Merge commit '5397386effba2e53e4ff82852a86f6be4d59e9c1'
[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 "avcodec.h"
28 #include "dca.h"
29 #include "dcadata.h"
30 #include "dcaenc.h"
31 #include "internal.h"
32 #include "put_bits.h"
33
34 #define MAX_CHANNELS 6
35 #define DCA_MAX_FRAME_SIZE 16384
36 #define DCA_HEADER_SIZE 13
37 #define DCA_LFE_SAMPLES 8
38
39 #define DCA_SUBBANDS 32
40 #define SUBFRAMES 1
41 #define SUBSUBFRAMES 2
42 #define SUBBAND_SAMPLES (SUBFRAMES * SUBSUBFRAMES * 8)
43 #define AUBANDS 25
44
45 typedef struct DCAContext {
46     PutBitContext pb;
47     int frame_size;
48     int frame_bits;
49     int fullband_channels;
50     int channels;
51     int lfe_channel;
52     int samplerate_index;
53     int bitrate_index;
54     int channel_config;
55     const int32_t *band_interpolation;
56     const int32_t *band_spectrum;
57     int lfe_scale_factor;
58     softfloat lfe_quant;
59     int32_t lfe_peak_cb;
60
61     int32_t history[512][MAX_CHANNELS]; /* This is a circular buffer */
62     int32_t subband[SUBBAND_SAMPLES][DCA_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
63     int32_t quantized[SUBBAND_SAMPLES][DCA_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
64     int32_t peak_cb[DCA_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
65     int32_t downsampled_lfe[DCA_LFE_SAMPLES];
66     int32_t masking_curve_cb[SUBSUBFRAMES][256];
67     int abits[DCA_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
68     int scale_factor[DCA_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
69     softfloat quant[DCA_SUBBANDS][MAX_CHANNELS];
70     int32_t eff_masking_curve_cb[256];
71     int32_t band_masking_cb[32];
72     int32_t worst_quantization_noise;
73     int32_t worst_noise_ever;
74     int consumed_bits;
75 } DCAContext;
76
77 static int32_t cos_table[2048];
78 static int32_t band_interpolation[2][512];
79 static int32_t band_spectrum[2][8];
80 static int32_t auf[9][AUBANDS][256];
81 static int32_t cb_to_add[256];
82 static int32_t cb_to_level[2048];
83 static int32_t lfe_fir_64i[512];
84
85 /* Transfer function of outer and middle ear, Hz -> dB */
86 static double hom(double f)
87 {
88     double f1 = f / 1000;
89
90     return -3.64 * pow(f1, -0.8)
91            + 6.8 * exp(-0.6 * (f1 - 3.4) * (f1 - 3.4))
92            - 6.0 * exp(-0.15 * (f1 - 8.7) * (f1 - 8.7))
93            - 0.0006 * (f1 * f1) * (f1 * f1);
94 }
95
96 static double gammafilter(int i, double f)
97 {
98     double h = (f - fc[i]) / erb[i];
99
100     h = 1 + h * h;
101     h = 1 / (h * h);
102     return 20 * log10(h);
103 }
104
105 static int encode_init(AVCodecContext *avctx)
106 {
107     DCAContext *c = avctx->priv_data;
108     uint64_t layout = avctx->channel_layout;
109     int i, min_frame_bits;
110
111     c->fullband_channels = c->channels = avctx->channels;
112     c->lfe_channel = (avctx->channels == 3 || avctx->channels == 6);
113     c->band_interpolation = band_interpolation[1];
114     c->band_spectrum = band_spectrum[1];
115     c->worst_quantization_noise = -2047;
116     c->worst_noise_ever = -2047;
117
118     if (!layout) {
119         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "No channel layout specified. The "
120                                       "encoder will guess the layout, but it "
121                                       "might be incorrect.\n");
122         layout = av_get_default_channel_layout(avctx->channels);
123     }
124     switch (layout) {
125     case AV_CH_LAYOUT_MONO:         c->channel_config = 0; break;
126     case AV_CH_LAYOUT_STEREO:       c->channel_config = 2; break;
127     case AV_CH_LAYOUT_2_2:          c->channel_config = 8; break;
128     case AV_CH_LAYOUT_5POINT0:      c->channel_config = 9; break;
129     case AV_CH_LAYOUT_5POINT1:      c->channel_config = 9; break;
130     default:
131         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported channel layout!\n");
132         return AVERROR_PATCHWELCOME;
133     }
134
135     if (c->lfe_channel)
136         c->fullband_channels--;
137
138     for (i = 0; i < 9; i++) {
139         if (sample_rates[i] == avctx->sample_rate)
140             break;
141     }
142     if (i == 9)
143         return AVERROR(EINVAL);
