Merge commit 'b7f98659f21dce438c33b512e25fd64b8d07c347'
[ffmpeg.git] / libavcodec / flacenc.c
1 /*
2  * FLAC audio encoder
3  * Copyright (c) 2006  Justin Ruggles <justin.ruggles@gmail.com>
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 "libavutil/avassert.h"
23 #include "libavutil/crc.h"
24 #include "libavutil/intmath.h"
25 #include "libavutil/md5.h"
26 #include "libavutil/opt.h"
27
28 #include "avcodec.h"
29 #include "bswapdsp.h"
30 #include "put_bits.h"
31 #include "golomb.h"
32 #include "internal.h"
33 #include "lpc.h"
34 #include "flac.h"
35 #include "flacdata.h"
36 #include "flacdsp.h"
37
38 #define FLAC_SUBFRAME_CONSTANT  0
39 #define FLAC_SUBFRAME_VERBATIM  1
40 #define FLAC_SUBFRAME_FIXED     8
41 #define FLAC_SUBFRAME_LPC      32
42
43 #define MAX_FIXED_ORDER     4
44 #define MAX_PARTITION_ORDER 8
45 #define MAX_PARTITIONS     (1 << MAX_PARTITION_ORDER)
46 #define MAX_LPC_PRECISION  15
47 #define MAX_LPC_SHIFT      15
48
49 enum CodingMode {
50     CODING_MODE_RICE  = 4,
51     CODING_MODE_RICE2 = 5,
52 };
53
54 typedef struct CompressionOptions {
55     int compression_level;
56     int block_time_ms;
57     enum FFLPCType lpc_type;
58     int lpc_passes;
59     int lpc_coeff_precision;
60     int min_prediction_order;
61     int max_prediction_order;
62     int prediction_order_method;
63     int min_partition_order;
64     int max_partition_order;
65     int ch_mode;
66     int exact_rice_parameters;
67     int multi_dim_quant;
68 } CompressionOptions;
69
70 typedef struct RiceContext {
71     enum CodingMode coding_mode;
72     int porder;
73     int params[MAX_PARTITIONS];
74 } RiceContext;
75
76 typedef struct FlacSubframe {
77     int type;
78     int type_code;
79     int obits;
80     int wasted;
81     int order;
82     int32_t coefs[MAX_LPC_ORDER];
83     int shift;
84
85     RiceContext rc;
86     uint32_t rc_udata[FLAC_MAX_BLOCKSIZE];
87     uint64_t rc_sums[32][MAX_PARTITIONS];
88
89     int32_t samples[FLAC_MAX_BLOCKSIZE];
90     int32_t residual[FLAC_MAX_BLOCKSIZE+11];
91 } FlacSubframe;
92
93 typedef struct FlacFrame {
94     FlacSubframe subframes[FLAC_MAX_CHANNELS];
95     int blocksize;
96     int bs_code[2];
97     uint8_t crc8;
98     int ch_mode;
99     int verbatim_only;
100 } FlacFrame;
101
102 typedef struct FlacEncodeContext {
103     AVClass *class;
104     PutBitContext pb;
105     int channels;
106     int samplerate;
107     int sr_code[2];
108     int bps_code;
109     int max_blocksize;
110     int min_framesize;
111     int max_framesize;
112     int max_encoded_framesize;
113     uint32_t frame_count;
114     uint64_t sample_count;
115     uint8_t md5sum[16];
116     FlacFrame frame;
117     CompressionOptions options;
118     AVCodecContext *avctx;
119     LPCContext lpc_ctx;
120     struct AVMD5 *md5ctx;
121     uint8_t *md5_buffer;
122     unsigned int md5_buffer_size;
123     BswapDSPContext bdsp;
124     FLACDSPContext flac_dsp;
125
126     int flushed;
127     int64_t next_pts;
128 } FlacEncodeContext;
129
130
131 /**
132  * Write streaminfo metadata block to byte array.
133  */
134 static void write_streaminfo(FlacEncodeContext *s, uint8_t *header)
135 {
136     PutBitContext pb;
137
138     memset(header, 0, FLAC_STREAMINFO_SIZE);
139     init_put_bits(&pb, header, FLAC_STREAMINFO_SIZE);
140
141     /* streaminfo metadata block */
142     put_bits(&pb, 16, s->max_blocksize);
143     put_bits(&pb, 16, s->max_blocksize);
144     put_bits(&pb, 24, s->min_framesize);
145     put_bits(&pb, 24, s->max_framesize);
146     put_bits(&pb, 20, s->samplerate);
147     put_bits(&pb, 3, s->channels-1);
148     put_bits(&pb,  5, s->avctx->bits_per_raw_sample - 1);
149     /* write 36-bit sample count in 2 put_bits() calls */
150     put_bits(&pb, 24, (s->sample_count & 0xFFFFFF000LL) >> 12);
151     put_bits(&pb, 12,  s->sample_count & 0x000000FFFLL);
152     flush_put_bits(&pb);
153     memcpy(&header[18], s->md5sum, 16);
154 }
155
156
157 /**
158  * Set blocksize based on samplerate.
159  * Choose the closest predefined blocksize >= BLOCK_TIME_MS milliseconds.
