opus: merge encoder and decoder bitallocation functions into one
[ffmpeg.git] / libavcodec / opusenc.c
1 /*
2  * Opus encoder
3  * Copyright (c) 2017 Rostislav Pehlivanov <atomnuker@gmail.com>
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 #include "opusenc.h"
23 #include "opus_pvq.h"
24 #include "opusenc_psy.h"
25 #include "opustab.h"
26
27 #include "libavutil/float_dsp.h"
28 #include "libavutil/opt.h"
29 #include "internal.h"
30 #include "bytestream.h"
31 #include "audio_frame_queue.h"
32
33 typedef struct OpusEncContext {
34     AVClass *av_class;
35     OpusEncOptions options;
36     OpusPsyContext psyctx;
37     AVCodecContext *avctx;
38     AudioFrameQueue afq;
39     AVFloatDSPContext *dsp;
40     MDCT15Context *mdct[CELT_BLOCK_NB];
41     CeltPVQ *pvq;
42     struct FFBufQueue bufqueue;
43
44     uint8_t enc_id[64];
45     int enc_id_bits;
46
47     OpusPacketInfo packet;
48
49     int channels;
50
51     CeltFrame *frame;
52     OpusRangeCoder *rc;
53
54     /* Actual energy the decoder will have */
55     float last_quantized_energy[OPUS_MAX_CHANNELS][CELT_MAX_BANDS];
56
57     DECLARE_ALIGNED(32, float, scratch)[2048];
58 } OpusEncContext;
59
60 static void opus_write_extradata(AVCodecContext *avctx)
61 {
62     uint8_t *bs = avctx->extradata;
63
64     bytestream_put_buffer(&bs, "OpusHead", 8);
65     bytestream_put_byte  (&bs, 0x1);
66     bytestream_put_byte  (&bs, avctx->channels);
67     bytestream_put_le16  (&bs, avctx->initial_padding);
68     bytestream_put_le32  (&bs, avctx->sample_rate);
69     bytestream_put_le16  (&bs, 0x0);
70     bytestream_put_byte  (&bs, 0x0); /* Default layout */
71 }
72
73 static int opus_gen_toc(OpusEncContext *s, uint8_t *toc, int *size, int *fsize_needed)
74 {
75     int i, tmp = 0x0, extended_toc = 0;
76     static const int toc_cfg[][OPUS_MODE_NB][OPUS_BANDWITH_NB] = {
77         /*  Silk                    Hybrid                  Celt                    Layer     */
78         /*  NB  MB  WB SWB  FB      NB  MB  WB SWB  FB      NB  MB  WB SWB  FB      Bandwidth */
79         { {  0,  0,  0,  0,  0 }, {  0,  0,  0,  0,  0 }, { 17,  0, 21, 25, 29 } }, /* 2.5 ms */
80         { {  0,  0,  0,  0,  0 }, {  0,  0,  0,  0,  0 }, { 18,  0, 22, 26, 30 } }, /*   5 ms */
81         { {  1,  5,  9,  0,  0 }, {  0,  0,  0, 13, 15 }, { 19,  0, 23, 27, 31 } }, /*  10 ms */
82         { {  2,  6, 10,  0,  0 }, {  0,  0,  0, 14, 16 }, { 20,  0, 24, 28, 32 } }, /*  20 ms */
83         { {  3,  7, 11,  0,  0 }, {  0,  0,  0,  0,  0 }, {  0,  0,  0,  0,  0 } }, /*  40 ms */
84         { {  4,  8, 12,  0,  0 }, {  0,  0,  0,  0,  0 }, {  0,  0,  0,  0,  0 } }, /*  60 ms */
85     };
86     int cfg = toc_cfg[s->packet.framesize][s->packet.mode][s->packet.bandwidth];
87     *fsize_needed = 0;
88     if (!cfg)
89         return 1;
90     if (s->packet.frames == 2) {                                       /* 2 packets */
91         if (s->frame[0].framebits == s->frame[1].framebits) {          /* same size */
92             tmp = 0x1;
93         } else {                                                  /* different size */
94             tmp = 0x2;
95             *fsize_needed = 1;                     /* put frame sizes in the packet */
96         }
97     } else if (s->packet.frames > 2) {
98         tmp = 0x3;
99         extended_toc = 1;
100     }
101     tmp |= (s->channels > 1) << 2;                                /* Stereo or mono */
102     tmp |= (cfg - 1)         << 3;                           /* codec configuration */
103     *toc++ = tmp;
104     if (extended_toc) {
105         for (i = 0; i < (s->packet.frames - 1); i++)
