Add long names to many AVCodec declarations.
[ffmpeg.git] / libavcodec / flacenc.c
index aba02ab..9e5036b 100644 (file)
@@ -2,25 +2,29 @@
  * FLAC audio encoder
  * Copyright (c) 2006  Justin Ruggles <jruggle@earthlink.net>
  *
- * This library is free software; you can redistribute it and/or
+ * This file is part of FFmpeg.
+ *
+ * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  * License as published by the Free Software Foundation; either
- * version 2 of the License, or (at your option) any later version.
+ * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  *
- * This library is distributed in the hope that it will be useful,
+ * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  * Lesser General Public License for more details.
  *
  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
- * License along with this library; if not, write to the Free Software
+ * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  */
 
 #include "avcodec.h"
 #include "bitstream.h"
 #include "crc.h"
+#include "dsputil.h"
 #include "golomb.h"
+#include "lls.h"
 
 #define FLAC_MAX_CH  8
 #define FLAC_MIN_BLOCKSIZE  16
 #define FLAC_CHMODE_RIGHT_SIDE      9
 #define FLAC_CHMODE_MID_SIDE       10
 
+#define ORDER_METHOD_EST     0
+#define ORDER_METHOD_2LEVEL  1
+#define ORDER_METHOD_4LEVEL  2
+#define ORDER_METHOD_8LEVEL  3
+#define ORDER_METHOD_SEARCH  4
+#define ORDER_METHOD_LOG     5
+
 #define FLAC_STREAMINFO_SIZE  34
 
+#define MIN_LPC_ORDER       1
+#define MAX_LPC_ORDER      32
+#define MAX_FIXED_ORDER     4
+#define MAX_PARTITION_ORDER 8
+#define MAX_PARTITIONS     (1 << MAX_PARTITION_ORDER)
+#define MAX_LPC_PRECISION  15
+#define MAX_LPC_SHIFT      15
+#define MAX_RICE_PARAM     14
+
+typedef struct CompressionOptions {
+    int compression_level;
+    int block_time_ms;
+    int use_lpc;
+    int lpc_coeff_precision;
+    int min_prediction_order;
+    int max_prediction_order;
+    int prediction_order_method;
+    int min_partition_order;
+    int max_partition_order;
+} CompressionOptions;
+
 typedef struct RiceContext {
     int porder;
-    int params[256];
+    int params[MAX_PARTITIONS];
 } RiceContext;
 
 typedef struct FlacSubframe {
@@ -49,9 +81,11 @@ typedef struct FlacSubframe {
     int type_code;
     int obits;
     int order;
+    int32_t coefs[MAX_LPC_ORDER];
+    int shift;
     RiceContext rc;
     int32_t samples[FLAC_MAX_BLOCKSIZE];
-    int32_t residual[FLAC_MAX_BLOCKSIZE];
+    int32_t residual[FLAC_MAX_BLOCKSIZE+1];
 } FlacSubframe;
 
 typedef struct FlacFrame {
@@ -68,11 +102,12 @@ typedef struct FlacEncodeContext {
     int ch_code;
     int samplerate;
     int sr_code[2];
-    int blocksize;
     int max_framesize;
     uint32_t frame_count;
     FlacFrame frame;
+    CompressionOptions options;
     AVCodecContext *avctx;
+    DSPContext dsp;
 } FlacEncodeContext;
 
 static const int flac_samplerates[16] = {
@@ -100,8 +135,8 @@ static void write_streaminfo(FlacEncodeContext *s, uint8_t *header)
     init_put_bits(&pb, header, FLAC_STREAMINFO_SIZE);
 
     /* streaminfo metadata block */
-    put_bits(&pb, 16, s->blocksize);
-    put_bits(&pb, 16, s->blocksize);
+    put_bits(&pb, 16, s->avctx->frame_size);
+    put_bits(&pb, 16, s->avctx->frame_size);
     put_bits(&pb, 24, 0);
     put_bits(&pb, 24, s->max_framesize);
     put_bits(&pb, 20, s->samplerate);
@@ -112,13 +147,11 @@ static void write_streaminfo(FlacEncodeContext *s, uint8_t *header)
     /* MD5 signature = 0 */
 }
 
-#define BLOCK_TIME_MS 27
-
 /**
  * Sets blocksize based on samplerate
  * Chooses the closest predefined blocksize >= BLOCK_TIME_MS milliseconds
  */
-static int select_blocksize(int samplerate)
+static int select_blocksize(int samplerate, int block_time_ms)
 {
     int i;
     int target;
@@ -126,7 +159,7 @@ static int select_blocksize(int samplerate)
 
     assert(samplerate > 0);
     blocksize = flac_blocksizes[1];
-    target = (samplerate * BLOCK_TIME_MS) / 1000;
+    target = (samplerate * block_time_ms) / 1000;
     for(i=0; i<16; i++) {
         if(target >= flac_blocksizes[i] && flac_blocksizes[i] > blocksize) {
             blocksize = flac_blocksizes[i];
@@ -135,16 +168,18 @@ static int select_blocksize(int samplerate)
     return blocksize;
 }
 
-static int flac_encode_init(AVCodecContext *avctx)
+static av_cold int flac_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 {
     int freq = avctx->sample_rate;
     int channels = avctx->channels;
     FlacEncodeContext *s = avctx->priv_data;
-    int i;
+    int i, level;
     uint8_t *streaminfo;
 
     s->avctx = avctx;
 
+    dsputil_init(&s->dsp, avctx);
+
     if(avctx->sample_fmt != SAMPLE_FMT_S16) {
         return -1;
     }
@@ -183,14 +218,163 @@ static int flac_encode_init(AVCodecContext *avctx)
         s->samplerate = freq;
     }
 