160  */
161 static int select_blocksize(int samplerate, int block_time_ms)
162 {
163     int i;
164     int target;
165     int blocksize;
166
167     av_assert0(samplerate > 0);
168     blocksize = ff_flac_blocksize_table[1];
169     target    = (samplerate * block_time_ms) / 1000;
170     for (i = 0; i < 16; i++) {
171         if (target >= ff_flac_blocksize_table[i] &&
172             ff_flac_blocksize_table[i] > blocksize) {
173             blocksize = ff_flac_blocksize_table[i];
174         }
175     }
176     return blocksize;
177 }
178
179
180 static av_cold void dprint_compression_options(FlacEncodeContext *s)
181 {
182     AVCodecContext     *avctx = s->avctx;
183     CompressionOptions *opt   = &s->options;
184
185     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " compression: %d\n", opt->compression_level);
186
187     switch (opt->lpc_type) {
188     case FF_LPC_TYPE_NONE:
189         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " lpc type: None\n");
190         break;
191     case FF_LPC_TYPE_FIXED:
192         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " lpc type: Fixed pre-defined coefficients\n");
193         break;
194     case FF_LPC_TYPE_LEVINSON:
195         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " lpc type: Levinson-Durbin recursion with Welch window\n");
196         break;
197     case FF_LPC_TYPE_CHOLESKY:
198         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " lpc type: Cholesky factorization, %d pass%s\n",
199                opt->lpc_passes, opt->lpc_passes == 1 ? "" : "es");
200         break;
201     }
202
203     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " prediction order: %d, %d\n",
204            opt->min_prediction_order, opt->max_prediction_order);
205
206     switch (opt->prediction_order_method) {
207     case ORDER_METHOD_EST:
208         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n", "estimate");
209         break;
210     case ORDER_METHOD_2LEVEL:
211         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n", "2-level");
212         break;
213     case ORDER_METHOD_4LEVEL:
214         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n", "4-level");
215         break;
216     case ORDER_METHOD_8LEVEL:
217         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n", "8-level");
218         break;
219     case ORDER_METHOD_SEARCH:
220         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n", "full search");
221         break;
222     case ORDER_METHOD_LOG:
223         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n", "log search");
224         break;
225     }
226
227
228     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " partition order: %d, %d\n",
229            opt->min_partition_order, opt->max_partition_order);
230
231     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " block size: %d\n", avctx->frame_size);
232
233     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " lpc precision: %d\n",
234            opt->lpc_coeff_precision);
235 }
236
237
238 static av_cold int flac_encode_init(AVCodecContext *avctx)
239 {
240     int freq = avctx->sample_rate;
241     int channels = avctx->channels;
242     FlacEncodeContext *s = avctx->priv_data;
243     int i, level, ret;
244     uint8_t *streaminfo;
245
246     s->avctx = avctx;
247
248     switch (avctx->sample_fmt) {
249     case AV_SAMPLE_FMT_S16:
250         avctx->bits_per_raw_sample = 16;
251         s->bps_code                = 4;
252         break;
253     case AV_SAMPLE_FMT_S32:
254         if (avctx->bits_per_raw_sample != 24)
255             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "encoding as 24 bits-per-sample\n");
256         avctx->bits_per_raw_sample = 24;
257         s->bps_code                = 6;
258         break;
259     }
260
261     if (channels < 1 || channels > FLAC_MAX_CHANNELS) {
262         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "%d channels not supported (max %d)\n",
263                channels, FLAC_MAX_CHANNELS);
264         return AVERROR(EINVAL);
265     }
266     s->channels = channels;
267
268     /* find samplerate in table */
269     if (freq < 1)
270         return -1;
271     for (i = 4; i < 12; i++) {
272         if (freq == ff_flac_sample_rate_table[i]) {
273             s->samplerate = ff_flac_sample_rate_table[i];
274             s->sr_code[0] = i;
275             s->sr_code[1] = 0;
276             break;
277         }
278     }
279     /* if not in table, samplerate is non-standard */
280     if (i == 12) {
281         if (freq % 1000 == 0 && freq < 255000) {
282             s->sr_code[0] = 12;
283             s->sr_code[1] = freq / 1000;
284         } else if (freq % 10 == 0 && freq < 655350) {
285             s->sr_code[0] = 14;
286             s->sr_code[1] = freq / 10;
287         } else if (freq < 65535) {
288             s->sr_code[0] = 13;
289             s->sr_code[1] = freq;
290         } else {
291             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "%d Hz not supported\n", freq);
292             return AVERROR(EINVAL);
293         }
294         s->samplerate = freq;
295     }
296
297     /* set compression option defaults based on avctx->compression_level */
298     if (avctx->compression_level < 0)
299         s->options.compression_level = 5;
300     else
301         s->options.compression_level = avctx->compression_level;
302
303     level = s->options.compression_level;
304     if (level > 12) {
305         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid compression level: %d\n",
306                s->options.compression_level);
307         return AVERROR(EINVAL);
308     }
309
310     s->options.block_time_ms = ((int[]){ 27, 27, 27,105,105,105,105,105,105,105,105,105,105})[level];
311
312     if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_DEFAULT)
313         s->options.lpc_type  = ((int[]){ FF_LPC_TYPE_FIXED,    FF_LPC_TYPE_FIXED,    FF_LPC_TYPE_FIXED,
314                                          FF_LPC_TYPE_LEVINSON, FF_LPC_TYPE_LEVINSON, FF_LPC_TYPE_LEVINSON,
315                                          FF_LPC_TYPE_LEVINSON, FF_LPC_TYPE_LEVINSON, FF_LPC_TYPE_LEVINSON,
316                                          FF_LPC_TYPE_LEVINSON, FF_LPC_TYPE_LEVINSON, FF_LPC_TYPE_LEVINSON,
317                                          FF_LPC_TYPE_LEVINSON})[level];
318
319     if (s->options.min_prediction_order < 0)
320         s->options.min_prediction_order = ((int[]){  2,  0,  0,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1})[level];
321     if (s->options.max_prediction_order < 0)
322         s->options.max_prediction_order = ((int[]){  3,  4,  4,  6,  8,  8,  8,  8, 12, 12, 12, 32, 32})[level];
323
324     if (s->options.prediction_order_method < 0)
325         s->options.prediction_order_method = ((int[]){ ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,
326                                                        ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,
327                                                        ORDER_METHOD_4LEVEL, ORDER_METHOD_LOG,    ORDER_METHOD_4LEVEL,
328                                                        ORDER_METHOD_LOG,    ORDER_METHOD_SEARCH, ORDER_METHOD_LOG,
329                                                        ORDER_METHOD_SEARCH})[level];
330
331     if (s->options.min_partition_order > s->options.max_partition_order) {
332         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid partition orders: min=%d max=%d\n",
333                s->options.min_partition_order, s->options.max_partition_order);
334         return AVERROR(EINVAL);
335     }
336     if (s->options.min_partition_order < 0)
337         s->options.min_partition_order = ((int[]){  2,  2,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0})[level];
338     if (s->options.max_partition_order < 0)
339         s->options.max_partition_order = ((int[]){  2,  2,  3,  3,  3,  8,  8,  8,  8,  8,  8,  8,  8})[level];
340
341 #if FF_API_PRIVATE_OPT
342 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
343     if (avctx->min_prediction_order >= 0) {
344         if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_FIXED) {
345             if (avctx->min_prediction_order > MAX_FIXED_ORDER) {
346                 av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
347                        "invalid min prediction order %d, clamped to %d\n",
348                        avctx->min_prediction_order, MAX_FIXED_ORDER);
349                 avctx->min_prediction_order = MAX_FIXED_ORDER;
350             }
351         } else if (avctx->min_prediction_order < MIN_LPC_ORDER ||
352                    avctx->min_prediction_order > MAX_LPC_ORDER) {
353             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid min prediction order: %d\n",
354                    avctx->min_prediction_order);
355             return AVERROR(EINVAL);
356         }
357         s->options.min_prediction_order = avctx->min_prediction_order;
358     }
359     if (avctx->max_prediction_order >= 0) {
360         if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_FIXED) {
361             if (avctx->max_prediction_order > MAX_FIXED_ORDER) {
362                 av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
