optimize apply_welch_window()
[ffmpeg.git] / libavcodec / flacenc.c
1 /**
2  * FLAC audio encoder
3  * Copyright (c) 2006  Justin Ruggles <jruggle@earthlink.net>
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 #include "avcodec.h"
23 #include "bitstream.h"
24 #include "crc.h"
25 #include "dsputil.h"
26 #include "golomb.h"
27 #include "lls.h"
28
29 #define FLAC_MAX_CH  8
30 #define FLAC_MIN_BLOCKSIZE  16
31 #define FLAC_MAX_BLOCKSIZE  65535
32
33 #define FLAC_SUBFRAME_CONSTANT  0
34 #define FLAC_SUBFRAME_VERBATIM  1
35 #define FLAC_SUBFRAME_FIXED     8
36 #define FLAC_SUBFRAME_LPC      32
37
38 #define FLAC_CHMODE_NOT_STEREO      0
39 #define FLAC_CHMODE_LEFT_RIGHT      1
40 #define FLAC_CHMODE_LEFT_SIDE       8
41 #define FLAC_CHMODE_RIGHT_SIDE      9
42 #define FLAC_CHMODE_MID_SIDE       10
43
44 #define ORDER_METHOD_EST     0
45 #define ORDER_METHOD_2LEVEL  1
46 #define ORDER_METHOD_4LEVEL  2
47 #define ORDER_METHOD_8LEVEL  3
48 #define ORDER_METHOD_SEARCH  4
49 #define ORDER_METHOD_LOG     5
50
51 #define FLAC_STREAMINFO_SIZE  34
52
53 #define MIN_LPC_ORDER       1
54 #define MAX_LPC_ORDER      32
55 #define MAX_FIXED_ORDER     4
56 #define MAX_PARTITION_ORDER 8
57 #define MAX_PARTITIONS     (1 << MAX_PARTITION_ORDER)
58 #define MAX_LPC_PRECISION  15
59 #define MAX_LPC_SHIFT      15
60 #define MAX_RICE_PARAM     14
61
62 typedef struct CompressionOptions {
63     int compression_level;
64     int block_time_ms;
65     int use_lpc;
66     int lpc_coeff_precision;
67     int min_prediction_order;
68     int max_prediction_order;
69     int prediction_order_method;
70     int min_partition_order;
71     int max_partition_order;
72 } CompressionOptions;
73
74 typedef struct RiceContext {
75     int porder;
76     int params[MAX_PARTITIONS];
77 } RiceContext;
78
79 typedef struct FlacSubframe {
80     int type;
81     int type_code;
82     int obits;
83     int order;
84     int32_t coefs[MAX_LPC_ORDER];
85     int shift;
86     RiceContext rc;
87     int32_t samples[FLAC_MAX_BLOCKSIZE];
88     int32_t residual[FLAC_MAX_BLOCKSIZE+1];
89 } FlacSubframe;
90
91 typedef struct FlacFrame {
92     FlacSubframe subframes[FLAC_MAX_CH];
93     int blocksize;
94     int bs_code[2];
95     uint8_t crc8;
96     int ch_mode;
97 } FlacFrame;
98
99 typedef struct FlacEncodeContext {
100     PutBitContext pb;
101     int channels;
102     int ch_code;
103     int samplerate;
104     int sr_code[2];
105     int blocksize;
106     int max_framesize;
107     uint32_t frame_count;
108     FlacFrame frame;
109     CompressionOptions options;
110     AVCodecContext *avctx;
111     DSPContext dsp;
112 } FlacEncodeContext;
113
114 static const int flac_samplerates[16] = {
115     0, 0, 0, 0,
116     8000, 16000, 22050, 24000, 32000, 44100, 48000, 96000,
117     0, 0, 0, 0
118 };
119
120 static const int flac_blocksizes[16] = {
121     0,
122     192,
123     576, 1152, 2304, 4608,
124     0, 0,
125     256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16384, 32768
126 };
127
128 /**
129  * Writes streaminfo metadata block to byte array
130  */
131 static void write_streaminfo(FlacEncodeContext *s, uint8_t *header)
132 {
133     PutBitContext pb;
134
135     memset(header, 0, FLAC_STREAMINFO_SIZE);
136     init_put_bits(&pb, header, FLAC_STREAMINFO_SIZE);
137
138     /* streaminfo metadata block */
139     put_bits(&pb, 16, s->blocksize);
140     put_bits(&pb, 16, s->blocksize);
141     put_bits(&pb, 24, 0);
142     put_bits(&pb, 24, s->max_framesize);
143     put_bits(&pb, 20, s->samplerate);
144     put_bits(&pb, 3, s->channels-1);
145     put_bits(&pb, 5, 15);       /* bits per sample - 1 */
146     flush_put_bits(&pb);
147     /* total samples = 0 */
148     /* MD5 signature = 0 */
149 }
150
151 /**
152  * Sets blocksize based on samplerate
153  * Chooses the closest predefined blocksize >= BLOCK_TIME_MS milliseconds
154  */
155 static int select_blocksize(int samplerate, int block_time_ms)
156 {
157     int i;
158     int target;
159     int blocksize;
160
161     assert(samplerate > 0);
162     blocksize = flac_blocksizes[1];
163     target = (samplerate * block_time_ms) / 1000;
164     for(i=0; i<16; i++) {
165         if(target >= flac_blocksizes[i] && flac_blocksizes[i] > blocksize) {
166             blocksize = flac_blocksizes[i];
167         }
168     }
169     return blocksize;
170 }
171
172 static int flac_encode_init(AVCodecContext *avctx)
173 {
174     int freq = avctx->sample_rate;
175     int channels = avctx->channels;
176     FlacEncodeContext *s = avctx->priv_data;
177     int i, level;
178     uint8_t *streaminfo;
179
180     s->avctx = avctx;
181
182     dsputil_init(&s->dsp, avctx);
183
184     if(avctx->sample_fmt != SAMPLE_FMT_S16) {
185         return -1;
186     }
187
188     if(channels < 1 || channels > FLAC_MAX_CH) {
189         return -1;
190     }
191     s->channels = channels;
192     s->ch_code = s->channels-1;
193
194     /* find samplerate in table */
195     if(freq < 1)
196         return -1;
197     for(i=4; i<12; i++) {
198         if(freq == flac_samplerates[i]) {
199             s->samplerate = flac_samplerates[i];
200             s->sr_code[0] = i;
201             s->sr_code[1] = 0;
202             break;
203         }
204     }
205     /* if not in table, samplerate is non-standard */
206     if(i == 12) {
207         if(freq % 1000 == 0 && freq < 255000) {
208             s->sr_code[0] = 12;
209             s->sr_code[1] = freq / 1000;
210         } else if(freq % 10 == 0 && freq < 655350) {
211             s->sr_code[0] = 14;
212             s->sr_code[1] = freq / 10;
213         } else if(freq < 65535) {
214             s->sr_code[0] = 13;
215             s->sr_code[1] = freq;