-    s->blocksize = select_blocksize(s->samplerate);
-    avctx->frame_size = s->blocksize;
+    /* set compression option defaults based on avctx->compression_level */
+    if(avctx->compression_level < 0) {
+        s->options.compression_level = 5;
+    } else {
+        s->options.compression_level = avctx->compression_level;
+    }
+    av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " compression: %d\n", s->options.compression_level);
+
+    level= s->options.compression_level;
+    if(level > 12) {
+        av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid compression level: %d\n",
+               s->options.compression_level);
+        return -1;
+    }
+
+    s->options.block_time_ms       = ((int[]){ 27, 27, 27,105,105,105,105,105,105,105,105,105,105})[level];
+    s->options.use_lpc             = ((int[]){  0,  0,  0,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1})[level];
+    s->options.min_prediction_order= ((int[]){  2,  0,  0,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1})[level];
+    s->options.max_prediction_order= ((int[]){  3,  4,  4,  6,  8,  8,  8,  8, 12, 12, 12, 32, 32})[level];
+    s->options.prediction_order_method = ((int[]){ ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,
+                                                   ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,
+                                                   ORDER_METHOD_4LEVEL, ORDER_METHOD_LOG,    ORDER_METHOD_4LEVEL,
+                                                   ORDER_METHOD_LOG,    ORDER_METHOD_SEARCH, ORDER_METHOD_LOG,
+                                                   ORDER_METHOD_SEARCH})[level];
+    s->options.min_partition_order = ((int[]){  2,  2,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0})[level];
+    s->options.max_partition_order = ((int[]){  2,  2,  3,  3,  3,  8,  8,  8,  8,  8,  8,  8,  8})[level];
+
+    /* set compression option overrides from AVCodecContext */
+    if(avctx->use_lpc >= 0) {
+        s->options.use_lpc = av_clip(avctx->use_lpc, 0, 11);
+    }
+    if(s->options.use_lpc == 1)
+        av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " use lpc: Levinson-Durbin recursion with Welch window\n");
+    else if(s->options.use_lpc > 1)
+        av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " use lpc: Cholesky factorization\n");
+
+    if(avctx->min_prediction_order >= 0) {
+        if(s->options.use_lpc) {
+            if(avctx->min_prediction_order < MIN_LPC_ORDER ||
+                    avctx->min_prediction_order > MAX_LPC_ORDER) {
+                av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid min prediction order: %d\n",
+                       avctx->min_prediction_order);
+                return -1;
+            }
+        } else {
+            if(avctx->min_prediction_order > MAX_FIXED_ORDER) {
+                av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid min prediction order: %d\n",
+                       avctx->min_prediction_order);
+                return -1;
+            }
+        }
+        s->options.min_prediction_order = avctx->min_prediction_order;
+    }
+    if(avctx->max_prediction_order >= 0) {
+        if(s->options.use_lpc) {
+            if(avctx->max_prediction_order < MIN_LPC_ORDER ||
+                    avctx->max_prediction_order > MAX_LPC_ORDER) {
+                av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid max prediction order: %d\n",
+                       avctx->max_prediction_order);
+                return -1;
+            }
+        } else {
+            if(avctx->max_prediction_order > MAX_FIXED_ORDER) {
+                av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid max prediction order: %d\n",
+                       avctx->max_prediction_order);
+                return -1;
+            }
+        }
+        s->options.max_prediction_order = avctx->max_prediction_order;
+    }
+    if(s->options.max_prediction_order < s->options.min_prediction_order) {
+        av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid prediction orders: min=%d max=%d\n",
+               s->options.min_prediction_order, s->options.max_prediction_order);
+        return -1;
+    }
+    av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " prediction order: %d, %d\n",
+           s->options.min_prediction_order, s->options.max_prediction_order);
+
+    if(avctx->prediction_order_method >= 0) {
+        if(avctx->prediction_order_method > ORDER_METHOD_LOG) {
+            av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid prediction order method: %d\n",
+                   avctx->prediction_order_method);
+            return -1;
+        }
+        s->options.prediction_order_method = avctx->prediction_order_method;
+    }
+    switch(s->options.prediction_order_method) {
+        case ORDER_METHOD_EST:    av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
+                                         "estimate"); break;
+        case ORDER_METHOD_2LEVEL: av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
+                                         "2-level"); break;
+        case ORDER_METHOD_4LEVEL: av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
+                                         "4-level"); break;
+        case ORDER_METHOD_8LEVEL: av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
+                                         "8-level"); break;
+        case ORDER_METHOD_SEARCH: av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
+                                         "full search"); break;
+        case ORDER_METHOD_LOG:    av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
+                                         "log search"); break;
+    }
+
+    if(avctx->min_partition_order >= 0) {
+        if(avctx->min_partition_order > MAX_PARTITION_ORDER) {
+            av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid min partition order: %d\n",
+                   avctx->min_partition_order);
+            return -1;
+        }
+        s->options.min_partition_order = avctx->min_partition_order;
+    }
+    if(avctx->max_partition_order >= 0) {
+        if(avctx->max_partition_order > MAX_PARTITION_ORDER) {
+            av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid max partition order: %d\n",
+                   avctx->max_partition_order);
+            return -1;
+        }
+        s->options.max_partition_order = avctx->max_partition_order;
+    }
+    if(s->options.max_partition_order < s->options.min_partition_order) {
+        av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid partition orders: min=%d max=%d\n",
+               s->options.min_partition_order, s->options.max_partition_order);
+        return -1;
+    }
+    av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " partition order: %d, %d\n",
+           s->options.min_partition_order, s->options.max_partition_order);
+
+    if(avctx->frame_size > 0) {
+        if(avctx->frame_size < FLAC_MIN_BLOCKSIZE ||
+                avctx->frame_size > FLAC_MAX_BLOCKSIZE) {
+            av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid block size: %d\n",
+                   avctx->frame_size);
+            return -1;
+        }
+    } else {
+        s->avctx->frame_size = select_blocksize(s->samplerate, s->options.block_time_ms);
+    }
+    av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " block size: %d\n", s->avctx->frame_size);
+
+    /* set LPC precision */
+    if(avctx->lpc_coeff_precision > 0) {
+        if(avctx->lpc_coeff_precision > MAX_LPC_PRECISION) {
+            av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid lpc coeff precision: %d\n",
+                   avctx->lpc_coeff_precision);
+            return -1;
+        }
+        s->options.lpc_coeff_precision = avctx->lpc_coeff_precision;
+    } else {
+        /* default LPC precision */
+        s->options.lpc_coeff_precision = 15;
+    }
+    av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " lpc precision: %d\n",
+           s->options.lpc_coeff_precision);
 