363                        "invalid max prediction order %d, clamped to %d\n",
364                        avctx->max_prediction_order, MAX_FIXED_ORDER);
365                 avctx->max_prediction_order = MAX_FIXED_ORDER;
366             }
367         } else if (avctx->max_prediction_order < MIN_LPC_ORDER ||
368                    avctx->max_prediction_order > MAX_LPC_ORDER) {
369             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid max prediction order: %d\n",
370                    avctx->max_prediction_order);
371             return AVERROR(EINVAL);
372         }
373         s->options.max_prediction_order = avctx->max_prediction_order;
374     }
375 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
376 #endif
377     if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_NONE) {
378         s->options.min_prediction_order = 0;
379         s->options.max_prediction_order = 0;
380     } else if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_FIXED) {
381         if (s->options.min_prediction_order > MAX_FIXED_ORDER) {
382             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
383                    "invalid min prediction order %d, clamped to %d\n",
384                    s->options.min_prediction_order, MAX_FIXED_ORDER);
385             s->options.min_prediction_order = MAX_FIXED_ORDER;
386         }
387         if (s->options.max_prediction_order > MAX_FIXED_ORDER) {
388             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
389                    "invalid max prediction order %d, clamped to %d\n",
390                    s->options.max_prediction_order, MAX_FIXED_ORDER);
391             s->options.max_prediction_order = MAX_FIXED_ORDER;
392         }
393     }
394
395     if (s->options.max_prediction_order < s->options.min_prediction_order) {
396         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid prediction orders: min=%d max=%d\n",
397                s->options.min_prediction_order, s->options.max_prediction_order);
398         return AVERROR(EINVAL);
399     }
400
401     if (avctx->frame_size > 0) {
402         if (avctx->frame_size < FLAC_MIN_BLOCKSIZE ||
403                 avctx->frame_size > FLAC_MAX_BLOCKSIZE) {
404             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid block size: %d\n",
405                    avctx->frame_size);
406             return AVERROR(EINVAL);
407         }
408     } else {
409         s->avctx->frame_size = select_blocksize(s->samplerate, s->options.block_time_ms);
410     }
411     s->max_blocksize = s->avctx->frame_size;
412
413     /* set maximum encoded frame size in verbatim mode */
414     s->max_framesize = ff_flac_get_max_frame_size(s->avctx->frame_size,
415                                                   s->channels,
416                                                   s->avctx->bits_per_raw_sample);
417
418     /* initialize MD5 context */
419     s->md5ctx = av_md5_alloc();
420     if (!s->md5ctx)
421         return AVERROR(ENOMEM);
422     av_md5_init(s->md5ctx);
423
424     streaminfo = av_malloc(FLAC_STREAMINFO_SIZE);
425     if (!streaminfo)
426         return AVERROR(ENOMEM);
427     write_streaminfo(s, streaminfo);
428     avctx->extradata = streaminfo;
429     avctx->extradata_size = FLAC_STREAMINFO_SIZE;
430
431     s->frame_count   = 0;
432     s->min_framesize = s->max_framesize;
433
434     if (channels == 3 &&
435             avctx->channel_layout != (AV_CH_LAYOUT_STEREO|AV_CH_FRONT_CENTER) ||
436         channels == 4 &&
437             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_2_2 &&
438             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_QUAD ||
439         channels == 5 &&
440             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_5POINT0 &&
441             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_5POINT0_BACK ||
442         channels == 6 &&
443             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_5POINT1 &&
444             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK) {
445         if (avctx->channel_layout) {
446             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Channel layout not supported by Flac, "
447                                              "output stream will have incorrect "
448                                              "channel layout.\n");
449         } else {
450             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "No channel layout specified. The encoder "
451                                                "will use Flac channel layout for "
452                                                "%d channels.\n", channels);
453         }
454     }
455
456     ret = ff_lpc_init(&s->lpc_ctx, avctx->frame_size,
457                       s->options.max_prediction_order, FF_LPC_TYPE_LEVINSON);
458
459     ff_bswapdsp_init(&s->bdsp);
460     ff_flacdsp_init(&s->flac_dsp, avctx->sample_fmt, channels,
461                     avctx->bits_per_raw_sample);
462
463     dprint_compression_options(s);
464
465     return ret;
466 }
467
468
469 static void init_frame(FlacEncodeContext *s, int nb_samples)
470 {
471     int i, ch;
472     FlacFrame *frame;
473
474     frame = &s->frame;
475
476     for (i = 0; i < 16; i++) {
477         if (nb_samples == ff_flac_blocksize_table[i]) {
478             frame->blocksize  = ff_flac_blocksize_table[i];
479             frame->bs_code[0] = i;
480             frame->bs_code[1] = 0;
481             break;
482         }
483     }
484     if (i == 16) {
485         frame->blocksize = nb_samples;
486         if (frame->blocksize <= 256) {
487             frame->bs_code[0] = 6;
488             frame->bs_code[1] = frame->blocksize-1;
489         } else {
490             frame->bs_code[0] = 7;
491             frame->bs_code[1] = frame->blocksize-1;
492         }
493     }
494
495     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
496         FlacSubframe *sub = &frame->subframes[ch];
497
498         sub->wasted = 0;
499         sub->obits  = s->avctx->bits_per_raw_sample;
500
501         if (sub->obits > 16)
502             sub->rc.coding_mode = CODING_MODE_RICE2;
503         else
504             sub->rc.coding_mode = CODING_MODE_RICE;
505     }
506
507     frame->verbatim_only = 0;
508 }
509
510
511 /**
512  * Copy channel-interleaved input samples into separate subframes.
513  */
514 static void copy_samples(FlacEncodeContext *s, const void *samples)
515 {
516     int i, j, ch;
517     FlacFrame *frame;
518     int shift = av_get_bytes_per_sample(s->avctx->sample_fmt) * 8 -
519                 s->avctx->bits_per_raw_sample;
520
521 #define COPY_SAMPLES(bits) do {                                     \
522     const int ## bits ## _t *samples0 = samples;                    \
523     frame = &s->frame;                                              \
524     for (i = 0, j = 0; i < frame->blocksize; i++)                   \
525         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++, j++)                   \
526             frame->subframes[ch].samples[i] = samples0[j] >> shift; \
527 } while (0)
528
529     if (s->avctx->sample_fmt == AV_SAMPLE_FMT_S16)
530         COPY_SAMPLES(16);
531     else
532         COPY_SAMPLES(32);
533 }
534
535
536 static uint64_t rice_count_exact(const int32_t *res, int n, int k)
537 {
538     int i;
539     uint64_t count = 0;
540
541     for (i = 0; i < n; i++) {
542         int32_t v = -2 * res[i] - 1;
543         v ^= v >> 31;
544         count += (v >> k) + 1 + k;
545     }
546     return count;
547 }
548
549
550 static uint64_t subframe_count_exact(FlacEncodeContext *s, FlacSubframe *sub,
551                                      int pred_order)
552 {
553     int p, porder, psize;
554     int i, part_end;
555     uint64_t count = 0;
556
557     /* subframe header */
558     count += 8;
559
560     if (sub->wasted)
561         count += sub->wasted;
562
563     /* subframe */
564     if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_CONSTANT) {
565         count += sub->obits;
566     } else if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_VERBATIM) {
567         count += s->frame.blocksize * sub->obits;
568     } else {
569         /* warm-up samples */
570         count += pred_order * sub->obits;
571
572         /* LPC coefficients */
573         if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_LPC)
574             count += 4 + 5 + pred_order * s->options.lpc_coeff_precision;
575
576         /* rice-encoded block */
577         count += 2;
578
579         /* partition order */
580         porder = sub->rc.porder;
581         psize  = s->frame.blocksize >> porder;
582         count += 4;
583
584         /* residual */
585         i        = pred_order;
586         part_end = psize;
587         for (p = 0; p < 1 << porder; p++) {
588             int k = sub->rc.params[p];
589             count += sub->rc.coding_mode;
590             count += rice_count_exact(&sub->residual[i], part_end - i, k);
591             i = part_end;
592             part_end = FFMIN(s->frame.blocksize, part_end + psize);
593         }
594     }
595
596     return count;
597 }
598
599
600 #define rice_encode_count(sum, n, k) (((n)*((k)+1))+((sum-(n>>1))>>(k)))
601
602 /**
603  * Solve for d/dk(rice_encode_count) = n-((sum-(n>>1))>>(k+1)) = 0.