216         } else {
217             return -1;
218         }
219         s->samplerate = freq;
220     }
221
222     /* set compression option defaults based on avctx->compression_level */
223     if(avctx->compression_level < 0) {
224         s->options.compression_level = 5;
225     } else {
226         s->options.compression_level = avctx->compression_level;
227     }
228     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " compression: %d\n", s->options.compression_level);
229
230     level= s->options.compression_level;
231     if(level > 12) {
232         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid compression level: %d\n",
233                s->options.compression_level);
234         return -1;
235     }
236
237     s->options.block_time_ms       = ((int[]){ 27, 27, 27,105,105,105,105,105,105,105,105,105,105})[level];
238     s->options.use_lpc             = ((int[]){  0,  0,  0,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1})[level];
239     s->options.min_prediction_order= ((int[]){  2,  0,  0,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1})[level];
240     s->options.max_prediction_order= ((int[]){  3,  4,  4,  6,  8,  8,  8,  8, 12, 12, 12, 32, 32})[level];
241     s->options.prediction_order_method = ((int[]){ ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,
242                                                    ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,
243                                                    ORDER_METHOD_4LEVEL, ORDER_METHOD_LOG,    ORDER_METHOD_4LEVEL,
244                                                    ORDER_METHOD_LOG,    ORDER_METHOD_SEARCH, ORDER_METHOD_LOG,
245                                                    ORDER_METHOD_SEARCH})[level];
246     s->options.min_partition_order = ((int[]){  2,  2,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0})[level];
247     s->options.max_partition_order = ((int[]){  2,  2,  3,  3,  3,  8,  8,  8,  8,  8,  8,  8,  8})[level];
248
249     /* set compression option overrides from AVCodecContext */
250     if(avctx->use_lpc >= 0) {
251         s->options.use_lpc = av_clip(avctx->use_lpc, 0, 11);
252     }
253     if(s->options.use_lpc == 1)
254         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " use lpc: Levinson-Durbin recursion with Welch window\n");
255     else if(s->options.use_lpc > 1)
256         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " use lpc: Cholesky factorization\n");
257
258     if(avctx->min_prediction_order >= 0) {
259         if(s->options.use_lpc) {
260             if(avctx->min_prediction_order < MIN_LPC_ORDER ||
261                     avctx->min_prediction_order > MAX_LPC_ORDER) {
262                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid min prediction order: %d\n",
263                        avctx->min_prediction_order);
264                 return -1;
265             }
266         } else {
267             if(avctx->min_prediction_order > MAX_FIXED_ORDER) {
268                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid min prediction order: %d\n",
269                        avctx->min_prediction_order);
270                 return -1;
271             }
272         }
273         s->options.min_prediction_order = avctx->min_prediction_order;
274     }
275     if(avctx->max_prediction_order >= 0) {
276         if(s->options.use_lpc) {
277             if(avctx->max_prediction_order < MIN_LPC_ORDER ||
278                     avctx->max_prediction_order > MAX_LPC_ORDER) {
279                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid max prediction order: %d\n",
280                        avctx->max_prediction_order);
281                 return -1;
282             }
283         } else {
284             if(avctx->max_prediction_order > MAX_FIXED_ORDER) {
285                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid max prediction order: %d\n",
286                        avctx->max_prediction_order);
287                 return -1;
288             }
289         }
290         s->options.max_prediction_order = avctx->max_prediction_order;
291     }
292     if(s->options.max_prediction_order < s->options.min_prediction_order) {
293         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid prediction orders: min=%d max=%d\n",
294                s->options.min_prediction_order, s->options.max_prediction_order);
295         return -1;
296     }
297     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " prediction order: %d, %d\n",
298            s->options.min_prediction_order, s->options.max_prediction_order);
299
300     if(avctx->prediction_order_method >= 0) {
301         if(avctx->prediction_order_method > ORDER_METHOD_LOG) {
302             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid prediction order method: %d\n",
303                    avctx->prediction_order_method);
304             return -1;
305         }
306         s->options.prediction_order_method = avctx->prediction_order_method;
307     }
308     switch(s->options.prediction_order_method) {
309         case ORDER_METHOD_EST:    av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
310                                          "estimate"); break;
311         case ORDER_METHOD_2LEVEL: av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
312                                          "2-level"); break;
313         case ORDER_METHOD_4LEVEL: av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
314                                          "4-level"); break;
315         case ORDER_METHOD_8LEVEL: av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
316                                          "8-level"); break;