     /* set maximum encoded frame size in verbatim mode */
     if(s->channels == 2) {
-        s->max_framesize = 14 + ((s->blocksize * 33 + 7) >> 3);
+        s->max_framesize = 14 + ((s->avctx->frame_size * 33 + 7) >> 3);
     } else {
-        s->max_framesize = 14 + (s->blocksize * s->channels * 2);
+        s->max_framesize = 14 + (s->avctx->frame_size * s->channels * 2);
     }
 
     streaminfo = av_malloc(FLAC_STREAMINFO_SIZE);
@@ -214,7 +398,7 @@ static void init_frame(FlacEncodeContext *s)
     frame = &s->frame;
 
     for(i=0; i<16; i++) {
-        if(s->blocksize == flac_blocksizes[i]) {
+        if(s->avctx->frame_size == flac_blocksizes[i]) {
             frame->blocksize = flac_blocksizes[i];
             frame->bs_code[0] = i;
             frame->bs_code[1] = 0;
@@ -222,7 +406,7 @@ static void init_frame(FlacEncodeContext *s)
         }
     }
     if(i == 16) {
-        frame->blocksize = s->blocksize;
+        frame->blocksize = s->avctx->frame_size;
         if(frame->blocksize <= 256) {
             frame->bs_code[0] = 6;
             frame->bs_code[1] = frame->blocksize-1;
@@ -256,21 +440,19 @@ static void copy_samples(FlacEncodeContext *s, int16_t *samples)
 
 #define rice_encode_count(sum, n, k) (((n)*((k)+1))+((sum-(n>>1))>>(k)))
 
+/**
+ * Solve for d/dk(rice_encode_count) = n-((sum-(n>>1))>>(k+1)) = 0
+ */
 static int find_optimal_param(uint32_t sum, int n)
 {
-    int k, k_opt;
-    uint32_t nbits, nbits_opt;
+    int k;
+    uint32_t sum2;
 
-    k_opt = 0;
-    nbits_opt = rice_encode_count(sum, n, 0);
-    for(k=1; k<=14; k++) {
-        nbits = rice_encode_count(sum, n, k);
-        if(nbits < nbits_opt) {
-            nbits_opt = nbits;
-            k_opt = k;
-        }
-    }
-    return k_opt;
+    if(sum <= n>>1)
+        return 0;
+    sum2 = sum-(n>>1);
+    k = av_log2(n<256 ? FASTDIV(sum2,n) : sum2/n);
+    return FFMIN(k, MAX_RICE_PARAM);
 }
 
 static uint32_t calc_optimal_rice_params(RiceContext *rc, int porder,
@@ -281,24 +463,23 @@ static uint32_t calc_optimal_rice_params(RiceContext *rc, int porder,
     uint32_t all_bits;
 
     part = (1 << porder);
-    all_bits = 0;
+    all_bits = 4 * part;
 
     cnt = (n >> porder) - pred_order;
     for(i=0; i<part; i++) {
-        if(i == 1) cnt = (n >> porder);
         k = find_optimal_param(sums[i], cnt);
         rc->params[i] = k;
         all_bits += rice_encode_count(sums[i], cnt, k);
+        cnt = n >> porder;
     }
-    all_bits += (4 * part);
 
     rc->porder = porder;
 
     return all_bits;
 }
 
-static void calc_sums(int pmax, uint32_t *data, int n, int pred_order,
-                      uint32_t sums[][256])
+static void calc_sums(int pmin, int pmax, uint32_t *data, int n, int pred_order,
+                      uint32_t sums[][MAX_PARTITIONS])
 {
     int i, j;
     int parts;
@@ -309,14 +490,15 @@ static void calc_sums(int pmax, uint32_t *data, int n, int pred_order,
     res = &data[pred_order];
     res_end = &data[n >> pmax];
     for(i=0; i<parts; i++) {
-        sums[pmax][i] = 0;
+        uint32_t sum = 0;
         while(res < res_end){
-            sums[pmax][i] += *(res++);
+            sum += *(res++);
         }
+        sums[pmax][i] = sum;
         res_end+= n >> pmax;
     }
     /* sums for lower levels */
-    for(i=pmax-1; i>=0; i--) {
+    for(i=pmax-1; i>=pmin; i--) {
         parts = (1 << i);
         for(j=0; j<parts; j++) {
             sums[i][j] = sums[i+1][2*j] + sums[i+1][2*j+1];
@@ -324,59 +506,323 @@ static void calc_sums(int pmax, uint32_t *data, int n, int pred_order,
     }
 }
 
-static uint32_t calc_rice_params(RiceContext *rc, int pmax, int32_t *data,
-                                 int n, int pred_order)
+static uint32_t calc_rice_params(RiceContext *rc, int pmin, int pmax,
+                                 int32_t *data, int n, int pred_order)
 {
     int i;
-    uint32_t bits, opt_bits;
+    uint32_t bits[MAX_PARTITION_ORDER+1];
     int opt_porder;
-    RiceContext opt_rc;
+    RiceContext tmp_rc;
     uint32_t *udata;
-    uint32_t sums[9][256];
+    uint32_t sums[MAX_PARTITION_ORDER+1][MAX_PARTITIONS];
 