604  */
605 static int find_optimal_param(uint64_t sum, int n, int max_param)
606 {
607     int k;
608     uint64_t sum2;
609
610     if (sum <= n >> 1)
611         return 0;
612     sum2 = sum - (n >> 1);
613     k    = av_log2(av_clipl_int32(sum2 / n));
614     return FFMIN(k, max_param);
615 }
616
617 static int find_optimal_param_exact(uint64_t sums[32][MAX_PARTITIONS], int i, int max_param)
618 {
619     int bestk = 0;
620     int64_t bestbits = INT64_MAX;
621     int k;
622
623     for (k = 0; k <= max_param; k++) {
624         int64_t bits = sums[k][i];
625         if (bits < bestbits) {
626             bestbits = bits;
627             bestk = k;
628         }
629     }
630
631     return bestk;
632 }
633
634 static uint64_t calc_optimal_rice_params(RiceContext *rc, int porder,
635                                          uint64_t sums[32][MAX_PARTITIONS],
636                                          int n, int pred_order, int max_param, int exact)
637 {
638     int i;
639     int k, cnt, part;
640     uint64_t all_bits;
641
642     part     = (1 << porder);
643     all_bits = 4 * part;
644
645     cnt = (n >> porder) - pred_order;
646     for (i = 0; i < part; i++) {
647         if (exact) {
648             k = find_optimal_param_exact(sums, i, max_param);
649             all_bits += sums[k][i];
650         } else {
651             k = find_optimal_param(sums[0][i], cnt, max_param);
652             all_bits += rice_encode_count(sums[0][i], cnt, k);
653         }
654         rc->params[i] = k;
655         cnt = n >> porder;
656     }
657
658     rc->porder = porder;
659
660     return all_bits;
661 }
662
663
664 static void calc_sum_top(int pmax, int kmax, const uint32_t *data, int n, int pred_order,
665                          uint64_t sums[32][MAX_PARTITIONS])
666 {
667     int i, k;
668     int parts;
669     const uint32_t *res, *res_end;
670
671     /* sums for highest level */
672     parts   = (1 << pmax);
673
674     for (k = 0; k <= kmax; k++) {
675         res     = &data[pred_order];
676         res_end = &data[n >> pmax];
677         for (i = 0; i < parts; i++) {
678             if (kmax) {
679                 uint64_t sum = (1LL + k) * (res_end - res);
680                 while (res < res_end)
681                     sum += *(res++) >> k;
682                 sums[k][i] = sum;
683             } else {
684                 uint64_t sum = 0;
685                 while (res < res_end)
686                     sum += *(res++);
687                 sums[k][i] = sum;
688             }
689             res_end += n >> pmax;
690         }
691     }
692 }
693
694 static void calc_sum_next(int level, uint64_t sums[32][MAX_PARTITIONS], int kmax)
695 {
696     int i, k;
697     int parts = (1 << level);
698     for (i = 0; i < parts; i++) {
699         for (k=0; k<=kmax; k++)
700             sums[k][i] = sums[k][2*i] + sums[k][2*i+1];
701     }
702 }
703
704 static uint64_t calc_rice_params(RiceContext *rc,
705                                  uint32_t udata[FLAC_MAX_BLOCKSIZE],
706                                  uint64_t sums[32][MAX_PARTITIONS],
707                                  int pmin, int pmax,
708                                  const int32_t *data, int n, int pred_order, int exact)
709 {
710     int i;
711     uint64_t bits[MAX_PARTITION_ORDER+1];
712     int opt_porder;
713     RiceContext tmp_rc;
714     int kmax = (1 << rc->coding_mode) - 2;
715
716     av_assert1(pmin >= 0 && pmin <= MAX_PARTITION_ORDER);
717     av_assert1(pmax >= 0 && pmax <= MAX_PARTITION_ORDER);
718     av_assert1(pmin <= pmax);
719
720     tmp_rc.coding_mode = rc->coding_mode;
721
722     for (i = 0; i < n; i++)
723         udata[i] = (2 * data[i]) ^ (data[i] >> 31);
724
725     calc_sum_top(pmax, exact ? kmax : 0, udata, n, pred_order, sums);
726
727     opt_porder = pmin;
728     bits[pmin] = UINT32_MAX;
729     for (i = pmax; ; ) {
730         bits[i] = calc_optimal_rice_params(&tmp_rc, i, sums, n, pred_order, kmax, exact);
731         if (bits[i] < bits[opt_porder] || pmax == pmin) {
732             opt_porder = i;
733             *rc = tmp_rc;
734         }
735         if (i == pmin)
736             break;
737         calc_sum_next(--i, sums, exact ? kmax : 0);
738     }
739
740     return bits[opt_porder];
741 }
742
743
744 static int get_max_p_order(int max_porder, int n, int order)
745 {
746     int porder = FFMIN(max_porder, av_log2(n^(n-1)));
747     if (order > 0)
748         porder = FFMIN(porder, av_log2(n/order));
749     return porder;
750 }
751
752
753 static uint64_t find_subframe_rice_params(FlacEncodeContext *s,
754                                           FlacSubframe *sub, int pred_order)
755 {
756     int pmin = get_max_p_order(s->options.min_partition_order,
757                                s->frame.blocksize, pred_order);
758     int pmax = get_max_p_order(s->options.max_partition_order,
759                                s->frame.blocksize, pred_order);
760
761     uint64_t bits = 8 + pred_order * sub->obits + 2 + sub->rc.coding_mode;
762     if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_LPC)
763         bits += 4 + 5 + pred_order * s->options.lpc_coeff_precision;
764     bits += calc_rice_params(&sub->rc, sub->rc_udata, sub->rc_sums, pmin, pmax, sub->residual,
765                              s->frame.blocksize, pred_order, s->options.exact_rice_parameters);
766     return bits;
767 }
768
769
770 static void encode_residual_fixed(int32_t *res, const int32_t *smp, int n,
771                                   int order)
772 {
773     int i;
774
775     for (i = 0; i < order; i++)
776         res[i] = smp[i];
777
778     if (order == 0) {
779         for (i = order; i < n; i++)
780             res[i] = smp[i];
781     } else if (order == 1) {
782         for (i = order; i < n; i++)
783             res[i] = smp[i] - smp[i-1];
784     } else if (order == 2) {
785         int a = smp[order-1] - smp[order-2];
786         for (i = order; i < n; i += 2) {
787             int b    = smp[i  ] - smp[i-1];
788             res[i]   = b - a;
789             a        = smp[i+1] - smp[i  ];
790             res[i+1] = a - b;
791         }
792     } else if (order == 3) {
793         int a = smp[order-1] -   smp[order-2];
794         int c = smp[order-1] - 2*smp[order-2] + smp[order-3];
795         for (i = order; i < n; i += 2) {
796             int b    = smp[i  ] - smp[i-1];