144     c->samplerate_index = i;
145
146     if (avctx->bit_rate < 32000 || avctx->bit_rate > 3840000) {
147         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Bit rate %i not supported.", avctx->bit_rate);
148         return AVERROR(EINVAL);
149     }
150     for (i = 0; dca_bit_rates[i] < avctx->bit_rate; i++)
151         ;
152     c->bitrate_index = i;
153     avctx->bit_rate = dca_bit_rates[i];
154     c->frame_bits = FFALIGN((avctx->bit_rate * 512 + avctx->sample_rate - 1) / avctx->sample_rate, 32);
155     min_frame_bits = 132 + (493 + 28 * 32) * c->fullband_channels + c->lfe_channel * 72;
156     if (c->frame_bits < min_frame_bits || c->frame_bits > (DCA_MAX_FRAME_SIZE << 3))
157         return AVERROR(EINVAL);
158
159     c->frame_size = (c->frame_bits + 7) / 8;
160
161     avctx->frame_size = 32 * SUBBAND_SAMPLES;
162
163     if (!cos_table[0]) {
164         int j, k;
165
166         for (i = 0; i < 2048; i++) {
167             cos_table[i]   = (int32_t)(0x7fffffff * cos(M_PI * i / 1024));
168             cb_to_level[i] = (int32_t)(0x7fffffff * pow(10, -0.005 * i));
169         }
170
171         /* FIXME: probably incorrect */
172         for (i = 0; i < 256; i++) {
173             lfe_fir_64i[i] = (int32_t)(0x01ffffff * lfe_fir_64[i]);
174             lfe_fir_64i[511 - i] = (int32_t)(0x01ffffff * lfe_fir_64[i]);
175         }
176
177         for (i = 0; i < 512; i++) {
178             band_interpolation[0][i] = (int32_t)(0x1000000000ULL * fir_32bands_perfect[i]);
179             band_interpolation[1][i] = (int32_t)(0x1000000000ULL * fir_32bands_nonperfect[i]);
180         }
181
182         for (i = 0; i < 9; i++) {
183             for (j = 0; j < AUBANDS; j++) {
184                 for (k = 0; k < 256; k++) {
185                     double freq = sample_rates[i] * (k + 0.5) / 512;
186
187                     auf[i][j][k] = (int32_t)(10 * (hom(freq) + gammafilter(j, freq)));
188                 }
189             }
190         }
191
192         for (i = 0; i < 256; i++) {
193             double add = 1 + pow(10, -0.01 * i);
194             cb_to_add[i] = (int32_t)(100 * log10(add));
195         }
196         for (j = 0; j < 8; j++) {
197             double accum = 0;
198             for (i = 0; i < 512; i++) {
199                 double reconst = fir_32bands_perfect[i] * ((i & 64) ? (-1) : 1);
200                 accum += reconst * cos(2 * M_PI * (i + 0.5 - 256) * (j + 0.5) / 512);
201             }
202             band_spectrum[0][j] = (int32_t)(200 * log10(accum));
203         }
204         for (j = 0; j < 8; j++) {
205             double accum = 0;
206             for (i = 0; i < 512; i++) {
207                 double reconst = fir_32bands_nonperfect[i] * ((i & 64) ? (-1) : 1);
208                 accum += reconst * cos(2 * M_PI * (i + 0.5 - 256) * (j + 0.5) / 512);
209             }
210             band_spectrum[1][j] = (int32_t)(200 * log10(accum));
211         }
212     }
213     return 0;
214 }
215
216 static inline int32_t cos_t(int x)
217 {
218     return cos_table[x & 2047];
219 }
220
221 static inline int32_t sin_t(int x)
222 {
223     return cos_t(x - 512);
224 }
225
226 static inline int32_t half32(int32_t a)
227 {
228     return (a + 1) >> 1;
229 }
230
231 static inline int32_t mul32(int32_t a, int32_t b)
232 {
233     int64_t r = (int64_t)a * b + 0x80000000ULL;
234     return r >> 32;
235 }
236
237 static void subband_transform(DCAContext *c, const int32_t *input)
238 {
239     int ch, subs, i, k, j;
240
241     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
242         /* History is copied because it is also needed for PSY */
243         int32_t hist[512];
244         int hist_start = 0;
245
246         for (i = 0; i < 512; i++)
247             hist[i] = c->history[i][ch];
248
249         for (subs = 0; subs < SUBBAND_SAMPLES; subs++) {
250             int32_t accum[64];
251             int32_t resp;
252             int band;
253
254             /* Calculate the convolutions at once */
255             for (i = 0; i < 64; i++)
256                 accum[i] = 0;
257
258             for (k = 0, i = hist_start, j = 0;
259                     i < 512; k = (k + 1) & 63, i++, j++)