-    assert(pmax >= 0 && pmax <= 8);
+    assert(pmin >= 0 && pmin <= MAX_PARTITION_ORDER);
+    assert(pmax >= 0 && pmax <= MAX_PARTITION_ORDER);
+    assert(pmin <= pmax);
 
     udata = av_malloc(n * sizeof(uint32_t));
     for(i=0; i<n; i++) {
         udata[i] = (2*data[i]) ^ (data[i]>>31);
     }
 
-    calc_sums(pmax, udata, n, pred_order, sums);
+    calc_sums(pmin, pmax, udata, n, pred_order, sums);
 
-    opt_porder = 0;
-    opt_bits = UINT32_MAX;
-    for(i=0; i<=pmax; i++) {
-        bits = calc_optimal_rice_params(rc, i, sums[i], n, pred_order);
-        if(bits < opt_bits) {
-            opt_bits = bits;
+    opt_porder = pmin;
+    bits[pmin] = UINT32_MAX;
+    for(i=pmin; i<=pmax; i++) {
+        bits[i] = calc_optimal_rice_params(&tmp_rc, i, sums[i], n, pred_order);
+        if(bits[i] <= bits[opt_porder]) {
             opt_porder = i;
-            memcpy(&opt_rc, rc, sizeof(RiceContext));
+            *rc= tmp_rc;
         }
     }
-    if(opt_porder != pmax) {
-        memcpy(rc, &opt_rc, sizeof(RiceContext));
-    }
 
     av_freep(&udata);
-    return opt_bits;
+    return bits[opt_porder];
+}
+
+static int get_max_p_order(int max_porder, int n, int order)
+{
+    int porder = FFMIN(max_porder, av_log2(n^(n-1)));
+    if(order > 0)
+        porder = FFMIN(porder, av_log2(n/order));
+    return porder;
 }
 
-static uint32_t calc_rice_params_fixed(RiceContext *rc, int pmax, int32_t *data,
-                                       int n, int pred_order, int bps)
+static uint32_t calc_rice_params_fixed(RiceContext *rc, int pmin, int pmax,
+                                       int32_t *data, int n, int pred_order,
+                                       int bps)
 {
     uint32_t bits;
+    pmin = get_max_p_order(pmin, n, pred_order);
+    pmax = get_max_p_order(pmax, n, pred_order);
     bits = pred_order*bps + 6;
-    bits += calc_rice_params(rc, pmax, data, n, pred_order);
+    bits += calc_rice_params(rc, pmin, pmax, data, n, pred_order);
+    return bits;
+}
+
+static uint32_t calc_rice_params_lpc(RiceContext *rc, int pmin, int pmax,
+                                     int32_t *data, int n, int pred_order,
+                                     int bps, int precision)
+{
+    uint32_t bits;
+    pmin = get_max_p_order(pmin, n, pred_order);
+    pmax = get_max_p_order(pmax, n, pred_order);
+    bits = pred_order*bps + 4 + 5 + pred_order*precision + 6;
+    bits += calc_rice_params(rc, pmin, pmax, data, n, pred_order);
     return bits;
 }
 