797             int d    = b - a;
798             res[i]   = d - c;
799             a        = smp[i+1] - smp[i  ];
800             c        = a - b;
801             res[i+1] = c - d;
802         }
803     } else {
804         int a = smp[order-1] -   smp[order-2];
805         int c = smp[order-1] - 2*smp[order-2] +   smp[order-3];
806         int e = smp[order-1] - 3*smp[order-2] + 3*smp[order-3] - smp[order-4];
807         for (i = order; i < n; i += 2) {
808             int b    = smp[i  ] - smp[i-1];
809             int d    = b - a;
810             int f    = d - c;
811             res[i  ] = f - e;
812             a        = smp[i+1] - smp[i  ];
813             c        = a - b;
814             e        = c - d;
815             res[i+1] = e - f;
816         }
817     }
818 }
819
820
821 static int encode_residual_ch(FlacEncodeContext *s, int ch)
822 {
823     int i, n;
824     int min_order, max_order, opt_order, omethod;
825     FlacFrame *frame;
826     FlacSubframe *sub;
827     int32_t coefs[MAX_LPC_ORDER][MAX_LPC_ORDER];
828     int shift[MAX_LPC_ORDER];
829     int32_t *res, *smp;
830
831     frame = &s->frame;
832     sub   = &frame->subframes[ch];
833     res   = sub->residual;
834     smp   = sub->samples;
835     n     = frame->blocksize;
836
837     /* CONSTANT */
838     for (i = 1; i < n; i++)
839         if(smp[i] != smp[0])
840             break;
841     if (i == n) {
842         sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_CONSTANT;
843         res[0] = smp[0];
844         return subframe_count_exact(s, sub, 0);
845     }
846
847     /* VERBATIM */
848     if (frame->verbatim_only || n < 5) {
849         sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_VERBATIM;
850         memcpy(res, smp, n * sizeof(int32_t));
851         return subframe_count_exact(s, sub, 0);
852     }
853
854     min_order  = s->options.min_prediction_order;
855     max_order  = s->options.max_prediction_order;
856     omethod    = s->options.prediction_order_method;
857
858     /* FIXED */
859     sub->type = FLAC_SUBFRAME_FIXED;
860     if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_NONE  ||
861         s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_FIXED || n <= max_order) {
862         uint64_t bits[MAX_FIXED_ORDER+1];
863         if (max_order > MAX_FIXED_ORDER)
864             max_order = MAX_FIXED_ORDER;
865         opt_order = 0;
866         bits[0]   = UINT32_MAX;
867         for (i = min_order; i <= max_order; i++) {
868             encode_residual_fixed(res, smp, n, i);
869             bits[i] = find_subframe_rice_params(s, sub, i);
870             if (bits[i] < bits[opt_order])
871                 opt_order = i;
872         }
873         sub->order     = opt_order;
874         sub->type_code = sub->type | sub->order;
875         if (sub->order != max_order) {
876             encode_residual_fixed(res, smp, n, sub->order);
877             find_subframe_rice_params(s, sub, sub->order);
878         }
879         return subframe_count_exact(s, sub, sub->order);
880     }
881
882     /* LPC */
883     sub->type = FLAC_SUBFRAME_LPC;
884     opt_order = ff_lpc_calc_coefs(&s->lpc_ctx, smp, n, min_order, max_order,
885                                   s->options.lpc_coeff_precision, coefs, shift, s->options.lpc_type,
886                                   s->options.lpc_passes, omethod,
887                                   MAX_LPC_SHIFT, 0);
888
889     if (omethod == ORDER_METHOD_2LEVEL ||
890         omethod == ORDER_METHOD_4LEVEL ||
891         omethod == ORDER_METHOD_8LEVEL) {
892         int levels = 1 << omethod;
893         uint64_t bits[1 << ORDER_METHOD_8LEVEL];
894         int order       = -1;
895         int opt_index   = levels-1;
896         opt_order       = max_order-1;
897         bits[opt_index] = UINT32_MAX;
898         for (i = levels-1; i >= 0; i--) {
899             int last_order = order;
900             order = min_order + (((max_order-min_order+1) * (i+1)) / levels)-1;
901             order = av_clip(order, min_order - 1, max_order - 1);
902             if (order == last_order)
903                 continue;
904             if (s->bps_code * 4 + s->options.lpc_coeff_precision + av_log2(order) <= 32) {
905                 s->flac_dsp.lpc16_encode(res, smp, n, order+1, coefs[order],
906                                          shift[order]);
907             } else {
908                 s->flac_dsp.lpc32_encode(res, smp, n, order+1, coefs[order],
909                                          shift[order]);
910             }
911             bits[i] = find_subframe_rice_params(s, sub, order+1);
912             if (bits[i] < bits[opt_index]) {
913                 opt_index = i;
914                 opt_order = order;
915             }
916         }
917         opt_order++;
918     } else if (omethod == ORDER_METHOD_SEARCH) {
919         // brute-force optimal order search
920         uint64_t bits[MAX_LPC_ORDER];
921         opt_order = 0;
922         bits[0]   = UINT32_MAX;
923         for (i = min_order-1; i < max_order; i++) {
924             if (s->bps_code * 4 + s->options.lpc_coeff_precision + av_log2(i) <= 32) {
925                 s->flac_dsp.lpc16_encode(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
926             } else {
927                 s->flac_dsp.lpc32_encode(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
928             }
929             bits[i] = find_subframe_rice_params(s, sub, i+1);
930             if (bits[i] < bits[opt_order])
931                 opt_order = i;
932         }
933         opt_order++;
934     } else if (omethod == ORDER_METHOD_LOG) {
935         uint64_t bits[MAX_LPC_ORDER];
936         int step;
937
938         opt_order = min_order - 1 + (max_order-min_order)/3;
939         memset(bits, -1, sizeof(bits));
940
941         for (step = 16; step; step >>= 1) {
942             int last = opt_order;
943             for (i = last-step; i <= last+step; i += step) {
944                 if (i < min_order-1 || i >= max_order || bits[i] < UINT32_MAX)
945                     continue;
946                 if (s->bps_code * 4 + s->options.lpc_coeff_precision + av_log2(i) <= 32) {
947                     s->flac_dsp.lpc32_encode(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
948                 } else {
949                     s->flac_dsp.lpc16_encode(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
