ssf][i];
530         c->eff_masking_curve_cb[i] = m;
531     }
532
533     for (band = 0; band < 32; band++) {
534         c->band_masking_cb[band] = 2048;
535         walk_band_low(c, band, 0, update_band_masking, NULL);
536         walk_band_high(c, band, 0, update_band_masking, NULL);
537     }
538 }
539
540 static void find_peaks(DCAEncContext *c)
541 {
542     int band, ch;
543
544     for (band = 0; band < 32; band++)
545         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
546             int sample;
547             int32_t m = 0;
548
549             for (sample = 0; sample < SUBBAND_SAMPLES; sample++) {
550                 int32_t s = abs(c->subband[sample][band][ch]);
551                 if (m < s)
552                     m = s;
553             }
554             c->peak_cb[band][ch] = get_cb(m);
555         }
556
557     if (c->lfe_channel) {
558         int sample;
559         int32_t m = 0;
560
561         for (sample = 0; sample < DCA_LFE_SAMPLES; sample++)
562             if (m < abs(c->downsampled_lfe[sample]))
563                 m = abs(c->downsampled_lfe[sample]);
564         c->lfe_peak_cb = get_cb(m);
565     }
566 }
567
568 static const int snr_fudge = 128;
569 #define USED_1ABITS 1
570 #define USED_NABITS 2
571 #define USED_26ABITS 4
572
573 static int init_quantization_noise(DCAEncContext *c, int noise)
574 {
575     int ch, band, ret = 0;
576
577     c->consumed_bits = 132 + 493 * c->fullband_channels;
578     if (c->lfe_channel)
579         c->consumed_bits += 72;
580
581     /* attempt to guess the bit distribution based on the prevoius frame */
582     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
583         for (band = 0; band < 32; band++) {
584             int snr_cb = c->peak_cb[band][ch] - c->band_masking_cb[band] - noise;
585
586             if (snr_cb >= 1312) {
587                 c->abits[band][ch] = 26;
588                 ret |= USED_26ABITS;
589             } else if (snr_cb >= 222) {
590                 c->abits[band][ch] = 8 + mul32(snr_cb - 222, 69000000);
591                 ret |= USED_NABITS;
592             } else if (snr_cb >= 0) {
593                 c->abits[band][ch] = 2 + mul32(snr_cb, 106000000);
594                 ret |= USED_NABITS;
595             } else {
596                 c->abits[band][ch] = 1;
597                 ret |= USED_1ABITS;
598             }
599         }
600     }
601
602     for (band = 0; band < 32; band++)
603         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
604             c->consumed_bits += bit_consumption[c->abits[band][ch]];
605         }
606
607     return ret;
608 }
609
610 static void assign_bits(DCAEncContext *c)
611 {
612     /* Find the bounds where the binary search should work */
613     int low, high, down;
614     int used_abits = 0;
615
616     init_quantization_noise(c, c->worst_quantization_noise);
617     low = high = c->worst_quantization_noise;
618     if (c->consumed_bits > c->frame_bits) {
619         while (c->consumed_bits > c->frame_bits) {
620             av_assert0(used_abits != USED_1ABITS);
621             low = high;
622             high += snr_fudge;
623             used_abits = init_quantization_noise(c, high);
624         }
625     } else {
626         while (c->consumed_bits <= c->frame_bits) {
627             high = low;
628             if (used_abits == USED_26ABITS)
629                 goto out; /* The requested bitrate is too high, pad with zeros */
630             low -= snr_fudge;
631             used_abits = init_quantization_noise(c, low);
632         }
633     }
634
635     /* Now do a binary search between low and high to see what fits */
636     for (down = snr_fudge >> 1; down; down >>= 1) {
637         init_quantization_noise(c, high - down);
638         if (c->consumed_bits <= c->frame_bits)
639             high -= down;
640     }
641     init_quantization_noise(c, high);
642 out:
643     c->worst_quantization_noise = high;
644     if (high > c->worst_noise_ever)
645         c->worst_noise_ever = high;
646 }
647
648 static void shift_history(DCAEncContext *c, const int32_t *input)
649 {
650     int k, ch;
651
652     for (k = 0; k < 512; k++)