+/**
+ * Apply Welch window function to audio block
+ */
+static void apply_welch_window(const int32_t *data, int len, double *w_data)
+{
+    int i, n2;
+    double w;
+    double c;
+
+    assert(!(len&1)); //the optimization in r11881 does not support odd len
+                      //if someone wants odd len extend the change in r11881
+
+    n2 = (len >> 1);
+    c = 2.0 / (len - 1.0);
+
+    w_data+=n2;
+      data+=n2;
+    for(i=0; i<n2; i++) {
+        w = c - n2 + i;
+        w = 1.0 - (w * w);
+        w_data[-i-1] = data[-i-1] * w;
+        w_data[+i  ] = data[+i  ] * w;
+    }
+}
+
+/**
+ * Calculates autocorrelation data from audio samples
+ * A Welch window function is applied before calculation.
+ */
+void ff_flac_compute_autocorr(const int32_t *data, int len, int lag,
+                              double *autoc)
+{
+    int i, j;
+    double tmp[len + lag + 1];
+    double *data1= tmp + lag;
+
+    apply_welch_window(data, len, data1);
+
+    for(j=0; j<lag; j++)
+        data1[j-lag]= 0.0;
+    data1[len] = 0.0;
+
+    for(j=0; j<lag; j+=2){
+        double sum0 = 1.0, sum1 = 1.0;
+        for(i=0; i<len; i++){
+            sum0 += data1[i] * data1[i-j];
+            sum1 += data1[i] * data1[i-j-1];
+        }
+        autoc[j  ] = sum0;
+        autoc[j+1] = sum1;
+    }
+
+    if(j==lag){
+        double sum = 1.0;
+        for(i=0; i<len; i+=2){
+            sum += data1[i  ] * data1[i-j  ]
+                 + data1[i+1] * data1[i-j+1];
+        }
+        autoc[j] = sum;
+    }
+}
+
+/**
+ * Levinson-Durbin recursion.
+ * Produces LPC coefficients from autocorrelation data.
+ */
+static void compute_lpc_coefs(const double *autoc, int max_order,
+                              double lpc[][MAX_LPC_ORDER], double *ref)
+{
+   int i, j, i2;
+   double r, err, tmp;
+   double lpc_tmp[MAX_LPC_ORDER];
+
+   for(i=0; i<max_order; i++) lpc_tmp[i] = 0;
+   err = autoc[0];
+
+   for(i=0; i<max_order; i++) {
+      r = -autoc[i+1];
+      for(j=0; j<i; j++) {
+          r -= lpc_tmp[j] * autoc[i-j];
+      }
+      r /= err;
+      ref[i] = fabs(r);
+
+      err *= 1.0 - (r * r);
+
+      i2 = (i >> 1);
+      lpc_tmp[i] = r;
+      for(j=0; j<i2; j++) {
+         tmp = lpc_tmp[j];
+         lpc_tmp[j] += r * lpc_tmp[i-1-j];
+         lpc_tmp[i-1-j] += r * tmp;
+      }
+      if(i & 1) {
+          lpc_tmp[j] += lpc_tmp[j] * r;
+      }
+
+      for(j=0; j<=i; j++) {
+          lpc[i][j] = -lpc_tmp[j];
+      }
+   }
+}
+
+/**
+ * Quantize LPC coefficients
+ */
+static void quantize_lpc_coefs(double *lpc_in, int order, int precision,
+                               int32_t *lpc_out, int *shift)
+{
+    int i;
+    double cmax, error;
+    int32_t qmax;
+    int sh;
+
+    /* define maximum levels */
+    qmax = (1 << (precision - 1)) - 1;
+
+    /* find maximum coefficient value */
+    cmax = 0.0;
+    for(i=0; i<order; i++) {
+        cmax= FFMAX(cmax, fabs(lpc_in[i]));
+    }
+
+    /* if maximum value quantizes to zero, return all zeros */
+    if(cmax * (1 << MAX_LPC_SHIFT) < 1.0) {
+        *shift = 0;
+        memset(lpc_out, 0, sizeof(int32_t) * order);
+        return;
+    }
+
+    /* calculate level shift which scales max coeff to available bits */
+    sh = MAX_LPC_SHIFT;
+    while((cmax * (1 << sh) > qmax) && (sh > 0)) {
+        sh--;
+    }
+
+    /* since negative shift values are unsupported in decoder, scale down
+       coefficients instead */
+    if(sh == 0 && cmax > qmax) {
+        double scale = ((double)qmax) / cmax;
+        for(i=0; i<order; i++) {
+            lpc_in[i] *= scale;
+        }
+    }
+
+    /* output quantized coefficients and level shift */
+    error=0;
+    for(i=0; i<order; i++) {
+        error += lpc_in[i] * (1 << sh);
+        lpc_out[i] = av_clip(lrintf(error), -qmax, qmax);
+        error -= lpc_out[i];
+    }
+    *shift = sh;
+}
+
+static int estimate_best_order(double *ref, int max_order)
+{
+    int i, est;
+
+    est = 1;
+    for(i=max_order-1; i>=0; i--) {
+        if(ref[i] > 0.10) {
+            est = i+1;
+            break;
+        }
+    }
+    return est;
+}
+
+/**
+ * Calculate LPC coefficients for multiple orders
+ */
+static int lpc_calc_coefs(FlacEncodeContext *s,
+                          const int32_t *samples, int blocksize, int max_order,
+                          int precision, int32_t coefs[][MAX_LPC_ORDER],
+                          int *shift, int use_lpc, int omethod)
+{
+    double autoc[MAX_LPC_ORDER+1];
+    double ref[MAX_LPC_ORDER];
+    double lpc[MAX_LPC_ORDER][MAX_LPC_ORDER];
+    int i, j, pass;
+    int opt_order;
+
+    assert(max_order >= MIN_LPC_ORDER && max_order <= MAX_LPC_ORDER);
+
+    if(use_lpc == 1){
+        s->dsp.flac_compute_autocorr(samples, blocksize, max_order, autoc);
+
+        compute_lpc_coefs(autoc, max_order, lpc, ref);
+    }else{
+        LLSModel m[2];
+        double var[MAX_LPC_ORDER+1], weight;
+
+        for(pass=0; pass<use_lpc-1; pass++){
+            av_init_lls(&m[pass&1], max_order);
+
+            weight=0;
+            for(i=max_order; i<blocksize; i++){
+                for(j=0; j<=max_order; j++)
+                    var[j]= samples[i-j];
+
+                if(pass){
+                    double eval, inv, rinv;
+                    eval= av_evaluate_lls(&m[(pass-1)&1], var+1, max_order-1);
+                    eval= (512>>pass) + fabs(eval - var[0]);
+                    inv = 1/eval;
+                    rinv = sqrt(inv);
+                    for(j=0; j<=max_order; j++)
+                        var[j] *= rinv;
+                    weight += inv;
+                }else
+                    weight++;
+
+                av_update_lls(&m[pass&1], var, 1.0);
+            }
+            av_solve_lls(&m[pass&1], 0.001, 0);
+        }
+
+        for(i=0; i<max_order; i++){
+            for(j=0; j<max_order; j++)
+                lpc[i][j]= m[(pass-1)&1].coeff[i][j];
+            ref[i]= sqrt(m[(pass-1)&1].variance[i] / weight) * (blocksize - max_order) / 4000;
+        }
+        for(i=max_order-1; i>0; i--)
+            ref[i] = ref[i-1] - ref[i];
+    }
+    opt_order = max_order;
+
+    if(omethod == ORDER_METHOD_EST) {
+        opt_order = estimate_best_order(ref, max_order);
+        i = opt_order-1;
+        quantize_lpc_coefs(lpc[i], i+1, precision, coefs[i], &shift[i]);
+    } else {
+        for(i=0; i<max_order; i++) {
+            quantize_lpc_coefs(lpc[i], i+1, precision, coefs[i], &shift[i]);
+        }
+    }
+
+    return opt_order;
+}
+
+
 static void encode_residual_verbatim(int32_t *res, int32_t *smp, int n)
 {
     assert(n > 0);
     memcpy(res, smp, n * sizeof(int32_t));
 }
 