317         case ORDER_METHOD_SEARCH: av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
318                                          "full search"); break;
319         case ORDER_METHOD_LOG:    av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n",
320                                          "log search"); break;
321     }
322
323     if(avctx->min_partition_order >= 0) {
324         if(avctx->min_partition_order > MAX_PARTITION_ORDER) {
325             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid min partition order: %d\n",
326                    avctx->min_partition_order);
327             return -1;
328         }
329         s->options.min_partition_order = avctx->min_partition_order;
330     }
331     if(avctx->max_partition_order >= 0) {
332         if(avctx->max_partition_order > MAX_PARTITION_ORDER) {
333             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid max partition order: %d\n",
334                    avctx->max_partition_order);
335             return -1;
336         }
337         s->options.max_partition_order = avctx->max_partition_order;
338     }
339     if(s->options.max_partition_order < s->options.min_partition_order) {
340         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid partition orders: min=%d max=%d\n",
341                s->options.min_partition_order, s->options.max_partition_order);
342         return -1;
343     }
344     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " partition order: %d, %d\n",
345            s->options.min_partition_order, s->options.max_partition_order);
346
347     if(avctx->frame_size > 0) {
348         if(avctx->frame_size < FLAC_MIN_BLOCKSIZE ||
349                 avctx->frame_size > FLAC_MAX_BLOCKSIZE) {
350             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid block size: %d\n",
351                    avctx->frame_size);
352             return -1;
353         }
354         s->blocksize = avctx->frame_size;
355     } else {
356         s->blocksize = select_blocksize(s->samplerate, s->options.block_time_ms);
357         avctx->frame_size = s->blocksize;
358     }
359     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " block size: %d\n", s->blocksize);
360
361     /* set LPC precision */
362     if(avctx->lpc_coeff_precision > 0) {
363         if(avctx->lpc_coeff_precision > MAX_LPC_PRECISION) {
364             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid lpc coeff precision: %d\n",
365                    avctx->lpc_coeff_precision);
366             return -1;
367         }
368         s->options.lpc_coeff_precision = avctx->lpc_coeff_precision;
369     } else {
370         /* select LPC precision based on block size */
371         if(     s->blocksize <=   192) s->options.lpc_coeff_precision =  7;
372         else if(s->blocksize <=   384) s->options.lpc_coeff_precision =  8;
373         else if(s->blocksize <=   576) s->options.lpc_coeff_precision =  9;
374         else if(s->blocksize <=  1152) s->options.lpc_coeff_precision = 10;
375         else if(s->blocksize <=  2304) s->options.lpc_coeff_precision = 11;
376         else if(s->blocksize <=  4608) s->options.lpc_coeff_precision = 12;
377         else if(s->blocksize <=  8192) s->options.lpc_coeff_precision = 13;
378         else if(s->blocksize <= 16384) s->options.lpc_coeff_precision = 14;
379         else                           s->options.lpc_coeff_precision = 15;
380     }
381     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " lpc precision: %d\n",
382            s->options.lpc_coeff_precision);
383
384     /* set maximum encoded frame size in verbatim mode */
385     if(s->channels == 2) {
386         s->max_framesize = 14 + ((s->blocksize * 33 + 7) >> 3);
387     } else {
388         s->max_framesize = 14 + (s->blocksize * s->channels * 2);
389     }
390
391     streaminfo = av_malloc(FLAC_STREAMINFO_SIZE);
392     write_streaminfo(s, streaminfo);
393     avctx->extradata = streaminfo;
394     avctx->extradata_size = FLAC_STREAMINFO_SIZE;
395
396     s->frame_count = 0;
397
398     avctx->coded_frame = avcodec_alloc_frame();
399     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
400
401     return 0;
402 }
403
404 static void init_frame(FlacEncodeContext *s)
405 {
406     int i, ch;
407     FlacFrame *frame;
408
409     frame = &s->frame;
410
411     for(i=0; i<16; i++) {
412         if(s->blocksize == flac_blocksizes[i]) {
413             frame->blocksize = flac_blocksizes[i];
414             frame->bs_code[0] = i;
415             frame->bs_code[1] = 0;
416             break;
417         }
418     }
419     if(i == 16) {
420         frame->blocksize = s->blocksize;
421         if(frame->blocksize <= 256) {
422             frame->bs_code[0] = 6;
423             frame->bs_code[1] = frame->blocksize-1;
424         } else {
425             frame->bs_code[0] = 7;
426             frame->bs_code[1] = frame->blocksize-1;
427         }
428     }
429
430     for(ch=0; ch<s->channels; ch++) {
431         frame->subframes[ch].obits = 16;
432     }
433 }
434
435 /**
436  * Copy channel-interleaved input samples into separate subframes
437  */
438 static void copy_samples(FlacEncodeContext *s, int16_t *samples)
439 {
440     int i, j, ch;
441     FlacFrame *frame;
442
443     frame = &s->frame;
444     for(i=0,j=0; i<frame->blocksize; i++) {
445         for(ch=0; ch<s->channels; ch++,j++) {
446             frame->subframes[ch].samples[i] = samples[j];
447         }
448     }
449 }
450
451
452 #define rice_encode_count(sum, n, k) (((n)*((k)+1))+((sum-(n>>1))>>(k)))
453
454 /**
455  * Solve for d/dk(rice_encode_count) = n-((sum-(n>>1))>>(k+1)) = 0
456  */