950                 }
951                 bits[i] = find_subframe_rice_params(s, sub, i+1);
952                 if (bits[i] < bits[opt_order])
953                     opt_order = i;
954             }
955         }
956         opt_order++;
957     }
958
959     if (s->options.multi_dim_quant) {
960         int allsteps = 1;
961         int i, step, improved;
962         int64_t best_score = INT64_MAX;
963         int32_t qmax;
964
965         qmax = (1 << (s->options.lpc_coeff_precision - 1)) - 1;
966
967         for (i=0; i<opt_order; i++)
968             allsteps *= 3;
969
970         do {
971             improved = 0;
972             for (step = 0; step < allsteps; step++) {
973                 int tmp = step;
974                 int32_t lpc_try[MAX_LPC_ORDER];
975                 int64_t score = 0;
976                 int diffsum = 0;
977
978                 for (i=0; i<opt_order; i++) {
979                     int diff = ((tmp + 1) % 3) - 1;
980                     lpc_try[i] = av_clip(coefs[opt_order - 1][i] + diff, -qmax, qmax);
981                     tmp /= 3;
982                     diffsum += !!diff;
983                 }
984                 if (diffsum >8)
985                     continue;
986
987                 if (s->bps_code * 4 + s->options.lpc_coeff_precision + av_log2(opt_order - 1) <= 32) {
988                     s->flac_dsp.lpc16_encode(res, smp, n, opt_order, lpc_try, shift[opt_order-1]);
989                 } else {
990                     s->flac_dsp.lpc32_encode(res, smp, n, opt_order, lpc_try, shift[opt_order-1]);
991                 }
992                 score = find_subframe_rice_params(s, sub, opt_order);
993                 if (score < best_score) {
994                     best_score = score;
995                     memcpy(coefs[opt_order-1], lpc_try, sizeof(*coefs));
996                     improved=1;
997                 }
998             }
999         } while(improved);
1000     }
1001
1002     sub->order     = opt_order;
1003     sub->type_code = sub->type | (sub->order-1);
1004     sub->shift     = shift[sub->order-1];
1005     for (i = 0; i < sub->order; i++)
1006         sub->coefs[i] = coefs[sub->order-1][i];
1007
1008     if (s->bps_code * 4 + s->options.lpc_coeff_precision + av_log2(opt_order) <= 32) {
1009         s->flac_dsp.lpc16_encode(res, smp, n, sub->order, sub->coefs, sub->shift);
1010     } else {
1011         s->flac_dsp.lpc32_encode(res, smp, n, sub->order, sub->coefs, sub->shift);
1012     }
1013
1014     find_subframe_rice_params(s, sub, sub->order);
1015
1016     return subframe_count_exact(s, sub, sub->order);
1017 }
1018
1019
1020 static int count_frame_header(FlacEncodeContext *s)
1021 {
1022     uint8_t av_unused tmp;
1023     int count;
1024
1025     /*
1026     <14> Sync code
1027     <1>  Reserved
1028     <1>  Blocking strategy
1029     <4>  Block size in inter-channel samples
1030     <4>  Sample rate
1031     <4>  Channel assignment
1032     <3>  Sample size in bits
1033     <1>  Reserved
1034     */
1035     count = 32;
1036
1037     /* coded frame number */
1038     PUT_UTF8(s->frame_count, tmp, count += 8;)
1039
1040     /* explicit block size */
1041     if (s->frame.bs_code[0] == 6)
1042         count += 8;
1043     else if (s->frame.bs_code[0] == 7)
1044         count += 16;
1045
1046     /* explicit sample rate */
1047     count += ((s->sr_code[0] == 12) + (s->sr_code[0] > 12) * 2) * 8;
1048
1049     /* frame header CRC-8 */
1050     count += 8;
1051
1052     return count;
1053 }
1054
1055
1056 static int encode_frame(FlacEncodeContext *s)
1057 {
1058     int ch;
1059     uint64_t count;
1060
1061     count = count_frame_header(s);
1062
1063     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
1064         count += encode_residual_ch(s, ch);
1065
1066     count += (8 - (count & 7)) & 7; // byte alignment
1067     count += 16;                    // CRC-16
1068
1069     count >>= 3;
1070     if (count > INT_MAX)
1071         return AVERROR_BUG;
1072     return count;
1073 }
1074
1075
1076 static void remove_wasted_bits(FlacEncodeContext *s)
1077 {
1078     int ch, i;
1079
1080     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1081         FlacSubframe *sub = &s->frame.subframes[ch];
1082         int32_t v         = 0;
1083
1084         for (i = 0; i < s->frame.blocksize; i++) {
1085             v |= sub->samples[i];
1086             if (v & 1)
1087                 break;
1088         }
1089
1090         if (v && !(v & 1)) {
1091             v = ff_ctz(v);
1092
1093             for (i = 0; i < s->frame.blocksize; i++)
1094                 sub->samples[i] >>= v;
1095
1096             sub->wasted = v;
1097             sub->obits -= v;
1098
1099             /* for 24-bit, check if removing wasted bits makes the range better
1100                suited for using RICE instead of RICE2 for entropy coding */
1101             if (sub->obits <= 17)
1102                 sub->rc.coding_mode = CODING_MODE_RICE;
1103         }
1104     }
1105 }
1106
1107
1108 static int estimate_stereo_mode(const int32_t *left_ch, const int32_t *right_ch, int n,
1109                                 int max_rice_param)
1110 {
1111     int i, best;
1112     int32_t lt, rt;
1113     uint64_t sum[4];
1114     uint64_t score[4];
1115     int k;
1116
1117     /* calculate sum of 2nd order residual for each channel */
1118     sum[0] = sum[1] = sum[2] = sum[3] = 0;
1119     for (i = 2; i < n; i++) {
1120         lt = left_ch[i]  - 2*left_ch[i-1]  + left_ch[i-2];
1121         rt = right_ch[i] - 2*right_ch[i-1] + right_ch[i-2];
1122         sum[2] += FFABS((lt + rt) >> 1);
1123         sum[3] += FFABS(lt - rt);
1124         sum[0] += FFABS(lt);
1125         sum[1] += FFABS(rt);
1126     }
1127     /* estimate bit counts */
1128     for (i = 0; i < 4; i++) {
1129         k      = find_optimal_param(2 * sum[i], n, max_rice_param);
1130         sum[i] = rice_encode_count( 2 * sum[i], n, k);
1131     }
1132
1133     /* calculate score for each mode */
1134     score[0] = sum[0] + sum[1];
1135     score[1] = sum[0] + sum[3];
1136     score[2] = sum[1] + sum[3];
1137     score[3] = sum[2] + sum[3];
1138
1139     /* return mode with lowest score */
1140     best = 0;
1141     for (i = 1; i < 4; i++)
1142         if (score[i] < score[best])
1143             best = i;
1144
1145     return best;
1146 }
1147
1148
1149 /**
1150  * Perform stereo channel decorrelation.