260                 accum[k] += mul32(hist[i], c->band_interpolation[j]);
261             for (i = 0; i < hist_start; k = (k + 1) & 63, i++, j++)
262                 accum[k] += mul32(hist[i], c->band_interpolation[j]);
263
264             for (k = 16; k < 32; k++)
265                 accum[k] = accum[k] - accum[31 - k];
266             for (k = 32; k < 48; k++)
267                 accum[k] = accum[k] + accum[95 - k];
268
269             for (band = 0; band < 32; band++) {
270                 resp = 0;
271                 for (i = 16; i < 48; i++) {
272                     int s = (2 * band + 1) * (2 * (i + 16) + 1);
273                     resp += mul32(accum[i], cos_t(s << 3)) >> 3;
274                 }
275
276                 c->subband[subs][band][ch] = ((band + 1) & 2) ? -resp : resp;
277             }
278
279             /* Copy in 32 new samples from input */
280             for (i = 0; i < 32; i++)
281                 hist[i + hist_start] = input[(subs * 32 + i) * c->channels + ch];
282             hist_start = (hist_start + 32) & 511;
283         }
284     }
285 }
286
287 static void lfe_downsample(DCAContext *c, const int32_t *input)
288 {
289     /* FIXME: make 128x LFE downsampling possible */
290     int i, j, lfes;
291     int32_t hist[512];
292     int32_t accum;
293     int hist_start = 0;
294
295     for (i = 0; i < 512; i++)
296         hist[i] = c->history[i][c->channels - 1];
297
298     for (lfes = 0; lfes < DCA_LFE_SAMPLES; lfes++) {
299         /* Calculate the convolution */
300         accum = 0;
301
302         for (i = hist_start, j = 0; i < 512; i++, j++)
303             accum += mul32(hist[i], lfe_fir_64i[j]);
304         for (i = 0; i < hist_start; i++, j++)
305             accum += mul32(hist[i], lfe_fir_64i[j]);
306
307         c->downsampled_lfe[lfes] = accum;
308
309         /* Copy in 64 new samples from input */
310         for (i = 0; i < 64; i++)
311             hist[i + hist_start] = input[(lfes * 64 + i) * c->channels + c->channels - 1];
312
313         hist_start = (hist_start + 64) & 511;
314     }
315 }
316
317 typedef struct {
318     int32_t re;
319     int32_t im;
320 } cplx32;
321
322 static void fft(const int32_t in[2 * 256], cplx32 out[256])
323 {
324     cplx32 buf[256], rin[256], rout[256];
325     int i, j, k, l;
326
327     /* do two transforms in parallel */
328     for (i = 0; i < 256; i++) {
329         /* Apply the Hann window */
330         rin[i].re = mul32(in[2 * i], 0x3fffffff - (cos_t(8 * i + 2) >> 1));
331         rin[i].im = mul32(in[2 * i + 1], 0x3fffffff - (cos_t(8 * i + 6) >> 1));
332     }
333     /* pre-rotation */
334     for (i = 0; i < 256; i++) {
335         buf[i].re = mul32(cos_t(4 * i + 2), rin[i].re)
336                   - mul32(sin_t(4 * i + 2), rin[i].im);
337         buf[i].im = mul32(cos_t(4 * i + 2), rin[i].im)
338                   + mul32(sin_t(4 * i + 2), rin[i].re);
339     }
340
341     for (j = 256, l = 1; j != 1; j >>= 1, l <<= 1) {
342         for (k = 0; k < 256; k += j) {
343             for (i = k; i < k + j / 2; i++) {
344                 cplx32 sum, diff;
345                 int t = 8 * l * i;
346
347                 sum.re = buf[i].re + buf[i + j / 2].re;
348                 sum.im = buf[i].im + buf[i + j / 2].im;
349
350                 diff.re = buf[i].re - buf[i + j / 2].re;
351                 diff.im = buf[i].im - buf[i + j / 2].im;
352
353                 buf[i].re = half32(sum.re);
354                 buf[i].im = half32(sum.im);
355
356                 buf[i + j / 2].re = mul32(diff.re, cos_t(t))
357                                   - mul32(diff.im, sin_t(t));
358                 buf[i + j / 2].im = mul32(diff.im, cos_t(t))
359                                   + mul32(diff.re, sin_t(t));
360             }
361         }
362     }
363     /* post-rotation */
364     for (i = 0; i < 256; i++) {
365         int b = ff_reverse[i];
366         rout[i].re = mul32(buf[b].re, cos_t(4 * i))
367                    - mul32(buf[b].im, sin_t(4 * i));
368         rout[i].im = mul32(buf[b].im, cos_t(4 * i))
369                    + mul32(buf[b].re, sin_t(4 * i));
370     }
371     for (i = 0; i < 256; i++) {
372         /* separate the results of the two transforms */
373         cplx32 o1, o2;