457 static int find_optimal_param(uint32_t sum, int n)
458 {
459     int k;
460     uint32_t sum2;
461
462     if(sum <= n>>1)
463         return 0;
464     sum2 = sum-(n>>1);
465     k = av_log2(n<256 ? FASTDIV(sum2,n) : sum2/n);
466     return FFMIN(k, MAX_RICE_PARAM);
467 }
468
469 static uint32_t calc_optimal_rice_params(RiceContext *rc, int porder,
470                                          uint32_t *sums, int n, int pred_order)
471 {
472     int i;
473     int k, cnt, part;
474     uint32_t all_bits;
475
476     part = (1 << porder);
477     all_bits = 4 * part;
478
479     cnt = (n >> porder) - pred_order;
480     for(i=0; i<part; i++) {
481         k = find_optimal_param(sums[i], cnt);
482         rc->params[i] = k;
483         all_bits += rice_encode_count(sums[i], cnt, k);
484         cnt = n >> porder;
485     }
486
487     rc->porder = porder;
488
489     return all_bits;
490 }
491
492 static void calc_sums(int pmin, int pmax, uint32_t *data, int n, int pred_order,
493                       uint32_t sums[][MAX_PARTITIONS])
494 {
495     int i, j;
496     int parts;
497     uint32_t *res, *res_end;
498
499     /* sums for highest level */
500     parts = (1 << pmax);
501     res = &data[pred_order];
502     res_end = &data[n >> pmax];
503     for(i=0; i<parts; i++) {
504         uint32_t sum = 0;
505         while(res < res_end){
506             sum += *(res++);
507         }
508         sums[pmax][i] = sum;
509         res_end+= n >> pmax;
510     }
511     /* sums for lower levels */
512     for(i=pmax-1; i>=pmin; i--) {
513         parts = (1 << i);
514         for(j=0; j<parts; j++) {
515             sums[i][j] = sums[i+1][2*j] + sums[i+1][2*j+1];
516         }
517     }
518 }
519
520 static uint32_t calc_rice_params(RiceContext *rc, int pmin, int pmax,
521                                  int32_t *data, int n, int pred_order)
522 {
523     int i;
524     uint32_t bits[MAX_PARTITION_ORDER+1];
525     int opt_porder;
526     RiceContext tmp_rc;
527     uint32_t *udata;
528     uint32_t sums[MAX_PARTITION_ORDER+1][MAX_PARTITIONS];
529
530     assert(pmin >= 0 && pmin <= MAX_PARTITION_ORDER);
531     assert(pmax >= 0 && pmax <= MAX_PARTITION_ORDER);
532     assert(pmin <= pmax);
533
534     udata = av_malloc(n * sizeof(uint32_t));
535     for(i=0; i<n; i++) {
536         udata[i] = (2*data[i]) ^ (data[i]>>31);
537     }
538
539     calc_sums(pmin, pmax, udata, n, pred_order, sums);
540
541     opt_porder = pmin;
542     bits[pmin] = UINT32_MAX;
543     for(i=pmin; i<=pmax; i++) {
544         bits[i] = calc_optimal_rice_params(&tmp_rc, i, sums[i], n, pred_order);
545         if(bits[i] <= bits[opt_porder]) {
546             opt_porder = i;
547             *rc= tmp_rc;
548         }
549     }
550
551     av_freep(&udata);
552     return bits[opt_porder];
553 }
554
555 static int get_max_p_order(int max_porder, int n, int order)
556 {
557     int porder = FFMIN(max_porder, av_log2(n^(n-1)));
558     if(order > 0)
559         porder = FFMIN(porder, av_log2(n/order));
560     return porder;
561 }
562
563 static uint32_t calc_rice_params_fixed(RiceContext *rc, int pmin, int pmax,
564                                        int32_t *data, int n, int pred_order,
565                                        int bps)
566 {
567     uint32_t bits;
568     pmin = get_max_p_order(pmin, n, pred_order);
569     pmax = get_max_p_order(pmax, n, pred_order);
570     bits = pred_order*bps + 6;
571     bits += calc_rice_params(rc, pmin, pmax, data, n, pred_order);
572     return bits;
573 }
574
575 static uint32_t calc_rice_params_lpc(RiceContext *rc, int pmin, int pmax,
576                                      int32_t *data, int n, int pred_order,
577                                      int bps, int precision)
578 {
579     uint32_t bits;
580     pmin = get_max_p_order(pmin, n, pred_order);
581     pmax = get_max_p_order(pmax, n, pred_order);
582     bits = pred_order*bps + 4 + 5 + pred_order*precision + 6;
583     bits += calc_rice_params(rc, pmin, pmax, data, n, pred_order);
584     return bits;
585 }
586
587 /**
588  * Apply Welch window function to audio block
589  */
590 static void apply_welch_window(const int32_t *data, int len, double *w_data)
591 {
592     int i, n2;
593     double w;
594     double c;
595
596     n2 = (len >> 1);
597     c = 2.0 / (len - 1.0);
598
599     w_data+=n2;
600       data+=n2;
601     for(i=0; i<n2; i++) {
602         w = c - n2 + i;
603         w = 1.0 - (w * w);
604         w_data[-i-1] = data[-i-1] * w;
605         w_data[+i  ] = data[+i  ] * w;
606     }
607 }
608
609 /**
610  * Calculates autocorrelation data from audio samples
611  * A Welch window function is applied before calculation.
612  */
613 void ff_flac_compute_autocorr(const int32_t *data, int len, int lag,
614                               double *autoc)
615 {
616     int i, j;
617     double tmp[len + lag + 1];
618     double *data1= tmp + lag;
619
620     apply_welch_window(data, len, data1);
621
622     for(j=0; j<lag; j++)
623         data1[j-lag]= 0.0;
624     data1[len] = 0.0;
625
626     for(j=0; j<lag; j+=2){
627         double sum0 = 1.0, sum1 = 1.0;
628         for(i=0; i<len; i++){
629             sum0 += data1[i] * data1[i-j];
630             sum1 += data1[i] * data1[i-j-1];
631         }
632         autoc[j  ] = sum0;
633         autoc[j+1] = sum1;
634     }
635
636     if(j==lag){
637         double sum = 1.0;
638         for(i=0; i<len; i+=2){
639             sum += data1[i  ] * data1[i-j  ]
640                  + data1[i+1] * data1[i-j+1];
641         }
642         autoc[j] = sum;
643     }
644 }
645
646 /**
647  * Levinson-Durbin recursion.
648  * Produces LPC coefficients from autocorrelation data.