-static void encode_residual_fixed(int32_t *res, int32_t *smp, int n, int order)
+static void encode_residual_fixed(int32_t *res, const int32_t *smp, int n,
+                                  int order)
 {
     int i;
 
@@ -391,38 +837,153 @@ static void encode_residual_fixed(int32_t *res, int32_t *smp, int n, int order)
         for(i=order; i<n; i++)
             res[i]= smp[i] - smp[i-1];
     }else if(order==2){
-        for(i=order; i<n; i++)
-            res[i]= smp[i] - 2*smp[i-1] + smp[i-2];
+        int a = smp[order-1] - smp[order-2];
+        for(i=order; i<n; i+=2) {
+            int b = smp[i] - smp[i-1];
+            res[i]= b - a;
+            a = smp[i+1] - smp[i];
+            res[i+1]= a - b;
+        }
     }else if(order==3){
-        for(i=order; i<n; i++)
-            res[i]= smp[i] - 3*smp[i-1] + 3*smp[i-2] - smp[i-3];
+        int a = smp[order-1] - smp[order-2];
+        int c = smp[order-1] - 2*smp[order-2] + smp[order-3];
+        for(i=order; i<n; i+=2) {
+            int b = smp[i] - smp[i-1];
+            int d = b - a;
+            res[i]= d - c;
+            a = smp[i+1] - smp[i];
+            c = a - b;
+            res[i+1]= c - d;
+        }
     }else{
-        for(i=order; i<n; i++)
-            res[i]= smp[i] - 4*smp[i-1] + 6*smp[i-2] - 4*smp[i-3] + smp[i-4];
+        int a = smp[order-1] - smp[order-2];
+        int c = smp[order-1] - 2*smp[order-2] + smp[order-3];
+        int e = smp[order-1] - 3*smp[order-2] + 3*smp[order-3] - smp[order-4];
+        for(i=order; i<n; i+=2) {
+            int b = smp[i] - smp[i-1];
+            int d = b - a;
+            int f = d - c;
+            res[i]= f - e;
+            a = smp[i+1] - smp[i];
+            c = a - b;
+            e = c - d;
+            res[i+1]= e - f;
+        }
     }
 }
 
-static int get_max_p_order(int max_porder, int n, int order)
+#define LPC1(x) {\
+    int c = coefs[(x)-1];\
+    p0 += c*s;\
+    s = smp[i-(x)+1];\
+    p1 += c*s;\
+}
+
+static av_always_inline void encode_residual_lpc_unrolled(
+    int32_t *res, const int32_t *smp, int n,
+    int order, const int32_t *coefs, int shift, int big)
 {
-    int porder, max_parts;
+    int i;
+    for(i=order; i<n; i+=2) {
+        int s = smp[i-order];
+        int p0 = 0, p1 = 0;
+        if(big) {
+            switch(order) {
+                case 32: LPC1(32)
+                case 31: LPC1(31)
+                case 30: LPC1(30)
+                case 29: LPC1(29)
+                case 28: LPC1(28)
+                case 27: LPC1(27)
+                case 26: LPC1(26)
+                case 25: LPC1(25)
+                case 24: LPC1(24)
+                case 23: LPC1(23)
+                case 22: LPC1(22)
+                case 21: LPC1(21)
+                case 20: LPC1(20)
+                case 19: LPC1(19)
+                case 18: LPC1(18)
+                case 17: LPC1(17)
+                case 16: LPC1(16)
+                case 15: LPC1(15)
+                case 14: LPC1(14)
+                case 13: LPC1(13)
+                case 12: LPC1(12)
+                case 11: LPC1(11)
+                case 10: LPC1(10)
+                case  9: LPC1( 9)
+                         LPC1( 8)
+                         LPC1( 7)
+                         LPC1( 6)
+                         LPC1( 5)
+                         LPC1( 4)
+                         LPC1( 3)
+                         LPC1( 2)
+                         LPC1( 1)
+            }
+        } else {
+            switch(order) {
+                case  8: LPC1( 8)
+                case  7: LPC1( 7)
+                case  6: LPC1( 6)
+                case  5: LPC1( 5)
+                case  4: LPC1( 4)
+                case  3: LPC1( 3)
+                case  2: LPC1( 2)
+                case  1: LPC1( 1)
+            }
+        }
+        res[i  ] = smp[i  ] - (p0 >> shift);
+        res[i+1] = smp[i+1] - (p1 >> shift);
+    }
+}
 
-    porder = max_porder;
-    while(porder > 0) {
-        max_parts = (1 << porder);
-        if(!(n % max_parts) && (n > max_parts*order)) {
-            break;
+static void encode_residual_lpc(int32_t *res, const int32_t *smp, int n,
+                                int order, const int32_t *coefs, int shift)
+{
+    int i;
+    for(i=0; i<order; i++) {
+        res[i] = smp[i];
+    }
+#ifdef CONFIG_SMALL
+    for(i=order; i<n; i+=2) {
+        int j;
+        int s = smp[i];
+        int p0 = 0, p1 = 0;
+        for(j=0; j<order; j++) {
+            int c = coefs[j];
+            p1 += c*s;
+            s = smp[i-j-1];
+            p0 += c*s;
         }
-        porder--;
+        res[i  ] = smp[i  ] - (p0 >> shift);
+        res[i+1] = smp[i+1] - (p1 >> shift);
     }
-    return porder;
+#else
+    switch(order) {
+        case  1: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 1, coefs, shift, 0); break;
+        case  2: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 2, coefs, shift, 0); break;
+        case  3: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 3, coefs, shift, 0); break;
+        case  4: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 4, coefs, shift, 0); break;
+        case  5: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 5, coefs, shift, 0); break;
+        case  6: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 6, coefs, shift, 0); break;
+        case  7: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 7, coefs, shift, 0); break;
+        case  8: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 8, coefs, shift, 0); break;
+        default: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, order, coefs, shift, 1); break;
+    }
+#endif
 }
 
 static int encode_residual(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
 {
-    int i, opt_order, porder, max_porder, n;
+    int i, n;
+    int min_order, max_order, opt_order, precision, omethod;
+    int min_porder, max_porder;
     FlacFrame *frame;
     FlacSubframe *sub;
-    uint32_t bits[5];
+    int32_t coefs[MAX_LPC_ORDER][MAX_LPC_ORDER];
+    int shift[MAX_LPC_ORDER];
     int32_t *res, *smp;
 
     frame = &ctx->frame;
@@ -448,28 +1009,108 @@ static int encode_residual(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
         return sub->obits * n;
     }
 