374
375         o1.re =  rout[i].re - rout[255 - i].re;
376         o1.im =  rout[i].im + rout[255 - i].im;
377
378         o2.re =  rout[i].im - rout[255 - i].im;
379         o2.im = -rout[i].re - rout[255 - i].re;
380
381         /* combine them into one long transform */
382         out[i].re = mul32( o1.re + o2.re, cos_t(2 * i + 1))
383                   + mul32( o1.im - o2.im, sin_t(2 * i + 1));
384         out[i].im = mul32( o1.im + o2.im, cos_t(2 * i + 1))
385                   + mul32(-o1.re + o2.re, sin_t(2 * i + 1));
386     }
387 }
388
389 static int32_t get_cb(int32_t in)
390 {
391     int i, res;
392
393     res = 0;
394     if (in < 0)
395         in = -in;
396     for (i = 1024; i > 0; i >>= 1) {
397         if (cb_to_level[i + res] >= in)
398             res += i;
399     }
400     return -res;
401 }
402
403 static int32_t add_cb(int32_t a, int32_t b)
404 {
405     if (a < b)
406         FFSWAP(int32_t, a, b);
407
408     if (a - b >= 256)
409         return a;
410     return a + cb_to_add[a - b];
411 }
412
413 static void adjust_jnd(int samplerate_index,
414                        const int32_t in[512], int32_t out_cb[256])
415 {
416     int32_t power[256];
417     cplx32 out[256];
418     int32_t out_cb_unnorm[256];
419     int32_t denom;
420     const int32_t ca_cb = -1114;
421     const int32_t cs_cb = 928;
422     int i, j;
423
424     fft(in, out);
425
426     for (j = 0; j < 256; j++) {
427         power[j] = add_cb(get_cb(out[j].re), get_cb(out[j].im));
428         out_cb_unnorm[j] = -2047; /* and can only grow */
429     }
430
431     for (i = 0; i < AUBANDS; i++) {
432         denom = ca_cb; /* and can only grow */
433         for (j = 0; j < 256; j++)
434             denom = add_cb(denom, power[j] + auf[samplerate_index][i][j]);
435         for (j = 0; j < 256; j++)
436             out_cb_unnorm[j] = add_cb(out_cb_unnorm[j],
437                     -denom + auf[samplerate_index][i][j]);
438     }
439
440     for (j = 0; j < 256; j++)
441         out_cb[j] = add_cb(out_cb[j], -out_cb_unnorm[j] - ca_cb - cs_cb);
442 }
443
444 typedef void (*walk_band_t)(DCAContext *c, int band1, int band2, int f,
445                             int32_t spectrum1, int32_t spectrum2, int channel,
446                             int32_t * arg);
447
448 static void walk_band_low(DCAContext *c, int band, int channel,
449                           walk_band_t walk, int32_t *arg)
450 {
451     int f;
452
453     if (band == 0) {
454         for (f = 0; f < 4; f++)
455             walk(c, 0, 0, f, 0, -2047, channel, arg);
456     } else {
457         for (f = 0; f < 8; f++)
458             walk(c, band, band - 1, 8 * band - 4 + f,
459                     c->band_spectrum[7 - f], c->band_spectrum[f], channel, arg);
460     }
461 }
462
463 static void walk_band_high(DCAContext *c, int band, int channel,
464                            walk_band_t walk, int32_t *arg)
465 {
466     int f;
467
468     if (band == 31) {
469         for (f = 0; f < 4; f++)
470             walk(c, 31, 31, 256 - 4 + f, 0, -2047, channel, arg);
471     } else {
472         for (f = 0; f < 8; f++)
473             walk(c, band, band + 1, 8 * band + 4 + f,
474                     c->band_spectrum[f], c->band_spectrum[7 - f], channel, arg);
475     }
476 }
477
478 static void update_band_masking(DCAContext *c, int band1, int band2,
479                                 int f, int32_t spectrum1, int32_t spectrum2,
480                                 int channel, int32_t * arg)
481 {
482     int32_t value = c->eff_masking_curve_cb[f] - spectrum1;
483
484     if (value < c->band_masking_cb[band1])
485         c->band_masking_cb[band1] = value;
486 }
487
488 static void calc_masking(DCAContext *c, const int32_t *input)
489 {
490     int i, k, band, ch, ssf;
491     int32_t data[512];
492
493     for (i = 0; i < 256; i++)
494         for (ssf = 0; ssf < SUBSUBFRAMES; ssf++)
495             c->masking_curve_cb[ssf][i] = -2047;
496
497     for (ssf = 0; ssf < SUBSUBFRAMES; ssf++)
498         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
499             for (i = 0, k = 128 + 256 * ssf; k < 512; i++, k++)
500                 data[i] = c->history[k][ch];
501             for (k -= 512; i < 512; i++, k++)