649  */
650 static void compute_lpc_coefs(const double *autoc, int max_order,
651                               double lpc[][MAX_LPC_ORDER], double *ref)
652 {
653    int i, j, i2;
654    double r, err, tmp;
655    double lpc_tmp[MAX_LPC_ORDER];
656
657    for(i=0; i<max_order; i++) lpc_tmp[i] = 0;
658    err = autoc[0];
659
660    for(i=0; i<max_order; i++) {
661       r = -autoc[i+1];
662       for(j=0; j<i; j++) {
663           r -= lpc_tmp[j] * autoc[i-j];
664       }
665       r /= err;
666       ref[i] = fabs(r);
667
668       err *= 1.0 - (r * r);
669
670       i2 = (i >> 1);
671       lpc_tmp[i] = r;
672       for(j=0; j<i2; j++) {
673          tmp = lpc_tmp[j];
674          lpc_tmp[j] += r * lpc_tmp[i-1-j];
675          lpc_tmp[i-1-j] += r * tmp;
676       }
677       if(i & 1) {
678           lpc_tmp[j] += lpc_tmp[j] * r;
679       }
680
681       for(j=0; j<=i; j++) {
682           lpc[i][j] = -lpc_tmp[j];
683       }
684    }
685 }
686
687 /**
688  * Quantize LPC coefficients
689  */
690 static void quantize_lpc_coefs(double *lpc_in, int order, int precision,
691                                int32_t *lpc_out, int *shift)
692 {
693     int i;
694     double cmax, error;
695     int32_t qmax;
696     int sh;
697
698     /* define maximum levels */
699     qmax = (1 << (precision - 1)) - 1;
700
701     /* find maximum coefficient value */
702     cmax = 0.0;
703     for(i=0; i<order; i++) {
704         cmax= FFMAX(cmax, fabs(lpc_in[i]));
705     }
706
707     /* if maximum value quantizes to zero, return all zeros */
708     if(cmax * (1 << MAX_LPC_SHIFT) < 1.0) {
709         *shift = 0;
710         memset(lpc_out, 0, sizeof(int32_t) * order);
711         return;
712     }
713
714     /* calculate level shift which scales max coeff to available bits */
715     sh = MAX_LPC_SHIFT;
716     while((cmax * (1 << sh) > qmax) && (sh > 0)) {
717         sh--;
718     }
719
720     /* since negative shift values are unsupported in decoder, scale down
721        coefficients instead */
722     if(sh == 0 && cmax > qmax) {
723         double scale = ((double)qmax) / cmax;
724         for(i=0; i<order; i++) {
725             lpc_in[i] *= scale;
726         }
727     }
728
729     /* output quantized coefficients and level shift */
730     error=0;
731     for(i=0; i<order; i++) {
732         error += lpc_in[i] * (1 << sh);
733         lpc_out[i] = av_clip(lrintf(error), -qmax, qmax);
734         error -= lpc_out[i];
735     }
736     *shift = sh;
737 }
738
739 static int estimate_best_order(double *ref, int max_order)
740 {
741     int i, est;
742
743     est = 1;
744     for(i=max_order-1; i>=0; i--) {
745         if(ref[i] > 0.10) {
746             est = i+1;
747             break;
748         }
749     }
750     return est;
751 }
752
753 /**
754  * Calculate LPC coefficients for multiple orders
755  */
756 static int lpc_calc_coefs(FlacEncodeContext *s,
757                           const int32_t *samples, int blocksize, int max_order,
758                           int precision, int32_t coefs[][MAX_LPC_ORDER],
759                           int *shift, int use_lpc, int omethod)
760 {
761     double autoc[MAX_LPC_ORDER+1];
762     double ref[MAX_LPC_ORDER];
763     double lpc[MAX_LPC_ORDER][MAX_LPC_ORDER];
764     int i, j, pass;
765     int opt_order;
766
767     assert(max_order >= MIN_LPC_ORDER && max_order <= MAX_LPC_ORDER);
768
769     if(use_lpc == 1){
770         s->dsp.flac_compute_autocorr(samples, blocksize, max_order, autoc);
771
772         compute_lpc_coefs(autoc, max_order, lpc, ref);
773     }else{
774         LLSModel m[2];
775         double var[MAX_LPC_ORDER+1], weight;
776
777         for(pass=0; pass<use_lpc-1; pass++){
778             av_init_lls(&m[pass&1], max_order);
779
780             weight=0;
781             for(i=max_order; i<blocksize; i++){
782                 for(j=0; j<=max_order; j++)
783                     var[j]= samples[i-j];
784
785                 if(pass){
786                     double eval, inv, rinv;
787                     eval= av_evaluate_lls(&m[(pass-1)&1], var+1, max_order-1);
788                     eval= (512>>pass) + fabs(eval - var[0]);
789                     inv = 1/eval;
790                     rinv = sqrt(inv);
791                     for(j=0; j<=max_order; j++)
792                         var[j] *= rinv;
793                     weight += inv;
794                 }else
795                     weight++;
796
797                 av_update_lls(&m[pass&1], var, 1.0);
798             }
799             av_solve_lls(&m[pass&1], 0.001, 0);
800         }
801
802         for(i=0; i<max_order; i++){
803             for(j=0; j<max_order; j++)
804                 lpc[i][j]= m[(pass-1)&1].coeff[i][j];
805             ref[i]= sqrt(m[(pass-1)&1].variance[i] / weight) * (blocksize - max_order) / 4000;
806         }
807         for(i=max_order-1; i>0; i--)
808             ref[i] = ref[i-1] - ref[i];
809     }
810     opt_order = max_order;
811
812     if(omethod == ORDER_METHOD_EST) {
813         opt_order = estimate_best_order(ref, max_order);
814         i = opt_order-1;
815         quantize_lpc_coefs(lpc[i], i+1, precision, coefs[i], &shift[i]);
816     } else {
817         for(i=0; i<max_order; i++) {
818             quantize_lpc_coefs(lpc[i], i+1, precision, coefs[i], &shift[i]);
819         }
820     }
821
822     return opt_order;
823 }
824
825
826 static void encode_residual_verbatim(int32_t *res, int32_t *smp, int n)
827 {
828     assert(n > 0);
829     memcpy(res, smp, n * sizeof(int32_t));
830 }
831
832 static void encode_residual_fixed(int32_t *res, const int32_t *smp, int n,
833                                   int order)
834 {
835     int i;
836
837     for(i=0; i<order; i++) {
838         res[i] = smp[i];
839     }
840
841     if(order==0){
842         for(i=order; i<n; i++)
843             res[i]= smp[i];
844     }else if(order==1){
845         for(i=order; i<n; i++)
846             res[i]= smp[i] - smp[i-1];
847     }else if(order==2){
848         int a = smp[order-1] - smp[order-2];
849         for(i=order; i<n; i+=2) {
850             int b = smp[i] - smp[i-1];