653         for (ch = 0; ch < c->channels; ch++) {
654             const int chi = c->channel_order_tab[ch];
655
656             c->history[k][ch] = input[k * c->channels + chi];
657         }
658 }
659
660 static int32_t quantize_value(int32_t value, softfloat quant)
661 {
662     int32_t offset = 1 << (quant.e - 1);
663
664     value = mul32(value, quant.m) + offset;
665     value = value >> quant.e;
666     return value;
667 }
668
669 static int calc_one_scale(int32_t peak_cb, int abits, softfloat *quant)
670 {
671     int32_t peak;
672     int our_nscale, try_remove;
673     softfloat our_quant;
674
675     av_assert0(peak_cb <= 0);
676     av_assert0(peak_cb >= -2047);
677
678     our_nscale = 127;
679     peak = cb_to_level[-peak_cb];
680
681     for (try_remove = 64; try_remove > 0; try_remove >>= 1) {
682         if (scalefactor_inv[our_nscale - try_remove].e + stepsize_inv[abits].e <= 17)
683             continue;
684         our_quant.m = mul32(scalefactor_inv[our_nscale - try_remove].m, stepsize_inv[abits].m);
685         our_quant.e = scalefactor_inv[our_nscale - try_remove].e + stepsize_inv[abits].e - 17;
686         if ((ff_dca_quant_levels[abits] - 1) / 2 < quantize_value(peak, our_quant))
687             continue;
688         our_nscale -= try_remove;
689     }
690
691     if (our_nscale >= 125)
692         our_nscale = 124;
693
694     quant->m = mul32(scalefactor_inv[our_nscale].m, stepsize_inv[abits].m);
695     quant->e = scalefactor_inv[our_nscale].e + stepsize_inv[abits].e - 17;
696     av_assert0((ff_dca_quant_levels[abits] - 1) / 2 >= quantize_value(peak, *quant));
697
698     return our_nscale;
699 }
700
701 static void calc_scales(DCAEncContext *c)
702 {
703     int band, ch;
704
705     for (band = 0; band < 32; band++)
706         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
707             c->scale_factor[band][ch] = calc_one_scale(c->peak_cb[band][ch],
708                                                        c->abits[band][ch],
709                                                        &c->quant[band][ch]);
710
711     if (c->lfe_channel)
712         c->lfe_scale_factor = calc_one_scale(c->lfe_peak_cb, 11, &c->lfe_quant);
713 }
714
715 static void quantize_all(DCAEncContext *c)
716 {
717     int sample, band, ch;
718
719     for (sample = 0; sample < SUBBAND_SAMPLES; sample++)
720         for (band = 0; band < 32; band++)
721             for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
722                 c->quantized[sample][band][ch] = quantize_value(c->subband[sample][band][ch], c->quant[band][ch]);
723 }
724
725 static void put_frame_header(DCAEncContext *c)
726 {
727     /* SYNC */
728     put_bits(&c->pb, 16, 0x7ffe);
729     put_bits(&c->pb, 16, 0x8001);
730
731     /* Frame type: normal */
732     put_bits(&c->pb, 1, 1);
733
734     /* Deficit sample count: none */
735     put_bits(&c->pb, 5, 31);
736
737     /* CRC is not present */
738     put_bits(&c->pb, 1, 0);
739
740     /* Number of PCM sample blocks */
741     put_bits(&c->pb, 7, SUBBAND_SAMPLES - 1);
742
743     /* Primary frame byte size */
744     put_bits(&c->pb, 14, c->frame_size - 1);
745
746     /* Audio channel arrangement */
747     put_bits(&c->pb, 6, c->channel_config);
748
749     /* Core audio sampling frequency */
750     put_bits(&c->pb, 4, bitstream_sfreq[c->samplerate_index]);
751
752     /* Transmission bit rate */
753     put_bits(&c->pb, 5, c->bitrate_index);
754
755     /* Embedded down mix: disabled */
756     put_bits(&c->pb, 1, 0);
757
758     /* Embedded dynamic range flag: not present */
759     put_bits(&c->pb, 1, 0);
760
761     /* Embedded time stamp flag: not present */
762     put_bits(&c->pb, 1, 0);
763
764     /* Auxiliary data flag: not present */
765     put_bits(&c->pb, 1, 0);
766
767     /* HDCD source: no */
768     put_bits(&c->pb, 1, 0);
769
770     /* Extension audio ID: N/A */
771     put_bits(&c->pb, 3, 0);
772
773     /* Extended audio data: not present */
774     put_bits(&c->pb, 1, 0);
775
776     /* Audio sync word insertion flag: after each sub-frame */
777     put_bits(&c->pb, 1, 0);
778
779     /* Low frequency effects flag: not present or 64x subsampling */