502                 data[i] = input[k * c->channels + ch];
503             adjust_jnd(c->samplerate_index, data, c->masking_curve_cb[ssf]);
504         }
505     for (i = 0; i < 256; i++) {
506         int32_t m = 2048;
507
508         for (ssf = 0; ssf < SUBSUBFRAMES; ssf++)
509             if (c->masking_curve_cb[ssf][i] < m)
510                 m = c->masking_curve_cb[ssf][i];
511         c->eff_masking_curve_cb[i] = m;
512     }
513
514     for (band = 0; band < 32; band++) {
515         c->band_masking_cb[band] = 2048;
516         walk_band_low(c, band, 0, update_band_masking, NULL);
517         walk_band_high(c, band, 0, update_band_masking, NULL);
518     }
519 }
520
521 static void find_peaks(DCAContext *c)
522 {
523     int band, ch;
524
525     for (band = 0; band < 32; band++)
526         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
527             int sample;
528             int32_t m = 0;
529
530             for (sample = 0; sample < SUBBAND_SAMPLES; sample++) {
531                 int32_t s = abs(c->subband[sample][band][ch]);
532                 if (m < s)
533                     m = s;
534             }
535             c->peak_cb[band][ch] = get_cb(m);
536         }
537
538     if (c->lfe_channel) {
539         int sample;
540         int32_t m = 0;
541
542         for (sample = 0; sample < DCA_LFE_SAMPLES; sample++)
543             if (m < abs(c->downsampled_lfe[sample]))
544                 m = abs(c->downsampled_lfe[sample]);
545         c->lfe_peak_cb = get_cb(m);
546     }
547 }
548
549 static const int snr_fudge = 128;
550 #define USED_1ABITS 1
551 #define USED_NABITS 2
552 #define USED_26ABITS 4
553
554 static int init_quantization_noise(DCAContext *c, int noise)
555 {
556     int ch, band, ret = 0;
557
558     c->consumed_bits = 132 + 493 * c->fullband_channels;
559     if (c->lfe_channel)
560         c->consumed_bits += 72;
561
562     /* attempt to guess the bit distribution based on the prevoius frame */
563     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
564         for (band = 0; band < 32; band++) {
565             int snr_cb = c->peak_cb[band][ch] - c->band_masking_cb[band] - noise;
566
567             if (snr_cb >= 1312) {
568                 c->abits[band][ch] = 26;
569                 ret |= USED_26ABITS;
570             } else if (snr_cb >= 222) {
571                 c->abits[band][ch] = 8 + mul32(snr_cb - 222, 69000000);
572                 ret |= USED_NABITS;
573             } else if (snr_cb >= 0) {
574                 c->abits[band][ch] = 2 + mul32(snr_cb, 106000000);
575                 ret |= USED_NABITS;
576             } else {
577                 c->abits[band][ch] = 1;
578                 ret |= USED_1ABITS;
579             }
580         }
581     }
582
583     for (band = 0; band < 32; band++)
584         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++) {
585             c->consumed_bits += bit_consumption[c->abits[band][ch]];
586         }
587
588     return ret;
589 }
590
591 static void assign_bits(DCAContext *c)
592 {
593     /* Find the bounds where the binary search should work */
594     int low, high, down;
595     int used_abits = 0;
596
597     init_quantization_noise(c, c->worst_quantization_noise);
598     low = high = c->worst_quantization_noise;
599     if (c->consumed_bits > c->frame_bits) {
600         while (c->consumed_bits > c->frame_bits) {
601             av_assert0(used_abits != USED_1ABITS);
602             low = high;
603             high += snr_fudge;
604             used_abits = init_quantization_noise(c, high);
605         }
606     } else {
607         while (c->consumed_bits <= c->frame_bits) {
608             high = low;
609             if (used_abits == USED_26ABITS)
610                 goto out; /* The requested bitrate is too high, pad with zeros */
611             low -= snr_fudge;
612             used_abits = init_quantization_noise(c, low);
613         }
614     }
615
616     /* Now do a binary search between low and high to see what fits */
617     for (down = snr_fudge >> 1; down; down >>= 1) {
618         init_quantization_noise(c, high - down);
619         if (c->consumed_bits <= c->frame_bits)
620             high -= down;
621     }