851             res[i]= b - a;
852             a = smp[i+1] - smp[i];
853             res[i+1]= a - b;
854         }
855     }else if(order==3){
856         int a = smp[order-1] - smp[order-2];
857         int c = smp[order-1] - 2*smp[order-2] + smp[order-3];
858         for(i=order; i<n; i+=2) {
859             int b = smp[i] - smp[i-1];
860             int d = b - a;
861             res[i]= d - c;
862             a = smp[i+1] - smp[i];
863             c = a - b;
864             res[i+1]= c - d;
865         }
866     }else{
867         int a = smp[order-1] - smp[order-2];
868         int c = smp[order-1] - 2*smp[order-2] + smp[order-3];
869         int e = smp[order-1] - 3*smp[order-2] + 3*smp[order-3] - smp[order-4];
870         for(i=order; i<n; i+=2) {
871             int b = smp[i] - smp[i-1];
872             int d = b - a;
873             int f = d - c;
874             res[i]= f - e;
875             a = smp[i+1] - smp[i];
876             c = a - b;
877             e = c - d;
878             res[i+1]= e - f;
879         }
880     }
881 }
882
883 #define LPC1(x) {\
884     int c = coefs[(x)-1];\
885     p0 += c*s;\
886     s = smp[i-(x)+1];\
887     p1 += c*s;\
888 }
889
890 static av_always_inline void encode_residual_lpc_unrolled(
891     int32_t *res, const int32_t *smp, int n,
892     int order, const int32_t *coefs, int shift, int big)
893 {
894     int i;
895     for(i=order; i<n; i+=2) {
896         int s = smp[i-order];
897         int p0 = 0, p1 = 0;
898         if(big) {
899             switch(order) {
900                 case 32: LPC1(32)
901                 case 31: LPC1(31)
902                 case 30: LPC1(30)
903                 case 29: LPC1(29)
904                 case 28: LPC1(28)
905                 case 27: LPC1(27)
906                 case 26: LPC1(26)
907                 case 25: LPC1(25)
908                 case 24: LPC1(24)
909                 case 23: LPC1(23)
910                 case 22: LPC1(22)
911                 case 21: LPC1(21)
912                 case 20: LPC1(20)
913                 case 19: LPC1(19)
914                 case 18: LPC1(18)
915                 case 17: LPC1(17)
916                 case 16: LPC1(16)
917                 case 15: LPC1(15)
918                 case 14: LPC1(14)
919                 case 13: LPC1(13)
920                 case 12: LPC1(12)
921                 case 11: LPC1(11)
922                 case 10: LPC1(10)
923                 case  9: LPC1( 9)
924                          LPC1( 8)
925                          LPC1( 7)
926                          LPC1( 6)
927                          LPC1( 5)
928                          LPC1( 4)
929                          LPC1( 3)
930                          LPC1( 2)
931                          LPC1( 1)
932             }
933         } else {
934             switch(order) {
935                 case  8: LPC1( 8)
936                 case  7: LPC1( 7)
937                 case  6: LPC1( 6)
938                 case  5: LPC1( 5)
939                 case  4: LPC1( 4)
940                 case  3: LPC1( 3)
941                 case  2: LPC1( 2)
942                 case  1: LPC1( 1)
943             }
944         }
945         res[i  ] = smp[i  ] - (p0 >> shift);
946         res[i+1] = smp[i+1] - (p1 >> shift);
947     }
948 }
949
950 static void encode_residual_lpc(int32_t *res, const int32_t *smp, int n,
951                                 int order, const int32_t *coefs, int shift)
952 {
953     int i;
954     for(i=0; i<order; i++) {
955         res[i] = smp[i];
956     }
957 #ifdef CONFIG_SMALL
958     for(i=order; i<n; i+=2) {
959         int j;
960         int s = smp[i];
961         int p0 = 0, p1 = 0;
962         for(j=0; j<order; j++) {
963             int c = coefs[j];
964             p1 += c*s;
965             s = smp[i-j-1];
966             p0 += c*s;
967         }
968         res[i  ] = smp[i  ] - (p0 >> shift);
969         res[i+1] = smp[i+1] - (p1 >> shift);
970     }
971 #else
972     switch(order) {
973         case  1: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 1, coefs, shift, 0); break;
974         case  2: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 2, coefs, shift, 0); break;
975         case  3: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 3, coefs, shift, 0); break;
976         case  4: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 4, coefs, shift, 0); break;
977         case  5: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 5, coefs, shift, 0); break;
978         case  6: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 6, coefs, shift, 0); break;
979         case  7: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 7, coefs, shift, 0); break;
980         case  8: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 8, coefs, shift, 0); break;
981         default: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, order, coefs, shift, 1); break;
982     }
983 #endif
984 }
985
986 static int encode_residual(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
987 {
988     int i, n;
989     int min_order, max_order, opt_order, precision, omethod;
990     int min_porder, max_porder;
991     FlacFrame *frame;
992     FlacSubframe *sub;
993     int32_t coefs[MAX_LPC_ORDER][MAX_LPC_ORDER];
994     int shift[MAX_LPC_ORDER];
995     int32_t *res, *smp;
996
997     frame = &ctx->frame;
998     sub = &frame->subframes[ch];
999     res = sub->residual;
1000     smp = sub->samples;
1001     n = frame->blocksize;
1002
1003     /* CONSTANT */
1004     for(i=1; i<n; i++) {
1005         if(smp[i] != smp[0]) break;
1006     }
1007     if(i == n) {
1008         sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_CONSTANT;
1009         res[0] = smp[0];
1010         return sub->obits;
1011     }
1012
1013     /* VERBATIM */
1014     if(n < 5) {
1015         sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_VERBATIM;
1016         encode_residual_verbatim(res, smp, n);
1017         return sub->obits * n;
1018     }
1019
1020     min_order = ctx->options.min_prediction_order;
1021     max_order = ctx->options.max_prediction_order;
1022     min_porder = ctx->options.min_partition_order;