-    max_porder = 3;
+    min_order = ctx->options.min_prediction_order;
+    max_order = ctx->options.max_prediction_order;
+    min_porder = ctx->options.min_partition_order;
+    max_porder = ctx->options.max_partition_order;
+    precision = ctx->options.lpc_coeff_precision;
+    omethod = ctx->options.prediction_order_method;
 
     /* FIXED */
-    opt_order = 0;
-    bits[0] = UINT32_MAX;
-    for(i=0; i<=4; i++) {
-        encode_residual_fixed(res, smp, n, i);
-        porder = get_max_p_order(max_porder, n, i);
-        bits[i] = calc_rice_params_fixed(&sub->rc, porder, res, n, i, sub->obits);
-        if(bits[i] < bits[opt_order]) {
-            opt_order = i;
+    if(!ctx->options.use_lpc || max_order == 0 || (n <= max_order)) {
+        uint32_t bits[MAX_FIXED_ORDER+1];
+        if(max_order > MAX_FIXED_ORDER) max_order = MAX_FIXED_ORDER;
+        opt_order = 0;
+        bits[0] = UINT32_MAX;
+        for(i=min_order; i<=max_order; i++) {
+            encode_residual_fixed(res, smp, n, i);
+            bits[i] = calc_rice_params_fixed(&sub->rc, min_porder, max_porder, res,
+                                             n, i, sub->obits);
+            if(bits[i] < bits[opt_order]) {
+                opt_order = i;
+            }
+        }
+        sub->order = opt_order;
+        sub->type = FLAC_SUBFRAME_FIXED;
+        sub->type_code = sub->type | sub->order;
+        if(sub->order != max_order) {
+            encode_residual_fixed(res, smp, n, sub->order);
+            return calc_rice_params_fixed(&sub->rc, min_porder, max_porder, res, n,
+                                          sub->order, sub->obits);
+        }
+        return bits[sub->order];
+    }
+
+    /* LPC */
+    opt_order = lpc_calc_coefs(ctx, smp, n, max_order, precision, coefs, shift, ctx->options.use_lpc, omethod);
+
+    if(omethod == ORDER_METHOD_2LEVEL ||
+       omethod == ORDER_METHOD_4LEVEL ||
+       omethod == ORDER_METHOD_8LEVEL) {
+        int levels = 1 << omethod;
+        uint32_t bits[levels];
+        int order;
+        int opt_index = levels-1;
+        opt_order = max_order-1;
+        bits[opt_index] = UINT32_MAX;
+        for(i=levels-1; i>=0; i--) {
+            order = min_order + (((max_order-min_order+1) * (i+1)) / levels)-1;
+            if(order < 0) order = 0;
+            encode_residual_lpc(res, smp, n, order+1, coefs[order], shift[order]);
+            bits[i] = calc_rice_params_lpc(&sub->rc, min_porder, max_porder,
+                                           res, n, order+1, sub->obits, precision);
+            if(bits[i] < bits[opt_index]) {
+                opt_index = i;
+                opt_order = order;
+            }
+        }
+        opt_order++;
+    } else if(omethod == ORDER_METHOD_SEARCH) {
+        // brute-force optimal order search
+        uint32_t bits[MAX_LPC_ORDER];
+        opt_order = 0;
+        bits[0] = UINT32_MAX;
+        for(i=min_order-1; i<max_order; i++) {
+            encode_residual_lpc(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
+            bits[i] = calc_rice_params_lpc(&sub->rc, min_porder, max_porder,
+                                           res, n, i+1, sub->obits, precision);
+            if(bits[i] < bits[opt_order]) {
+                opt_order = i;
+            }
+        }
+        opt_order++;
+    } else if(omethod == ORDER_METHOD_LOG) {
+        uint32_t bits[MAX_LPC_ORDER];
+        int step;
+
+        opt_order= min_order - 1 + (max_order-min_order)/3;
+        memset(bits, -1, sizeof(bits));
+
+        for(step=16 ;step; step>>=1){
+            int last= opt_order;
+            for(i=last-step; i<=last+step; i+= step){
+                if(i<min_order-1 || i>=max_order || bits[i] < UINT32_MAX)
+                    continue;
+                encode_residual_lpc(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
+                bits[i] = calc_rice_params_lpc(&sub->rc, min_porder, max_porder,
+                                            res, n, i+1, sub->obits, precision);
+                if(bits[i] < bits[opt_order])
+                    opt_order= i;
+            }
         }
+        opt_order++;
     }
+
     sub->order = opt_order;
-    sub->type = FLAC_SUBFRAME_FIXED;
-    sub->type_code = sub->type | sub->order;
-    if(sub->order != 4) {
-        encode_residual_fixed(res, smp, n, sub->order);
-        porder = get_max_p_order(max_porder, n, sub->order);
-        calc_rice_params_fixed(&sub->rc, porder, res, n, sub->order, sub->obits);
+    sub->type = FLAC_SUBFRAME_LPC;
+    sub->type_code = sub->type | (sub->order-1);
+    sub->shift = shift[sub->order-1];
+    for(i=0; i<sub->order; i++) {
+        sub->coefs[i] = coefs[sub->order-1][i];
     }
-    return bits[sub->order];
+    encode_residual_lpc(res, smp, n, sub->order, sub->coefs, sub->shift);
+    return calc_rice_params_lpc(&sub->rc, min_porder, max_porder, res, n, sub->order,
+                                sub->obits, precision);
 }
 
 static int encode_residual_v(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
@@ -509,16 +1150,17 @@ static int estimate_stereo_mode(int32_t *left_ch, int32_t *right_ch, int n)
     uint64_t score[4];
     int k;
 