1151  */
1152 static void channel_decorrelation(FlacEncodeContext *s)
1153 {
1154     FlacFrame *frame;
1155     int32_t *left, *right;
1156     int i, n;
1157
1158     frame = &s->frame;
1159     n     = frame->blocksize;
1160     left  = frame->subframes[0].samples;
1161     right = frame->subframes[1].samples;
1162
1163     if (s->channels != 2) {
1164         frame->ch_mode = FLAC_CHMODE_INDEPENDENT;
1165         return;
1166     }
1167
1168     if (s->options.ch_mode < 0) {
1169         int max_rice_param = (1 << frame->subframes[0].rc.coding_mode) - 2;
1170         frame->ch_mode = estimate_stereo_mode(left, right, n, max_rice_param);
1171     } else
1172         frame->ch_mode = s->options.ch_mode;
1173
1174     /* perform decorrelation and adjust bits-per-sample */
1175     if (frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_INDEPENDENT)
1176         return;
1177     if (frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_MID_SIDE) {
1178         int32_t tmp;
1179         for (i = 0; i < n; i++) {
1180             tmp      = left[i];
1181             left[i]  = (tmp + right[i]) >> 1;
1182             right[i] =  tmp - right[i];
1183         }
1184         frame->subframes[1].obits++;
1185     } else if (frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_LEFT_SIDE) {
1186         for (i = 0; i < n; i++)
1187             right[i] = left[i] - right[i];
1188         frame->subframes[1].obits++;
1189     } else {
1190         for (i = 0; i < n; i++)
1191             left[i] -= right[i];
1192         frame->subframes[0].obits++;
1193     }
1194 }
1195
1196
1197 static void write_utf8(PutBitContext *pb, uint32_t val)
1198 {
1199     uint8_t tmp;
1200     PUT_UTF8(val, tmp, put_bits(pb, 8, tmp);)
1201 }
1202
1203
1204 static void write_frame_header(FlacEncodeContext *s)
1205 {
1206     FlacFrame *frame;
1207     int crc;
1208
1209     frame = &s->frame;
1210
1211     put_bits(&s->pb, 16, 0xFFF8);
1212     put_bits(&s->pb, 4, frame->bs_code[0]);
1213     put_bits(&s->pb, 4, s->sr_code[0]);
1214
1215     if (frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_INDEPENDENT)
1216         put_bits(&s->pb, 4, s->channels-1);
1217     else
1218         put_bits(&s->pb, 4, frame->ch_mode + FLAC_MAX_CHANNELS - 1);
1219
1220     put_bits(&s->pb, 3, s->bps_code);
1221     put_bits(&s->pb, 1, 0);
1222     write_utf8(&s->pb, s->frame_count);
1223
1224     if (frame->bs_code[0] == 6)
1225         put_bits(&s->pb, 8, frame->bs_code[1]);
1226     else if (frame->bs_code[0] == 7)
1227         put_bits(&s->pb, 16, frame->bs_code[1]);
1228
1229     if (s->sr_code[0] == 12)
1230         put_bits(&s->pb, 8, s->sr_code[1]);
1231     else if (s->sr_code[0] > 12)
1232         put_bits(&s->pb, 16, s->sr_code[1]);
1233
1234     flush_put_bits(&s->pb);
1235     crc = av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_8_ATM), 0, s->pb.buf,
1236                  put_bits_count(&s->pb) >> 3);
1237     put_bits(&s->pb, 8, crc);
1238 }
1239
1240
1241 static void write_subframes(FlacEncodeContext *s)
1242 {
1243     int ch;
1244
1245     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1246         FlacSubframe *sub = &s->frame.subframes[ch];
1247         int i, p, porder, psize;
1248         int32_t *part_end;
1249         int32_t *res       =  sub->residual;
1250         int32_t *frame_end = &sub->residual[s->frame.blocksize];
1251
1252         /* subframe header */
1253         put_bits(&s->pb, 1, 0);
1254         put_bits(&s->pb, 6, sub->type_code);
1255         put_bits(&s->pb, 1, !!sub->wasted);
1256         if (sub->wasted)
1257             put_bits(&s->pb, sub->wasted, 1);
1258
1259         /* subframe */
1260         if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_CONSTANT) {
1261             put_sbits(&s->pb, sub->obits, res[0]);
1262         } else if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_VERBATIM) {
1263             while (res < frame_end)
1264                 put_sbits(&s->pb, sub->obits, *res++);
1265         } else {
1266             /* warm-up samples */
1267             for (i = 0; i < sub->order; i++)
1268                 put_sbits(&s->pb, sub->obits, *res++);
1269
1270             /* LPC coefficients */
1271             if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_LPC) {
1272                 int cbits = s->options.lpc_coeff_precision;
1273                 put_bits( &s->pb, 4, cbits-1);
1274                 put_sbits(&s->pb, 5, sub->shift);
1275                 for (i = 0; i < sub->order; i++)
1276                     put_sbits(&s->pb, cbits, sub->coefs[i]);
1277             }
1278
1279             /* rice-encoded block */
1280             put_bits(&s->pb, 2, sub->rc.coding_mode - 4);
1281
1282             /* partition order */
1283             porder  = sub->rc.porder;
1284             psize   = s->frame.blocksize >> porder;
1285             put_bits(&s->pb, 4, porder);
1286
1287             /* residual */
1288             part_end  = &sub->residual[psize];
1289             for (p = 0; p < 1 << porder; p++) {
1290                 int k = sub->rc.params[p];
1291                 put_bits(&s->pb, sub->rc.coding_mode, k);
1292                 while (res < part_end)
1293                     set_sr_golomb_flac(&s->pb, *res++, k, INT32_MAX, 0);
1294                 part_end = FFMIN(frame_end, part_end + psize);
1295             }
1296         }
1297     }
1298 }
1299
1300
1301 static void write_frame_footer(FlacEncodeContext *s)
1302 {
1303     int crc;
1304     flush_put_bits(&s->pb);
1305     crc = av_bswap16(av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI), 0, s->pb.buf,
1306                             put_bits_count(&s->pb)>>3));
1307     put_bits(&s->pb, 16, crc);
1308     flush_put_bits(&s->pb);
1309 }
1310
1311
1312 static int write_frame(FlacEncodeContext *s, AVPacket *avpkt)
1313 {
1314     init_put_bits(&s->pb, avpkt->data, avpkt->size);
1315     write_frame_header(s);
1316     write_subframes(s);
1317     write_frame_footer(s);
1318     return put_bits_count(&s->pb) >> 3;
1319 }
1320
1321
1322 static int update_md5_sum(FlacEncodeContext *s, const void *samples)
1323 {
1324     const uint8_t *buf;
1325     int buf_size = s->frame.blocksize * s->channels *
1326                    ((s->avctx->bits_per_raw_sample + 7) / 8);
1327
1328     if (s->avctx->bits_per_raw_sample > 16 || HAVE_BIGENDIAN) {
1329         av_fast_malloc(&s->md5_buffer, &s->md5_buffer_size, buf_size);
1330         if (!s->md5_buffer)
1331             return AVERROR(ENOMEM);
1332     }
1333
1334     if (s->avctx->bits_per_raw_sample <= 16) {
1335         buf = (const uint8_t *)samples;
1336 #if HAVE_BIGENDIAN
1337         s->bdsp.bswap16_buf((uint16_t *) s->md5_buffer,
1338                             (const uint16_t *) samples, buf_size / 2);
1339         buf = s->md5_buffer;
1340 #endif
1341     } else {
1342         int i;
1343         const int32_t *samples0 = samples;
1344         uint8_t *tmp            = s->md5_buffer;
1345
1346         for (i = 0; i < s->frame.blocksize * s->channels; i++) {
1347             int32_t v = samples0[i] >> 8;
1348             AV_WL24(tmp + 3*i, v);
1349         }
1350         buf = s->md5_buffer;
1351     }
1352     av_md5_update(s->md5ctx, buf, buf_size);
1353
1354     return 0;
1355 }
1356
1357
1358 static int flac_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
1359                              const AVFrame *frame, int *got_packet_ptr)
1360 {
1361     FlacEncodeContext *s;
1362     int frame_bytes, out_bytes, ret;
1363
1364     s = avctx->priv_data;
1365
1366     /* when the last block is reached, update the header in extradata */
1367     if (!frame) {
1368         s->max_framesize = s->max_encoded_framesize;
1369         av_md5_final(s->md5ctx, s->md5sum);
1370         write_streaminfo(s, avctx->extradata);
1371
1372 #if FF_API_SIDEDATA_ONLY_PKT
1373 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1374         if (avctx->side_data_only_packets && !s->flushed) {
1375 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1376 #else
1377         if (!s->flushed) {
1378 #endif
1379             uint8_t *side_data = av_packet_new_side_data(avpkt, AV_PKT_DATA_NEW_EXTRADATA,
1380                                                          avctx->extradata_size);
1381             if (!side_data)
1382                 return AVERROR(ENOMEM);