106             *fsize_needed |= (s->frame[i].framebits != s->frame[i + 1].framebits);
107         tmp = (*fsize_needed) << 7;                                /* vbr flag */
108         tmp |= (0) << 6;                                       /* padding flag */
109         tmp |= s->packet.frames;
110         *toc++ = tmp;
111     }
112     *size = 1 + extended_toc;
113     return 0;
114 }
115
116 static void celt_frame_setup_input(OpusEncContext *s, CeltFrame *f)
117 {
118     int sf, ch;
119     AVFrame *cur = NULL;
120     const int subframesize = s->avctx->frame_size;
121     int subframes = OPUS_BLOCK_SIZE(s->packet.framesize) / subframesize;
122
123     cur = ff_bufqueue_get(&s->bufqueue);
124
125     for (ch = 0; ch < f->channels; ch++) {
126         CeltBlock *b = &f->block[ch];
127         const void *input = cur->extended_data[ch];
128         size_t bps = av_get_bytes_per_sample(cur->format);
129         memcpy(b->overlap, input, bps*cur->nb_samples);
130     }
131
132     av_frame_free(&cur);
133
134     for (sf = 0; sf < subframes; sf++) {
135         if (sf != (subframes - 1))
136             cur = ff_bufqueue_get(&s->bufqueue);
137         else
138             cur = ff_bufqueue_peek(&s->bufqueue, 0);
139
140         for (ch = 0; ch < f->channels; ch++) {
141             CeltBlock *b = &f->block[ch];
142             const void *input = cur->extended_data[ch];
143             const size_t bps  = av_get_bytes_per_sample(cur->format);
144             const size_t left = (subframesize - cur->nb_samples)*bps;
145             const size_t len  = FFMIN(subframesize, cur->nb_samples)*bps;
146             memcpy(&b->samples[sf*subframesize], input, len);
147             memset(&b->samples[cur->nb_samples], 0, left);
148         }
149
150         /* Last frame isn't popped off and freed yet - we need it for overlap */
151         if (sf != (subframes - 1))
152             av_frame_free(&cur);
153     }
154 }
155
156 /* Apply the pre emphasis filter */
157 static void celt_apply_preemph_filter(OpusEncContext *s, CeltFrame *f)
158 {
159     int i, sf, ch;
160     const int subframesize = s->avctx->frame_size;
161     const int subframes = OPUS_BLOCK_SIZE(s->packet.framesize) / subframesize;
162
163     /* Filter overlap */
164     for (ch = 0; ch < f->channels; ch++) {
165         CeltBlock *b = &f->block[ch];
166         float m = b->emph_coeff;
167         for (i = 0; i < CELT_OVERLAP; i++) {
168             float sample = b->overlap[i];
169             b->overlap[i] = sample - m;
170             m = sample * CELT_EMPH_COEFF;
171         }
172         b->emph_coeff = m;
173     }
174
175     /* Filter the samples but do not update the last subframe's coeff - overlap ^^^ */
176     for (sf = 0; sf < subframes; sf++) {
177         for (ch = 0; ch < f->channels; ch++) {
178             CeltBlock *b = &f->block[ch];
179             float m = b->emph_coeff;
180             for (i = 0; i < subframesize; i++) {
181                 float sample = b->samples[sf*subframesize + i];
182                 b->samples[sf*subframesize + i] = sample - m;
183                 m = sample * CELT_EMPH_COEFF;
184             }
185             if (sf != (subframes - 1))
186                 b->emph_coeff = m;
187         }
188     }
189 }
190
191 /* Create the window and do the mdct */
192 static void celt_frame_mdct(OpusEncContext *s, CeltFrame *f)
193 {
194     int i, j, t, ch;
195     float *win = s->scratch, *temp = s->scratch + 1920;
196
197     if (f->transient) {
198         for (ch = 0; ch < f->channels; ch++) {
199             CeltBlock *b = &f->block[ch];
200             float *src1 = b->overlap;