780     put_bits(&c->pb, 2, c->lfe_channel ? 2 : 0);
781
782     /* Predictor history switch flag: on */
783     put_bits(&c->pb, 1, 1);
784
785     /* No CRC */
786     /* Multirate interpolator switch: non-perfect reconstruction */
787     put_bits(&c->pb, 1, 0);
788
789     /* Encoder software revision: 7 */
790     put_bits(&c->pb, 4, 7);
791
792     /* Copy history: 0 */
793     put_bits(&c->pb, 2, 0);
794
795     /* Source PCM resolution: 16 bits, not DTS ES */
796     put_bits(&c->pb, 3, 0);
797
798     /* Front sum/difference coding: no */
799     put_bits(&c->pb, 1, 0);
800
801     /* Surrounds sum/difference coding: no */
802     put_bits(&c->pb, 1, 0);
803
804     /* Dialog normalization: 0 dB */
805     put_bits(&c->pb, 4, 0);
806 }
807
808 static void put_primary_audio_header(DCAEncContext *c)
809 {
810     static const int bitlen[11] = { 0, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3 };
811     static const int thr[11]    = { 0, 1, 3, 3, 3, 3, 7, 7, 7, 7, 7 };
812
813     int ch, i;
814     /* Number of subframes */
815     put_bits(&c->pb, 4, SUBFRAMES - 1);
816
817     /* Number of primary audio channels */
818     put_bits(&c->pb, 3, c->fullband_channels - 1);
819
820     /* Subband activity count */
821     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
822         put_bits(&c->pb, 5, DCAENC_SUBBANDS - 2);
823
824     /* High frequency VQ start subband */
825     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
826         put_bits(&c->pb, 5, DCAENC_SUBBANDS - 1);
827
828     /* Joint intensity coding index: 0, 0 */
829     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
830         put_bits(&c->pb, 3, 0);
831
832     /* Transient mode codebook: A4, A4 (arbitrary) */
833     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
834         put_bits(&c->pb, 2, 0);
835
836     /* Scale factor code book: 7 bit linear, 7-bit sqrt table (for each channel) */
837     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
838         put_bits(&c->pb, 3, 6);
839
840     /* Bit allocation quantizer select: linear 5-bit */
841     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
842         put_bits(&c->pb, 3, 6);
843
844     /* Quantization index codebook select: dummy data
845        to avoid transmission of scale factor adjustment */
846     for (i = 1; i < 11; i++)
847         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
848             put_bits(&c->pb, bitlen[i], thr[i]);
849
850     /* Scale factor adjustment index: not transmitted */
851     /* Audio header CRC check word: not transmitted */
852 }
853
854 static void put_subframe_samples(DCAEncContext *c, int ss, int band, int ch)
855 {
856     if (c->abits[band][ch] <= 7) {
857         int sum, i, j;
858         for (i = 0; i < 8; i += 4) {
859             sum = 0;
860             for (j = 3; j >= 0; j--) {
861                 sum *= ff_dca_quant_levels[c->abits[band][ch]];
862                 sum += c->quantized[ss * 8 + i + j][band][ch];
863                 sum += (ff_dca_quant_levels[c->abits[band][ch]] - 1) / 2;
864             }
865             put_bits(&c->pb, bit_consumption[c->abits[band][ch]] / 4, sum);
866         }
867     } else {
868         int i;
869         for (i = 0; i < 8; i++) {
870             int bits = bit_consumption[c->abits[band][ch]] / 16;
871             put_sbits(&c->pb, bits, c->quantized[ss * 8 + i][band][ch]);
872         }
873     }
874 }
875
876 static void put_subframe(DCAEncContext *c, int subframe)
877 {
878     int i, band, ss, ch;
879
880     /* Subsubframes count */
881     put_bits(&c->pb, 2, SUBSUBFRAMES -1);
882
883     /* Partial subsubframe sample count: dummy */
884     put_bits(&c->pb, 3, 0);
885
886     /* Prediction mode: no ADPCM, in each channel and subband */
887     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
888         for (band = 0; band < DCAENC_SUBBANDS; band++)
889             put_bits(&c->pb, 1, 0);
890
891     /* Prediction VQ address: not transmitted */
892     /* Bit allocation index */
893     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
894         for (band = 0; band < DCAENC_SUBBANDS; band++)
895             put_bits(&c->pb, 5, c->abits[band][ch]);
