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