201             for (t = 0; t < f->blocks; t++) {
202                 float *src2 = &b->samples[CELT_OVERLAP*t];
203                 s->dsp->vector_fmul(win, src1, ff_celt_window, 128);
204                 s->dsp->vector_fmul_reverse(&win[CELT_OVERLAP], src2,
205                                             ff_celt_window - 8, 128);
206                 src1 = src2;
207                 s->mdct[0]->mdct(s->mdct[0], b->coeffs + t, win, f->blocks);
208             }
209         }
210     } else {
211         int blk_len = OPUS_BLOCK_SIZE(f->size), wlen = OPUS_BLOCK_SIZE(f->size + 1);
212         int rwin = blk_len - CELT_OVERLAP, lap_dst = (wlen - blk_len - CELT_OVERLAP) >> 1;
213         memset(win, 0, wlen*sizeof(float));
214         for (ch = 0; ch < f->channels; ch++) {
215             CeltBlock *b = &f->block[ch];
216
217             /* Overlap */
218             s->dsp->vector_fmul(temp, b->overlap, ff_celt_window, 128);
219             memcpy(win + lap_dst, temp, CELT_OVERLAP*sizeof(float));
220
221             /* Samples, flat top window */
222             memcpy(&win[lap_dst + CELT_OVERLAP], b->samples, rwin*sizeof(float));
223
224             /* Samples, windowed */
225             s->dsp->vector_fmul_reverse(temp, b->samples + rwin,
226                                         ff_celt_window - 8, 128);
227             memcpy(win + lap_dst + blk_len, temp, CELT_OVERLAP*sizeof(float));
228
229             s->mdct[f->size]->mdct(s->mdct[f->size], b->coeffs, win, 1);
230         }
231     }
232
233     for (ch = 0; ch < f->channels; ch++) {
234         CeltBlock *block = &f->block[ch];
235         for (i = 0; i < CELT_MAX_BANDS; i++) {
236             float ener = 0.0f;
237             int band_offset = ff_celt_freq_bands[i] << f->size;
238             int band_size   = ff_celt_freq_range[i] << f->size;
239             float *coeffs   = &block->coeffs[band_offset];
240
241             for (j = 0; j < band_size; j++)
242                 ener += coeffs[j]*coeffs[j];
243
244             block->lin_energy[i] = sqrtf(ener) + FLT_EPSILON;
245             ener = 1.0f/block->lin_energy[i];
246
247             for (j = 0; j < band_size; j++)
248                 coeffs[j] *= ener;
249
250             block->energy[i] = log2f(block->lin_energy[i]) - ff_celt_mean_energy[i];
251
252             /* CELT_ENERGY_SILENCE is what the decoder uses and its not -infinity */
253             block->energy[i] = FFMAX(block->energy[i], CELT_ENERGY_SILENCE);
254         }
255     }
256 }
257
258 static void celt_enc_tf(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc)
259 {
260     int i, tf_select = 0, diff = 0, tf_changed = 0, tf_select_needed;
261     int bits = f->transient ? 2 : 4;
262
263     tf_select_needed = ((f->size && (opus_rc_tell(rc) + bits + 1) <= f->framebits));
264
265     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
266         if ((opus_rc_tell(rc) + bits + tf_select_needed) <= f->framebits) {
267             const int tbit = (diff ^ 1) == f->tf_change[i];
268             ff_opus_rc_enc_log(rc, tbit, bits);
269             diff ^= tbit;
270             tf_changed |= diff;
271         }
272         bits = f->transient ? 4 : 5;
273     }
274
275     if (tf_select_needed && ff_celt_tf_select[f->size][f->transient][0][tf_changed] !=
276                             ff_celt_tf_select[f->size][f->transient][1][tf_changed]) {
277         ff_opus_rc_enc_log(rc, f->tf_select, 1);
278         tf_select = f->tf_select;
279     }
280
281     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++)
282         f->tf_change[i] = ff_celt_tf_select[f->size][f->transient][tf_select][f->tf_change[i]];