622     init_quantization_noise(c, high);
623 out:
624     c->worst_quantization_noise = high;
625     if (high > c->worst_noise_ever)
626         c->worst_noise_ever = high;
627 }
628
629 static void shift_history(DCAContext *c, const int32_t *input)
630 {
631     int k, ch;
632
633     for (k = 0; k < 512; k++)
634         for (ch = 0; ch < c->channels; ch++)
635             c->history[k][ch] = input[k * c->channels + ch];
636 }
637
638 static int32_t quantize_value(int32_t value, softfloat quant)
639 {
640     int32_t offset = 1 << (quant.e - 1);
641
642     value = mul32(value, quant.m) + offset;
643     value = value >> quant.e;
644     return value;
645 }
646
647 static int calc_one_scale(int32_t peak_cb, int abits, softfloat *quant)
648 {
649     int32_t peak;
650     int our_nscale, try_remove;
651     softfloat our_quant;
652
653     av_assert0(peak_cb <= 0);
654     av_assert0(peak_cb >= -2047);
655
656     our_nscale = 127;
657     peak = cb_to_level[-peak_cb];
658
659     for (try_remove = 64; try_remove > 0; try_remove >>= 1) {
660         if (scalefactor_inv[our_nscale - try_remove].e + stepsize_inv[abits].e <= 17)
661             continue;
662         our_quant.m = mul32(scalefactor_inv[our_nscale - try_remove].m, stepsize_inv[abits].m);
663         our_quant.e = scalefactor_inv[our_nscale - try_remove].e + stepsize_inv[abits].e - 17;
664         if ((quant_levels[abits] - 1) / 2 < quantize_value(peak, our_quant))
665             continue;
666         our_nscale -= try_remove;
667     }
668
669     if (our_nscale >= 125)
670         our_nscale = 124;
671
672     quant->m = mul32(scalefactor_inv[our_nscale].m, stepsize_inv[abits].m);
673     quant->e = scalefactor_inv[our_nscale].e + stepsize_inv[abits].e - 17;
674     av_assert0((quant_levels[abits] - 1) / 2 >= quantize_value(peak, *quant));
675
676     return our_nscale;
677 }
678
679 static void calc_scales(DCAContext *c)
680 {
681     int band, ch;
682
683     for (band = 0; band < 32; band++)
684         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
685             c->scale_factor[band][ch] = calc_one_scale(c->peak_cb[band][ch],
686                                                        c->abits[band][ch],
687                                                        &c->quant[band][ch]);
688
689     if (c->lfe_channel)
690         c->lfe_scale_factor = calc_one_scale(c->lfe_peak_cb, 11, &c->lfe_quant);
691 }
692
693 static void quantize_all(DCAContext *c)
694 {
695     int sample, band, ch;
696
697     for (sample = 0; sample < SUBBAND_SAMPLES; sample++)
698         for (band = 0; band < 32; band++)
699             for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
700                 c->quantized[sample][band][ch] = quantize_value(c->subband[sample][band][ch], c->quant[band][ch]);
701 }
702
703 static void put_frame_header(DCAContext *c)
704 {
705     /* SYNC */
706     put_bits(&c->pb, 16, 0x7ffe);
707     put_bits(&c->pb, 16, 0x8001);
708
709     /* Frame type: normal */
710     put_bits(&c->pb, 1, 1);
711
712     /* Deficit sample count: none */
713     put_bits(&c->pb, 5, 31);
714
715     /* CRC is not present */
716     put_bits(&c->pb, 1, 0);
717
718     /* Number of PCM sample blocks */
719     put_bits(&c->pb, 7, SUBBAND_SAMPLES - 1);
720
721     /* Primary frame byte size */
722     put_bits(&c->pb, 14, c->frame_size - 1);
723
724     /* Audio channel arrangement */
725     put_bits(&c->pb, 6, c->channel_config);
726
727     /* Core audio sampling frequency */
728     put_bits(&c->pb, 4, bitstream_sfreq[c->samplerate_index]);
729
730     /* Transmission bit rate */
731     put_bits(&c->pb, 5, c->bitrate_index);
732
733     /* Embedded down mix: disabled */
734     put_bits(&c->pb, 1, 0);
735
736     /* Embedded dynamic range flag: not present */
737     put_bits(&c->pb, 1, 0);
738
739     /* Embedded time stamp flag: not present */
740     put_bits(&c->pb, 1, 0);
741
742     /* Auxiliary data flag: not present */
743     put_bits(&c->pb, 1, 0);
744
745     /* HDCD source: no */
746     put_bits(&c->pb, 1, 0);
747
748     /* Extension audio ID: N/A */
749     put_bits(&c->pb, 3, 0);
750
751     /* Extended audio data: not present */
752     put_bits(&c->pb, 1, 0);