896
897     if (SUBSUBFRAMES > 1) {
898         /* Transition mode: none for each channel and subband */
899         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
900             for (band = 0; band < DCAENC_SUBBANDS; band++)
901                 put_bits(&c->pb, 1, 0); /* codebook A4 */
902     }
903
904     /* Scale factors */
905     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
906         for (band = 0; band < DCAENC_SUBBANDS; band++)
907             put_bits(&c->pb, 7, c->scale_factor[band][ch]);
908
909     /* Joint subband scale factor codebook select: not transmitted */
910     /* Scale factors for joint subband coding: not transmitted */
911     /* Stereo down-mix coefficients: not transmitted */
912     /* Dynamic range coefficient: not transmitted */
913     /* Stde information CRC check word: not transmitted */
914     /* VQ encoded high frequency subbands: not transmitted */
915
916     /* LFE data: 8 samples and scalefactor */
917     if (c->lfe_channel) {
918         for (i = 0; i < DCA_LFE_SAMPLES; i++)
919             put_bits(&c->pb, 8, quantize_value(c->downsampled_lfe[i], c->lfe_quant) & 0xff);
920         put_bits(&c->pb, 8, c->lfe_scale_factor);
921     }
922
923     /* Audio data (subsubframes) */
924     for (ss = 0; ss < SUBSUBFRAMES ; ss++)
925         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
926             for (band = 0; band < DCAENC_SUBBANDS; band++)
927                     put_subframe_samples(c, ss, band, ch);
928
929     /* DSYNC */
930     put_bits(&c->pb, 16, 0xffff);
931 }
932
933 static int encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
934                         const AVFrame *frame, int *got_packet_ptr)
935 {
936     DCAEncContext *c = avctx->priv_data;
937     const int32_t *samples;
938     int ret, i;
939
940     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, avpkt, c->frame_size, 0)) < 0)
941         return ret;
942
943     samples = (const int32_t *)frame->data[0];
944
945     subband_transform(c, samples);
946     if (c->lfe_channel)
947         lfe_downsample(c, samples);
948
949     calc_masking(c, samples);
950     find_peaks(c);
951     assign_bits(c);
952     calc_scales(c);
953     quantize_all(c);
954     shift_history(c, samples);
955
956     init_put_bits(&c->pb, avpkt->data, avpkt->size);
957     put_frame_header(c);
958     put_primary_audio_header(c);
959     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++)
960         put_subframe(c, i);
961
962
963     for (i = put_bits_count(&c->pb); i < 8*c->frame_size; i++)
964         put_bits(&c->pb, 1, 0);
965
966     flush_put_bits(&c->pb);
967
968     avpkt->pts      = frame->pts;
969     avpkt->duration = ff_samples_to_time_base(avctx, frame->nb_samples);
970     avpkt->size     = put_bits_count(&c->pb) >> 3;
971     *got_packet_ptr = 1;
972     return 0;
973 }
974
975 static const AVCodecDefault defaults[] = {
976     { "b",          "1411200" },
977     { NULL },
978 };
979
980 AVCodec ff_dca_encoder = {
981     .name                  = "dca",
982     .long_name             = NULL_IF_CONFIG_SMALL("DCA (DTS Coherent Acoustics)"),
983     .type                  = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
984     .id                    = AV_CODEC_ID_DTS,
985     .priv_data_size        = sizeof(DCAEncContext),
986     .init                  = encode_init,
987     .encode2               = encode_frame,
988     .capabilities          = AV_CODEC_CAP_EXPERIMENTAL,
989     .sample_fmts           = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_S32,
990                                                             AV_SAMPLE_FMT_NONE },
991     .supported_samplerates = sample_rates,
992     .channel_layouts       = (const uint64_t[]) { AV_CH_LAYOUT_MONO,
993                                                   AV_CH_LAYOUT_STEREO,
994                                                   AV_CH_LAYOUT_2_2,
995                                                   AV_CH_LAYOUT_5POINT0,
996                                                   AV_CH_LAYOUT_5POINT1,
997                                                   0 },
998     .defaults              = defaults,
999 };