283 }
284
285 static void celt_enc_quant_pfilter(OpusRangeCoder *rc, CeltFrame *f)
286 {
287     float gain = f->pf_gain;
288     int i, txval, octave = f->pf_octave, period = f->pf_period, tapset = f->pf_tapset;
289
290     ff_opus_rc_enc_log(rc, f->pfilter, 1);
291     if (!f->pfilter)
292         return;
293
294     /* Octave */
295     txval = FFMIN(octave, 6);
296     ff_opus_rc_enc_uint(rc, txval, 6);
297     octave = txval;
298     /* Period */
299     txval = av_clip(period - (16 << octave) + 1, 0, (1 << (4 + octave)) - 1);
300     ff_opus_rc_put_raw(rc, period, 4 + octave);
301     period = txval + (16 << octave) - 1;
302     /* Gain */
303     txval = FFMIN(((int)(gain / 0.09375f)) - 1, 7);
304     ff_opus_rc_put_raw(rc, txval, 3);
305     gain   = 0.09375f * (txval + 1);
306     /* Tapset */
307     if ((opus_rc_tell(rc) + 2) <= f->framebits)
308         ff_opus_rc_enc_cdf(rc, tapset, ff_celt_model_tapset);
309     else
310         tapset = 0;
311     /* Finally create the coeffs */
312     for (i = 0; i < 2; i++) {
313         CeltBlock *block = &f->block[i];
314
315         block->pf_period_new = FFMAX(period, CELT_POSTFILTER_MINPERIOD);
316         block->pf_gains_new[0] = gain * ff_celt_postfilter_taps[tapset][0];
317         block->pf_gains_new[1] = gain * ff_celt_postfilter_taps[tapset][1];
318         block->pf_gains_new[2] = gain * ff_celt_postfilter_taps[tapset][2];
319     }
320 }
321
322 static void exp_quant_coarse(OpusRangeCoder *rc, CeltFrame *f,
323                              float last_energy[][CELT_MAX_BANDS], int intra)
324 {
325     int i, ch;
326     float alpha, beta, prev[2] = { 0, 0 };
327     const uint8_t *pmod = ff_celt_coarse_energy_dist[f->size][intra];
328
329     /* Inter is really just differential coding */
330     if (opus_rc_tell(rc) + 3 <= f->framebits)
331         ff_opus_rc_enc_log(rc, intra, 3);
332     else
333         intra = 0;
334
335     if (intra) {
336         alpha = 0.0f;
337         beta  = 1.0f - (4915.0f/32768.0f);
338     } else {
339         alpha = ff_celt_alpha_coef[f->size];
340         beta  = ff_celt_beta_coef[f->size];
341     }
342
343     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
344         for (ch = 0; ch < f->channels; ch++) {
345             CeltBlock *block = &f->block[ch];
346             const int left = f->framebits - opus_rc_tell(rc);
347             const float last = FFMAX(-9.0f, last_energy[ch][i]);
348             float diff = block->energy[i] - prev[ch] - last*alpha;
349             int q_en = lrintf(diff);
350             if (left >= 15) {
351                 ff_opus_rc_enc_laplace(rc, &q_en, pmod[i << 1] << 7, pmod[(i << 1) + 1] << 6);
352             } else if (left >= 2) {
353                 q_en = av_clip(q_en, -1, 1);
354                 ff_opus_rc_enc_cdf(rc, 2*q_en + 3*(q_en < 0), ff_celt_model_energy_small);
355             } else if (left >= 1) {
356                 q_en = av_clip(q_en, -1, 0);
357                 ff_opus_rc_enc_log(rc, (q_en & 1), 1);
358             } else q_en = -1;
359
360             block->error_energy[i] = q_en - diff;
361             prev[ch] += beta * q_en;
362         }
363     }
364 }
365
366 static void celt_quant_coarse(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc,
367                               float last_energy[][CELT_MAX_BANDS])
368 {
369     uint32_t inter, intra;
370     OPUS_RC_CHECKPOINT_SPAWN(rc);
371
372     exp_quant_coarse(rc, f, last_energy, 1);
373     intra = OPUS_RC_CHECKPOINT_BITS(rc);
374
375     OPUS_RC_CHECKPOINT_ROLLBACK(rc);
376
377     exp_quant_coarse(rc, f, last_energy, 0);