753
754     /* Audio sync word insertion flag: after each sub-frame */
755     put_bits(&c->pb, 1, 0);
756
757     /* Low frequency effects flag: not present or 64x subsampling */
758     put_bits(&c->pb, 2, c->lfe_channel ? 2 : 0);
759
760     /* Predictor history switch flag: on */
761     put_bits(&c->pb, 1, 1);
762
763     /* No CRC */
764     /* Multirate interpolator switch: non-perfect reconstruction */
765     put_bits(&c->pb, 1, 0);
766
767     /* Encoder software revision: 7 */
768     put_bits(&c->pb, 4, 7);
769
770     /* Copy history: 0 */
771     put_bits(&c->pb, 2, 0);
772
773     /* Source PCM resolution: 16 bits, not DTS ES */
774     put_bits(&c->pb, 3, 0);
775
776     /* Front sum/difference coding: no */
777     put_bits(&c->pb, 1, 0);
778
779     /* Surrounds sum/difference coding: no */
780     put_bits(&c->pb, 1, 0);
781
782     /* Dialog normalization: 0 dB */
783     put_bits(&c->pb, 4, 0);
784 }
785
786 static void put_primary_audio_header(DCAContext *c)
787 {
788     static const int bitlen[11] = { 0, 1, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3 };
789     static const int thr[11]    = { 0, 1, 3, 3, 3, 3, 7, 7, 7, 7, 7 };
790
791     int ch, i;
792     /* Number of subframes */
793     put_bits(&c->pb, 4, SUBFRAMES - 1);
794
795     /* Number of primary audio channels */
796     put_bits(&c->pb, 3, c->fullband_channels - 1);
797
798     /* Subband activity count */
799     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
800         put_bits(&c->pb, 5, DCA_SUBBANDS - 2);
801
802     /* High frequency VQ start subband */
803     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
804         put_bits(&c->pb, 5, DCA_SUBBANDS - 1);
805
806     /* Joint intensity coding index: 0, 0 */
807     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
808         put_bits(&c->pb, 3, 0);
809
810     /* Transient mode codebook: A4, A4 (arbitrary) */
811     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
812         put_bits(&c->pb, 2, 0);
813
814     /* Scale factor code book: 7 bit linear, 7-bit sqrt table (for each channel) */
815     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
816         put_bits(&c->pb, 3, 6);
817
818     /* Bit allocation quantizer select: linear 5-bit */
819     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
820         put_bits(&c->pb, 3, 6);
821
822     /* Quantization index codebook select: dummy data
823        to avoid transmission of scale factor adjustment */
824     for (i = 1; i < 11; i++)
825         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
826             put_bits(&c->pb, bitlen[i], thr[i]);
827
828     /* Scale factor adjustment index: not transmitted */
829     /* Audio header CRC check word: not transmitted */
830 }
831
832 static void put_subframe_samples(DCAContext *c, int ss, int band, int ch)
833 {
834     if (c->abits[band][ch] <= 7) {
835         int sum, i, j;
836         for (i = 0; i < 8; i += 4) {
837             sum = 0;
838             for (j = 3; j >= 0; j--) {
839                 sum *= quant_levels[c->abits[band][ch]];
840                 sum += c->quantized[ss * 8 + i + j][band][ch];
841                 sum += (quant_levels[c->abits[band][ch]] - 1) / 2;
842             }
843             put_bits(&c->pb, bit_consumption[c->abits[band][ch]] / 4, sum);
844         }
845     } else {
846         int i;
847         for (i = 0; i < 8; i++) {
848             int bits = bit_consumption[c->abits[band][ch]] / 16;
849             int32_t mask = (1 << bits) - 1;
850             put_bits(&c->pb, bits, c->quantized[ss * 8 + i][band][ch] & mask);
851         }
852     }
853 }
854
855 static void put_subframe(DCAContext *c, int subframe)
856 {
857     int i, band, ss, ch;
858
859     /* Subsubframes count */
860     put_bits(&c->pb, 2, SUBSUBFRAMES -1);
861
862     /* Partial subsubframe sample count: dummy */
863     put_bits(&c->pb, 3, 0);
864
865     /* Prediction mode: no ADPCM, in each channel and subband */
866     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
867         for (band = 0; band < DCA_SUBBANDS; band++)
868             put_bits(&c->pb, 1, 0);
869
870     /* Prediction VQ addres: not transmitted */
871     /* Bit allocation index */