1383             memcpy(side_data, avctx->extradata, avctx->extradata_size);
1384
1385             avpkt->pts = s->next_pts;
1386
1387             *got_packet_ptr = 1;
1388             s->flushed = 1;
1389         }
1390
1391         return 0;
1392     }
1393
1394     /* change max_framesize for small final frame */
1395     if (frame->nb_samples < s->frame.blocksize) {
1396         s->max_framesize = ff_flac_get_max_frame_size(frame->nb_samples,
1397                                                       s->channels,
1398                                                       avctx->bits_per_raw_sample);
1399     }
1400
1401     init_frame(s, frame->nb_samples);
1402
1403     copy_samples(s, frame->data[0]);
1404
1405     channel_decorrelation(s);
1406
1407     remove_wasted_bits(s);
1408
1409     frame_bytes = encode_frame(s);
1410
1411     /* Fall back on verbatim mode if the compressed frame is larger than it
1412        would be if encoded uncompressed. */
1413     if (frame_bytes < 0 || frame_bytes > s->max_framesize) {
1414         s->frame.verbatim_only = 1;
1415         frame_bytes = encode_frame(s);
1416         if (frame_bytes < 0) {
1417             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Bad frame count\n");
1418             return frame_bytes;
1419         }
1420     }
1421
1422     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, avpkt, frame_bytes, 0)) < 0)
1423         return ret;
1424
1425     out_bytes = write_frame(s, avpkt);
1426
1427     s->frame_count++;
1428     s->sample_count += frame->nb_samples;
1429     if ((ret = update_md5_sum(s, frame->data[0])) < 0) {
1430         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error updating MD5 checksum\n");
1431         return ret;
1432     }
1433     if (out_bytes > s->max_encoded_framesize)
1434         s->max_encoded_framesize = out_bytes;
1435     if (out_bytes < s->min_framesize)
1436         s->min_framesize = out_bytes;
1437
1438     avpkt->pts      = frame->pts;
1439     avpkt->duration = ff_samples_to_time_base(avctx, frame->nb_samples);
1440     avpkt->size     = out_bytes;
1441
1442     s->next_pts = avpkt->pts + avpkt->duration;
1443
1444     *got_packet_ptr = 1;
1445     return 0;
1446 }
1447
1448
1449 static av_cold int flac_encode_close(AVCodecContext *avctx)
1450 {
1451     if (avctx->priv_data) {
1452         FlacEncodeContext *s = avctx->priv_data;
1453         av_freep(&s->md5ctx);
1454         av_freep(&s->md5_buffer);
1455         ff_lpc_end(&s->lpc_ctx);
1456     }
1457     av_freep(&avctx->extradata);
1458     avctx->extradata_size = 0;
1459     return 0;
1460 }
1461
1462 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM | AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM
1463 static const AVOption options[] = {
1464 { "lpc_coeff_precision", "LPC coefficient precision", offsetof(FlacEncodeContext, options.lpc_coeff_precision), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 15 }, 0, MAX_LPC_PRECISION, FLAGS },
1465 { "lpc_type", "LPC algorithm", offsetof(FlacEncodeContext, options.lpc_type), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = FF_LPC_TYPE_DEFAULT }, FF_LPC_TYPE_DEFAULT, FF_LPC_TYPE_NB-1, FLAGS, "lpc_type" },
1466 { "none",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = FF_LPC_TYPE_NONE },     INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "lpc_type" },
1467 { "fixed",    NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = FF_LPC_TYPE_FIXED },    INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "lpc_type" },
1468 { "levinson", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = FF_LPC_TYPE_LEVINSON }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "lpc_type" },
1469 { "cholesky", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = FF_LPC_TYPE_CHOLESKY }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "lpc_type" },
1470 { "lpc_passes", "Number of passes to use for Cholesky factorization during LPC analysis", offsetof(FlacEncodeContext, options.lpc_passes),  AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 2 }, 1, INT_MAX, FLAGS },
1471 { "min_partition_order",  NULL, offsetof(FlacEncodeContext, options.min_partition_order),  AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = -1 },      -1, MAX_PARTITION_ORDER, FLAGS },
1472 { "max_partition_order",  NULL, offsetof(FlacEncodeContext, options.max_partition_order),  AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = -1 },      -1, MAX_PARTITION_ORDER, FLAGS },
1473 { "prediction_order_method", "Search method for selecting prediction order", offsetof(FlacEncodeContext, options.prediction_order_method), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = -1 }, -1, ORDER_METHOD_LOG, FLAGS, "predm" },
1474 { "estimation", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_EST },    INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1475 { "2level",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_2LEVEL }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1476 { "4level",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_4LEVEL }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1477 { "8level",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_8LEVEL }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1478 { "search",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_SEARCH }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1479 { "log",        NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_LOG },    INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1480 { "ch_mode", "Stereo decorrelation mode", offsetof(FlacEncodeContext, options.ch_mode), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = -1 }, -1, FLAC_CHMODE_MID_SIDE, FLAGS, "ch_mode" },
1481 { "auto",       NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = -1                      }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "ch_mode" },
1482 { "indep",      NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FLAC_CHMODE_INDEPENDENT }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "ch_mode" },
1483 { "left_side",  NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FLAC_CHMODE_LEFT_SIDE   }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "ch_mode" },
1484 { "right_side", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FLAC_CHMODE_RIGHT_SIDE  }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "ch_mode" },
1485 { "mid_side",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FLAC_CHMODE_MID_SIDE    }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "ch_mode" },
1486 { "exact_rice_parameters", "Calculate rice parameters exactly", offsetof(FlacEncodeContext, options.exact_rice_parameters), AV_OPT_TYPE_BOOL, { .i64 = 0 }, 0, 1, FLAGS },
1487 { "multi_dim_quant",       "Multi-dimensional quantization",    offsetof(FlacEncodeContext, options.multi_dim_quant),       AV_OPT_TYPE_BOOL, { .i64 = 0 }, 0, 1, FLAGS },
1488 { "min_prediction_order", NULL, offsetof(FlacEncodeContext, options.min_prediction_order), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = -1 }, -1, MAX_LPC_ORDER, FLAGS },
1489 { "max_prediction_order", NULL, offsetof(FlacEncodeContext, options.max_prediction_order), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = -1 }, -1, MAX_LPC_ORDER, FLAGS },
1490
1491 { NULL },
1492 };
1493
1494 static const AVClass flac_encoder_class = {
1495     .class_name = "FLAC encoder",
1496     .item_name  = av_default_item_name,
1497     .option     = options,
1498     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
1499 };
1500
1501 AVCodec ff_flac_encoder = {
1502     .name           = "flac",
1503     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("FLAC (Free Lossless Audio Codec)"),
1504     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1505     .id             = AV_CODEC_ID_FLAC,
1506     .priv_data_size = sizeof(FlacEncodeContext),
1507     .init           = flac_encode_init,
1508     .encode2        = flac_encode_frame,
1509     .close          = flac_encode_close,
1510     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_SMALL_LAST_FRAME | AV_CODEC_CAP_DELAY | AV_CODEC_CAP_LOSSLESS,
1511     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_S16,
1512                                                      AV_SAMPLE_FMT_S32,
1513                                                      AV_SAMPLE_FMT_NONE },
1514     .priv_class     = &flac_encoder_class,
1515 };