378     inter = OPUS_RC_CHECKPOINT_BITS(rc);
379
380     if (inter > intra) { /* Unlikely */
381         OPUS_RC_CHECKPOINT_ROLLBACK(rc);
382         exp_quant_coarse(rc, f, last_energy, 1);
383     }
384 }
385
386 static void celt_quant_fine(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc)
387 {
388     int i, ch;
389     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
390         if (!f->fine_bits[i])
391             continue;
392         for (ch = 0; ch < f->channels; ch++) {
393             CeltBlock *block = &f->block[ch];
394             int quant, lim = (1 << f->fine_bits[i]);
395             float offset, diff = 0.5f - block->error_energy[i];
396             quant = av_clip(floor(diff*lim), 0, lim - 1);
397             ff_opus_rc_put_raw(rc, quant, f->fine_bits[i]);
398             offset = 0.5f - ((quant + 0.5f) * (1 << (14 - f->fine_bits[i])) / 16384.0f);
399             block->error_energy[i] -= offset;
400         }
401     }
402 }
403
404 static void celt_quant_final(OpusEncContext *s, OpusRangeCoder *rc, CeltFrame *f)
405 {
406     int i, ch, priority;
407     for (priority = 0; priority < 2; priority++) {
408         for (i = f->start_band; i < f->end_band && (f->framebits - opus_rc_tell(rc)) >= f->channels; i++) {
409             if (f->fine_priority[i] != priority || f->fine_bits[i] >= CELT_MAX_FINE_BITS)
410                 continue;
411             for (ch = 0; ch < f->channels; ch++) {
412                 CeltBlock *block = &f->block[ch];
413                 const float err = block->error_energy[i];
414                 const float offset = 0.5f * (1 << (14 - f->fine_bits[i] - 1)) / 16384.0f;
415                 const int sign = FFABS(err + offset) < FFABS(err - offset);
416                 ff_opus_rc_put_raw(rc, sign, 1);
417                 block->error_energy[i] -= offset*(1 - 2*sign);
418             }
419         }
420     }
421 }
422
423 static void celt_encode_frame(OpusEncContext *s, OpusRangeCoder *rc,
424                               CeltFrame *f, int index)
425 {
426     int i, ch;
427
428     ff_opus_rc_enc_init(rc);
429
430     ff_opus_psy_celt_frame_init(&s->psyctx, f, index);
431
432     celt_frame_setup_input(s, f);
433
434     if (f->silence) {
435         if (f->framebits >= 16)
436             ff_opus_rc_enc_log(rc, 1, 15); /* Silence (if using explicit singalling) */
437         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
438             memset(s->last_quantized_energy[ch], 0.0f, sizeof(float)*CELT_MAX_BANDS);
439         return;
440     }
441
442     /* Filters */
443     celt_apply_preemph_filter(s, f);
444     if (f->pfilter) {
445         ff_opus_rc_enc_log(rc, 0, 15);
446         celt_enc_quant_pfilter(rc, f);
447     }
448
449     /* Transform */
450     celt_frame_mdct(s, f);
451
452     /* Need to handle transient/non-transient switches at any point during analysis */
453     while (ff_opus_psy_celt_frame_process(&s->psyctx, f, index))
454         celt_frame_mdct(s, f);
455
456     ff_opus_rc_enc_init(rc);
457
458     /* Silence */
459     ff_opus_rc_enc_log(rc, 0, 15);
460
461     /* Pitch filter */
462     if (!f->start_band && opus_rc_tell(rc) + 16 <= f->framebits)
463         celt_enc_quant_pfilter(rc, f);
464
465     /* Transient flag */
466     if (f->size && opus_rc_tell(rc) + 3 <= f->framebits)
467         ff_opus_rc_enc_log(rc, f->transient, 3);
468
469     /* Main encoding */
470     celt_quant_coarse  (f, rc, s->last_quantized_energy);
471     celt_enc_tf        (f, rc);
472     ff_celt_bitalloc   (f, rc, 1);
473     celt_quant_fine    (f, rc);
474     ff_celt_quant_bands(f, rc);