-    /* calculate sum of squares for each channel */
+    /* calculate sum of 2nd order residual for each channel */
     sum[0] = sum[1] = sum[2] = sum[3] = 0;
     for(i=2; i<n; i++) {
         lt = left_ch[i] - 2*left_ch[i-1] + left_ch[i-2];
         rt = right_ch[i] - 2*right_ch[i-1] + right_ch[i-2];
-        sum[2] += ABS((lt + rt) >> 1);
-        sum[3] += ABS(lt - rt);
-        sum[0] += ABS(lt);
-        sum[1] += ABS(rt);
+        sum[2] += FFABS((lt + rt) >> 1);
+        sum[3] += FFABS(lt - rt);
+        sum[0] += FFABS(lt);
+        sum[1] += FFABS(rt);
     }
+    /* estimate bit counts */
     for(i=0; i<4; i++) {
         k = find_optimal_param(2*sum[i], n);
         sum[i] = rice_encode_count(2*sum[i], n, k);
@@ -603,20 +1245,8 @@ static void put_sbits(PutBitContext *pb, int bits, int32_t val)
 
 static void write_utf8(PutBitContext *pb, uint32_t val)
 {
-    int bytes, shift;
-
-    if(val < 0x80){
-        put_bits(pb, 8, val);
-        return;
-    }
-
-    bytes= (av_log2(val)+4) / 5;
-    shift = (bytes - 1) * 6;
-    put_bits(pb, 8, (256 - (256>>bytes)) | (val >> shift));
-    while(shift >= 6){
-        shift -= 6;
-        put_bits(pb, 8, 0x80 | ((val >> shift) & 0x3F));
-    }
+    uint8_t tmp;
+    PUT_UTF8(val, tmp, put_bits(pb, 8, tmp);)
 }
 
 static void output_frame_header(FlacEncodeContext *s)
@@ -648,7 +1278,8 @@ static void output_frame_header(FlacEncodeContext *s)
         put_bits(&s->pb, 16, s->sr_code[1]);
     }
     flush_put_bits(&s->pb);
-    crc = av_crc(av_crc07, 0, s->pb.buf, put_bits_count(&s->pb)>>3);
+    crc = av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_8_ATM), 0,
+                 s->pb.buf, put_bits_count(&s->pb)>>3);
     put_bits(&s->pb, 8, crc);
 }
 
@@ -731,6 +1362,32 @@ static void output_subframe_fixed(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
     output_residual(ctx, ch);
 }
 
+static void output_subframe_lpc(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
+{
+    int i, cbits;
+    FlacFrame *frame;
+    FlacSubframe *sub;
+
+    frame = &ctx->frame;
+    sub = &frame->subframes[ch];
+
+    /* warm-up samples */
+    for(i=0; i<sub->order; i++) {
+        put_sbits(&ctx->pb, sub->obits, sub->residual[i]);
+    }
+
+    /* LPC coefficients */
+    cbits = ctx->options.lpc_coeff_precision;
+    put_bits(&ctx->pb, 4, cbits-1);
+    put_sbits(&ctx->pb, 5, sub->shift);
+    for(i=0; i<sub->order; i++) {
+        put_sbits(&ctx->pb, cbits, sub->coefs[i]);
+    }
+
+    /* residual */
+    output_residual(ctx, ch);
+}
+
 static void output_subframes(FlacEncodeContext *s)
 {
     FlacFrame *frame;
@@ -754,6 +1411,8 @@ static void output_subframes(FlacEncodeContext *s)
             output_subframe_verbatim(s, ch);
         } else if(sub->type == FLAC_SUBFRAME_FIXED) {
             output_subframe_fixed(s, ch);
+        } else if(sub->type == FLAC_SUBFRAME_LPC) {
+            output_subframe_lpc(s, ch);
         }
     }
 }
@@ -762,7 +1421,8 @@ static void output_frame_footer(FlacEncodeContext *s)
 {
     int crc;
     flush_put_bits(&s->pb);
-    crc = bswap_16(av_crc(av_crc8005, 0, s->pb.buf, put_bits_count(&s->pb)>>3));
+    crc = bswap_16(av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI), 0,
+                          s->pb.buf, put_bits_count(&s->pb)>>3));
     put_bits(&s->pb, 16, crc);
     flush_put_bits(&s->pb);
 }
@@ -777,7 +1437,6 @@ static int flac_encode_frame(AVCodecContext *avctx, uint8_t *frame,
 
     s = avctx->priv_data;
 
-    s->blocksize = avctx->frame_size;
     init_frame(s);
 
     copy_samples(s, samples);
@@ -815,7 +1474,7 @@ static int flac_encode_frame(AVCodecContext *avctx, uint8_t *frame,
     return out_bytes;
 }
 
-static int flac_encode_close(AVCodecContext *avctx)
+static av_cold int flac_encode_close(AVCodecContext *avctx)
 {
     av_freep(&avctx->extradata);
     avctx->extradata_size = 0;
@@ -833,4 +1492,5 @@ AVCodec flac_encoder = {
     flac_encode_close,
     NULL,
     .capabilities = CODEC_CAP_SMALL_LAST_FRAME,
+    .long_name = "FLAC (Free Lossless Audio Codec)",
 };