872     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
873         for (band = 0; band < DCA_SUBBANDS; band++)
874             put_bits(&c->pb, 5, c->abits[band][ch]);
875
876     if (SUBSUBFRAMES > 1) {
877         /* Transition mode: none for each channel and subband */
878         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
879             for (band = 0; band < DCA_SUBBANDS; band++)
880                 put_bits(&c->pb, 1, 0); /* codebook A4 */
881     }
882
883     /* Scale factors */
884     for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
885         for (band = 0; band < DCA_SUBBANDS; band++)
886             put_bits(&c->pb, 7, c->scale_factor[band][ch]);
887
888     /* Joint subband scale factor codebook select: not transmitted */
889     /* Scale factors for joint subband coding: not transmitted */
890     /* Stereo down-mix coefficients: not transmitted */
891     /* Dynamic range coefficient: not transmitted */
892     /* Stde information CRC check word: not transmitted */
893     /* VQ encoded high frequency subbands: not transmitted */
894
895     /* LFE data: 8 samples and scalefactor */
896     if (c->lfe_channel) {
897         for (i = 0; i < DCA_LFE_SAMPLES; i++)
898             put_bits(&c->pb, 8, quantize_value(c->downsampled_lfe[i], c->lfe_quant) & 0xff);
899         put_bits(&c->pb, 8, c->lfe_scale_factor);
900     }
901
902     /* Audio data (subsubframes) */
903     for (ss = 0; ss < SUBSUBFRAMES ; ss++)
904         for (ch = 0; ch < c->fullband_channels; ch++)
905             for (band = 0; band < DCA_SUBBANDS; band++)
906                     put_subframe_samples(c, ss, band, ch);
907
908     /* DSYNC */
909     put_bits(&c->pb, 16, 0xffff);
910 }
911
912 static int encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
913                         const AVFrame *frame, int *got_packet_ptr)
914 {
915     DCAContext *c = avctx->priv_data;
916     const int32_t *samples;
917     int ret, i;
918
919     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, avpkt, c->frame_size )) < 0)
920         return ret;
921
922     samples = (const int32_t *)frame->data[0];
923
924     subband_transform(c, samples);
925     if (c->lfe_channel)
926         lfe_downsample(c, samples);
927
928     calc_masking(c, samples);
929     find_peaks(c);
930     assign_bits(c);
931     calc_scales(c);
932     quantize_all(c);
933     shift_history(c, samples);
934
935     init_put_bits(&c->pb, avpkt->data, avpkt->size);
936     put_frame_header(c);
937     put_primary_audio_header(c);
938     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++)
939         put_subframe(c, i);
940
941     flush_put_bits(&c->pb);
942
943     avpkt->pts      = frame->pts;
944     avpkt->duration = ff_samples_to_time_base(avctx, frame->nb_samples);
945     avpkt->size     = c->frame_size + 1;
946     *got_packet_ptr = 1;
947     return 0;
948 }
949
950 static const AVCodecDefault defaults[] = {
951     { "b",          "1411200" },
952     { NULL },
953 };
954
955 AVCodec ff_dca_encoder = {
956     .name                  = "dca",
957     .long_name             = NULL_IF_CONFIG_SMALL("DCA (DTS Coherent Acoustics)"),
958     .type                  = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
959     .id                    = AV_CODEC_ID_DTS,
960     .priv_data_size        = sizeof(DCAContext),
961     .init                  = encode_init,
962     .encode2               = encode_frame,
963     .capabilities          = CODEC_CAP_EXPERIMENTAL,
964     .sample_fmts           = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_S32,
965                                                             AV_SAMPLE_FMT_NONE },
966     .supported_samplerates = sample_rates,
967     .channel_layouts       = (const uint64_t[]) { AV_CH_LAYOUT_MONO,
968                                                   AV_CH_LAYOUT_STEREO,
969                                                   AV_CH_LAYOUT_2_2,
970                                                   AV_CH_LAYOUT_5POINT0,
971                                                   AV_CH_LAYOUT_5POINT1,
972                                                   0 },
973     .defaults              = defaults,
974 };