475
476     /* Anticollapse bit */
477     if (f->anticollapse_needed)
478         ff_opus_rc_put_raw(rc, f->anticollapse, 1);
479
480     /* Final per-band energy adjustments from leftover bits */
481     celt_quant_final(s, rc, f);
482
483     for (ch = 0; ch < f->channels; ch++) {
484         CeltBlock *block = &f->block[ch];
485         for (i = 0; i < CELT_MAX_BANDS; i++)
486             s->last_quantized_energy[ch][i] = block->energy[i] + block->error_energy[i];
487     }
488 }
489
490 static inline int write_opuslacing(uint8_t *dst, int v)
491 {
492     dst[0] = FFMIN(v - FFALIGN(v - 255, 4), v);
493     dst[1] = v - dst[0] >> 2;
494     return 1 + (v >= 252);
495 }
496
497 static void opus_packet_assembler(OpusEncContext *s, AVPacket *avpkt)
498 {
499     int i, offset, fsize_needed;
500
501     /* Write toc */
502     opus_gen_toc(s, avpkt->data, &offset, &fsize_needed);
503
504     /* Frame sizes if needed */
505     if (fsize_needed) {
506         for (i = 0; i < s->packet.frames - 1; i++) {
507             offset += write_opuslacing(avpkt->data + offset,
508                                        s->frame[i].framebits >> 3);
509         }
510     }
511
512     /* Packets */
513     for (i = 0; i < s->packet.frames; i++) {
514         ff_opus_rc_enc_end(&s->rc[i], avpkt->data + offset,
515                            s->frame[i].framebits >> 3);
516         offset += s->frame[i].framebits >> 3;
517     }
518
519     avpkt->size = offset;
520 }
521
522 /* Used as overlap for the first frame and padding for the last encoded packet */
523 static AVFrame *spawn_empty_frame(OpusEncContext *s)
524 {
525     int i;
526     AVFrame *f = av_frame_alloc();
527     if (!f)
528         return NULL;
529     f->format         = s->avctx->sample_fmt;
530     f->nb_samples     = s->avctx->frame_size;
531     f->channel_layout = s->avctx->channel_layout;
532     if (av_frame_get_buffer(f, 4)) {
533         av_frame_free(&f);
534         return NULL;
535     }
536     for (i = 0; i < s->channels; i++) {
537         size_t bps = av_get_bytes_per_sample(f->format);
538         memset(f->extended_data[i], 0, bps*f->nb_samples);
539     }
540     return f;
541 }
542
543 static int opus_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
544                              const AVFrame *frame, int *got_packet_ptr)
545 {
546     OpusEncContext *s = avctx->priv_data;
547     int i, ret, frame_size, alloc_size = 0;
548
549     if (frame) { /* Add new frame to queue */
550         if ((ret = ff_af_queue_add(&s->afq, frame)) < 0)
551             return ret;
552         ff_bufqueue_add(avctx, &s->bufqueue, av_frame_clone(frame));
553     } else {
554         ff_opus_psy_signal_eof(&s->psyctx);
555         if (!s->afq.remaining_samples)
556             return 0; /* We've been flushed and there's nothing left to encode */
557     }
558
559     /* Run the psychoacoustic system */
560     if (ff_opus_psy_process(&s->psyctx, &s->packet))
561         return 0;
562
563     frame_size = OPUS_BLOCK_SIZE(s->packet.framesize);
564
565     if (!frame) {
566         /* This can go negative, that's not a problem, we only pad if positive */
567         int pad_empty = s->packet.frames*(frame_size/s->avctx->frame_size) - s->bufqueue.available + 1;
568         /* Pad with empty 2.5 ms frames to whatever framesize was decided,
569          * this should only happen at the very last flush frame. The frames
570          * allocated here will be freed (because they have no other references)
571          * after they get used by celt_frame_setup_input() */
572         for (i = 0; i < pad_empty; i++) {
