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