1023     max_porder = ctx->options.max_partition_order;
1024     precision = ctx->options.lpc_coeff_precision;
1025     omethod = ctx->options.prediction_order_method;
1026
1027     /* FIXED */
1028     if(!ctx->options.use_lpc || max_order == 0 || (n <= max_order)) {
1029         uint32_t bits[MAX_FIXED_ORDER+1];
1030         if(max_order > MAX_FIXED_ORDER) max_order = MAX_FIXED_ORDER;
1031         opt_order = 0;
1032         bits[0] = UINT32_MAX;
1033         for(i=min_order; i<=max_order; i++) {
1034             encode_residual_fixed(res, smp, n, i);
1035             bits[i] = calc_rice_params_fixed(&sub->rc, min_porder, max_porder, res,
1036                                              n, i, sub->obits);
1037             if(bits[i] < bits[opt_order]) {
1038                 opt_order = i;
1039             }
1040         }
1041         sub->order = opt_order;
1042         sub->type = FLAC_SUBFRAME_FIXED;
1043         sub->type_code = sub->type | sub->order;
1044         if(sub->order != max_order) {
1045             encode_residual_fixed(res, smp, n, sub->order);
1046             return calc_rice_params_fixed(&sub->rc, min_porder, max_porder, res, n,
1047                                           sub->order, sub->obits);
1048         }
1049         return bits[sub->order];
1050     }
1051
1052     /* LPC */
1053     opt_order = lpc_calc_coefs(ctx, smp, n, max_order, precision, coefs, shift, ctx->options.use_lpc, omethod);
1054
1055     if(omethod == ORDER_METHOD_2LEVEL ||
1056        omethod == ORDER_METHOD_4LEVEL ||
1057        omethod == ORDER_METHOD_8LEVEL) {
1058         int levels = 1 << omethod;
1059         uint32_t bits[levels];
1060         int order;
1061         int opt_index = levels-1;
1062         opt_order = max_order-1;
1063         bits[opt_index] = UINT32_MAX;
1064         for(i=levels-1; i>=0; i--) {
1065             order = min_order + (((max_order-min_order+1) * (i+1)) / levels)-1;
1066             if(order < 0) order = 0;
1067             encode_residual_lpc(res, smp, n, order+1, coefs[order], shift[order]);
1068             bits[i] = calc_rice_params_lpc(&sub->rc, min_porder, max_porder,
1069                                            res, n, order+1, sub->obits, precision);
1070             if(bits[i] < bits[opt_index]) {
1071                 opt_index = i;
1072                 opt_order = order;
1073             }
1074         }
1075         opt_order++;
1076     } else if(omethod == ORDER_METHOD_SEARCH) {
1077         // brute-force optimal order search
1078         uint32_t bits[MAX_LPC_ORDER];
1079         opt_order = 0;
1080         bits[0] = UINT32_MAX;
1081         for(i=min_order-1; i<max_order; i++) {
1082             encode_residual_lpc(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
1083             bits[i] = calc_rice_params_lpc(&sub->rc, min_porder, max_porder,
1084                                            res, n, i+1, sub->obits, precision);
1085             if(bits[i] < bits[opt_order]) {
1086                 opt_order = i;
1087             }
1088         }
1089         opt_order++;
1090     } else if(omethod == ORDER_METHOD_LOG) {
1091         uint32_t bits[MAX_LPC_ORDER];
1092         int step;
1093
1094         opt_order= min_order - 1 + (max_order-min_order)/3;
1095         memset(bits, -1, sizeof(bits));
1096
1097         for(step=16 ;step; step>>=1){
1098             int last= opt_order;
1099             for(i=last-step; i<=last+step; i+= step){
1100                 if(i<min_order-1 || i>=max_order || bits[i] < UINT32_MAX)
1101                     continue;
1102                 encode_residual_lpc(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
1103                 bits[i] = calc_rice_params_lpc(&sub->rc, min_porder, max_porder,
1104                                             res, n, i+1, sub->obits, precision);
1105                 if(bits[i] < bits[opt_order])
1106                     opt_order= i;
1107             }
1108         }
1109         opt_order++;
1110     }
1111
1112     sub->order = opt_order;
1113     sub->type = FLAC_SUBFRAME_LPC;
1114     sub->type_code = sub->type | (sub->order-1);
1115     sub->shift = shift[sub->order-1];
1116     for(i=0; i<sub->order; i++) {
1117         sub->coefs[i] = coefs[sub->order-1][i];
1118     }
1119     encode_residual_lpc(res, smp, n, sub->order, sub->coefs, sub->shift);
1120     return calc_rice_params_lpc(&sub->rc, min_porder, max_porder, res, n, sub->order,
1121                                 sub->obits, precision);
1122 }
1123
1124 static int encode_residual_v(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
1125 {
1126     int i, n;
1127     FlacFrame *frame;
1128     FlacSubframe *sub;
1129     int32_t *res, *smp;
1130
1131     frame = &ctx->frame;
1132     sub = &frame->subframes[ch];
1133     res = sub->residual;
1134     smp = sub->samples;
1135     n = frame->blocksize;
1136
1137     /* CONSTANT */
1138     for(i=1; i<n; i++) {
1139         if(smp[i] != smp[0]) break;
1140     }
1141     if(i == n) {
1142         sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_CONSTANT;
1143         res[0] = smp[0];
1144         return sub->obits;
1145     }
1146
1147     /* VERBATIM */
1148     sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_VERBATIM;
1149     encode_residual_verbatim(res, smp, n);
1150     return sub->obits * n;
1151 }
1152
1153 static int estimate_stereo_mode(int32_t *left_ch, int32_t *right_ch, int n)
1154 {
1155     int i, best;
1156     int32_t lt, rt;
1157     uint64_t sum[4];
1158     uint64_t score[4];
1159     int k;
1160
1161     /* calculate sum of 2nd order residual for each channel */
1162     sum[0] = sum[1] = sum[2] = sum[3] = 0;
1163     for(i=2; i<n; i++) {
1164         lt = left_ch[i] - 2*left_ch[i-1] + left_ch[i-2];
1165         rt = right_ch[i] - 2*right_ch[i-1] + right_ch[i-2];
1166         sum[2] += FFABS((lt + rt) >> 1);
1167         sum[3] += FFABS(lt - rt);
1168         sum[0] += FFABS(lt);
1169         sum[1] += FFABS(rt);
1170     }
1171     /* estimate bit counts */
1172     for(i=0; i<4; i++) {
1173         k = find_optimal_param(2*sum[i], n);