573             AVFrame *empty = spawn_empty_frame(s);
574             if (!empty)
575                 return AVERROR(ENOMEM);
576             ff_bufqueue_add(avctx, &s->bufqueue, empty);
577         }
578     }
579
580     for (i = 0; i < s->packet.frames; i++) {
581         celt_encode_frame(s, &s->rc[i], &s->frame[i], i);
582         alloc_size += s->frame[i].framebits >> 3;
583     }
584
585     /* Worst case toc + the frame lengths if needed */
586     alloc_size += 2 + s->packet.frames*2;
587
588     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, avpkt, alloc_size, 0)) < 0)
589         return ret;
590
591     /* Assemble packet */
592     opus_packet_assembler(s, avpkt);
593
594     /* Update the psychoacoustic system */
595     ff_opus_psy_postencode_update(&s->psyctx, s->frame, s->rc);
596
597     /* Remove samples from queue and skip if needed */
598     ff_af_queue_remove(&s->afq, s->packet.frames*frame_size, &avpkt->pts, &avpkt->duration);
599     if (s->packet.frames*frame_size > avpkt->duration) {
600         uint8_t *side = av_packet_new_side_data(avpkt, AV_PKT_DATA_SKIP_SAMPLES, 10);
601         if (!side)
602             return AVERROR(ENOMEM);
603         AV_WL32(&side[4], s->packet.frames*frame_size - avpkt->duration + 120);
604     }
605
606     *got_packet_ptr = 1;
607
608     return 0;
609 }
610
611 static av_cold int opus_encode_end(AVCodecContext *avctx)
612 {
613     int i;
614     OpusEncContext *s = avctx->priv_data;
615
616     for (i = 0; i < CELT_BLOCK_NB; i++)
617         ff_mdct15_uninit(&s->mdct[i]);
618
619     ff_celt_pvq_uninit(&s->pvq);
620     av_freep(&s->dsp);
621     av_freep(&s->frame);
622     av_freep(&s->rc);
623     ff_af_queue_close(&s->afq);
624     ff_opus_psy_end(&s->psyctx);
625     ff_bufqueue_discard_all(&s->bufqueue);
626     av_freep(&avctx->extradata);
627
628     return 0;
629 }
630
631 static av_cold int opus_encode_init(AVCodecContext *avctx)
632 {
633     int i, ch, ret, max_frames;
634     OpusEncContext *s = avctx->priv_data;
635
636     s->avctx = avctx;
637     s->channels = avctx->channels;
638
639     /* Opus allows us to change the framesize on each packet (and each packet may
640      * have multiple frames in it) but we can't change the codec's frame size on
641      * runtime, so fix it to the lowest possible number of samples and use a queue
642      * to accumulate AVFrames until we have enough to encode whatever the encoder
643      * decides is the best */
644     avctx->frame_size = 120;
645     /* Initial padding will change if SILK is ever supported */
646     avctx->initial_padding = 120;
647
648     if (!avctx->bit_rate) {
649         int coupled = ff_opus_default_coupled_streams[s->channels - 1];
650         avctx->bit_rate = coupled*(96000) + (s->channels - coupled*2)*(48000);
651     } else if (avctx->bit_rate < 6000 || avctx->bit_rate > 255000 * s->channels) {
652         int64_t clipped_rate = av_clip(avctx->bit_rate, 6000, 255000 * s->channels);
653         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported bitrate %"PRId64" kbps, clipping to %"PRId64" kbps\n",
654                avctx->bit_rate/1000, clipped_rate/1000);
655         avctx->bit_rate = clipped_rate;
656     }
657
658     /* Extradata */
659     avctx->extradata_size = 19;
660     avctx->extradata = av_malloc(avctx->extradata_size + AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
661     if (!avctx->extradata)
662         return AVERROR(ENOMEM);
663     opus_write_extradata(avctx);
664
665     ff_af_queue_init(avctx, &s->afq);
666
667     if ((ret = ff_celt_pvq_init(&s->pvq, 1)) < 0)
668         return ret;
669
670     if (!(s->dsp = avpriv_float_dsp_alloc(avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_BITEXACT)))
671         return AVERROR(ENOMEM);
672
673     /* I have no idea why a base scaling factor of 68 works, could be the twiddles */
674     for (i = 0; i < CELT_BLOCK_NB; i++)
675         if ((ret = ff_mdct15_init(&s->mdct[i], 0, i + 3, 68 << (CELT_BLOCK_NB - 1 - i))))
676             return AVERROR(ENOMEM);
677
678     /* Zero out previous energy (matters for inter first frame) */
679     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
680         memset(s->last_quantized_energy[ch], 0.0f, sizeof(float)*CELT_MAX_BANDS);
681
682     /* Allocate an empty frame to use as overlap for the first frame of audio */
683     ff_bufqueue_add(avctx, &s->bufqueue, spawn_empty_frame(s));
684     if (!ff_bufqueue_peek(&s->bufqueue, 0))
685         return AVERROR(ENOMEM);
686
687     if ((ret = ff_opus_psy_init(&s->psyctx, s->avctx, &s->bufqueue, &s->options)))
688         return ret;
689
690     /* Frame structs and range coder buffers */
691     max_frames = ceilf(FFMIN(s->options.max_delay_ms, 120.0f)/2.5f);
692     s->frame = av_malloc(max_frames*sizeof(CeltFrame));
693     if (!s->frame)
694         return AVERROR(ENOMEM);
695     s->rc = av_malloc(max_frames*sizeof(OpusRangeCoder));
696     if (!s->rc)
697         return AVERROR(ENOMEM);
698
699     for (i = 0; i < max_frames; i++) {
700         s->frame[i].dsp = s->dsp;
701         s->frame[i].avctx = s->avctx;
702         s->frame[i].seed = 0;
703         s->frame[i].pvq = s->pvq;
704         s->frame[i].apply_phase_inv = 1;
705         s->frame[i].block[0].emph_coeff = s->frame[i].block[1].emph_coeff = 0.0f;
706     }
707
708     return 0;
709 }
710
711 #define OPUSENC_FLAGS AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM | AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM
712 static const AVOption opusenc_options[] = {
713     { "opus_delay", "Maximum delay in milliseconds", offsetof(OpusEncContext, options.max_delay_ms), AV_OPT_TYPE_FLOAT, { .dbl = OPUS_MAX_LOOKAHEAD }, 2.5f, OPUS_MAX_LOOKAHEAD, OPUSENC_FLAGS, "max_delay_ms" },
714     { NULL },
715 };
716
717 static const AVClass opusenc_class = {
718     .class_name = "Opus encoder",
719     .item_name  = av_default_item_name,
720     .option     = opusenc_options,
721     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
722 };
723
724 static const AVCodecDefault opusenc_defaults[] = {
725     { "b", "0" },
726     { "compression_level", "10" },
727     { NULL },
728 };
729
730 AVCodec ff_opus_encoder = {
731     .name           = "opus",
732     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Opus"),
733     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
734     .id             = AV_CODEC_ID_OPUS,
735     .defaults       = opusenc_defaults,
736     .priv_class     = &opusenc_class,
737     .priv_data_size = sizeof(OpusEncContext),
738     .init           = opus_encode_init,
739     .encode2        = opus_encode_frame,
740     .close          = opus_encode_end,
741     .caps_internal  = FF_CODEC_CAP_INIT_THREADSAFE | FF_CODEC_CAP_INIT_CLEANUP,
742     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_EXPERIMENTAL | AV_CODEC_CAP_SMALL_LAST_FRAME | AV_CODEC_CAP_DELAY,
743     .supported_samplerates = (const int []){ 48000, 0 },
744     .channel_layouts = (const uint64_t []){ AV_CH_LAYOUT_MONO,
745                                             AV_CH_LAYOUT_STEREO, 0 },
746     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_FLTP,
747                                                      AV_SAMPLE_FMT_NONE },
748 };