1174         sum[i] = rice_encode_count(2*sum[i], n, k);
1175     }
1176
1177     /* calculate score for each mode */
1178     score[0] = sum[0] + sum[1];
1179     score[1] = sum[0] + sum[3];
1180     score[2] = sum[1] + sum[3];
1181     score[3] = sum[2] + sum[3];
1182
1183     /* return mode with lowest score */
1184     best = 0;
1185     for(i=1; i<4; i++) {
1186         if(score[i] < score[best]) {
1187             best = i;
1188         }
1189     }
1190     if(best == 0) {
1191         return FLAC_CHMODE_LEFT_RIGHT;
1192     } else if(best == 1) {
1193         return FLAC_CHMODE_LEFT_SIDE;
1194     } else if(best == 2) {
1195         return FLAC_CHMODE_RIGHT_SIDE;
1196     } else {
1197         return FLAC_CHMODE_MID_SIDE;
1198     }
1199 }
1200
1201 /**
1202  * Perform stereo channel decorrelation
1203  */
1204 static void channel_decorrelation(FlacEncodeContext *ctx)
1205 {
1206     FlacFrame *frame;
1207     int32_t *left, *right;
1208     int i, n;
1209
1210     frame = &ctx->frame;
1211     n = frame->blocksize;
1212     left  = frame->subframes[0].samples;
1213     right = frame->subframes[1].samples;
1214
1215     if(ctx->channels != 2) {
1216         frame->ch_mode = FLAC_CHMODE_NOT_STEREO;
1217         return;
1218     }
1219
1220     frame->ch_mode = estimate_stereo_mode(left, right, n);
1221
1222     /* perform decorrelation and adjust bits-per-sample */
1223     if(frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_LEFT_RIGHT) {
1224         return;
1225     }
1226     if(frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_MID_SIDE) {
1227         int32_t tmp;
1228         for(i=0; i<n; i++) {
1229             tmp = left[i];
1230             left[i] = (tmp + right[i]) >> 1;
1231             right[i] = tmp - right[i];
1232         }
1233         frame->subframes[1].obits++;
1234     } else if(frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_LEFT_SIDE) {
1235         for(i=0; i<n; i++) {
1236             right[i] = left[i] - right[i];
1237         }
1238         frame->subframes[1].obits++;
1239     } else {
1240         for(i=0; i<n; i++) {
1241             left[i] -= right[i];
1242         }
1243         frame->subframes[0].obits++;
1244     }
1245 }
1246
1247 static void put_sbits(PutBitContext *pb, int bits, int32_t val)
1248 {
1249     assert(bits >= 0 && bits <= 31);
1250
1251     put_bits(pb, bits, val & ((1<<bits)-1));
1252 }
1253
1254 static void write_utf8(PutBitContext *pb, uint32_t val)
1255 {
1256     uint8_t tmp;
1257     PUT_UTF8(val, tmp, put_bits(pb, 8, tmp);)
1258 }
1259
1260 static void output_frame_header(FlacEncodeContext *s)
1261 {
1262     FlacFrame *frame;
1263     int crc;
1264
1265     frame = &s->frame;
1266
1267     put_bits(&s->pb, 16, 0xFFF8);
1268     put_bits(&s->pb, 4, frame->bs_code[0]);
1269     put_bits(&s->pb, 4, s->sr_code[0]);
1270     if(frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_NOT_STEREO) {
1271         put_bits(&s->pb, 4, s->ch_code);
1272     } else {
1273         put_bits(&s->pb, 4, frame->ch_mode);
1274     }
1275     put_bits(&s->pb, 3, 4); /* bits-per-sample code */
1276     put_bits(&s->pb, 1, 0);
1277     write_utf8(&s->pb, s->frame_count);
1278     if(frame->bs_code[0] == 6) {
1279         put_bits(&s->pb, 8, frame->bs_code[1]);
1280     } else if(frame->bs_code[0] == 7) {
1281         put_bits(&s->pb, 16, frame->bs_code[1]);
1282     }
1283     if(s->sr_code[0] == 12) {
1284         put_bits(&s->pb, 8, s->sr_code[1]);
1285     } else if(s->sr_code[0] > 12) {
1286         put_bits(&s->pb, 16, s->sr_code[1]);
1287     }
1288     flush_put_bits(&s->pb);
1289     crc = av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_8_ATM), 0,
1290                  s->pb.buf, put_bits_count(&s->pb)>>3);
1291     put_bits(&s->pb, 8, crc);
1292 }
1293
1294 static void output_subframe_constant(FlacEncodeContext *s, int ch)
1295 {
1296     FlacSubframe *sub;
1297     int32_t res;
1298
1299     sub = &s->frame.subframes[ch];
1300     res = sub->residual[0];
1301     put_sbits(&s->pb, sub->obits, res);
1302 }
1303
1304 static void output_subframe_verbatim(FlacEncodeContext *s, int ch)
1305 {
1306     int i;
1307     FlacFrame *frame;
1308     FlacSubframe *sub;
1309     int32_t res;
1310
1311     frame = &s->frame;
1312     sub = &frame->subframes[ch];
1313
1314     for(i=0; i<frame->blocksize; i++) {
1315         res = sub->residual[i];
1316         put_sbits(&s->pb, sub->obits, res);
1317     }
1318 }
1319
1320 static void output_residual(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
1321 {
1322     int i, j, p, n, parts;
1323     int k, porder, psize, res_cnt;
1324     FlacFrame *frame;
1325     FlacSubframe *sub;
1326     int32_t *res;
1327
1328     frame = &ctx->frame;
1329     sub = &frame->subframes[ch];
1330     res = sub->residual;
1331     n = frame->blocksize;
1332
1333     /* rice-encoded block */
1334     put_bits(&ctx->pb, 2, 0);
1335
1336     /* partition order */
1337     porder = sub->rc.porder;
1338     psize = n >> porder;
1339     parts = (1 << porder);
1340     put_bits(&ctx->pb, 4, porder);
1341     res_cnt = psize - sub->order;
1342
1343     /* residual */
1344     j = sub->order;
1345     for(p=0; p<parts; p++) {
1346         k = sub->rc.params[p];
1347         put_bits(&ctx->pb, 4, k);
1348         if(p == 1) res_cnt = psize;
1349         for(i=0; i<res_cnt && j<n; i++, j++) {
1350             set_sr_golomb_flac(&ctx->pb, res[j], k, INT32_MAX, 0);
1351         }
1352     }
1353 }
1354
1355 static void output_subframe_fixed(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
1356 {
1357     int i;
1358     FlacFrame *frame;
1359     FlacSubframe *sub;
1360
1361     frame = &ctx->frame;
1362     sub = &frame->subframes[ch];
1363
1364     /* warm-up samples */
1365     for(i=0; i<sub->order; i++) {
1366         put_sbits(&ctx->pb, sub->obits, sub->residual[i]);
1367     }
1368
1369     /* residual */
1370     output_residual(ctx, ch);
1371 }
1372
1373 static void output_subframe_lpc(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
1374 {
1375     int i, cbits;
1376     FlacFrame *frame;
1377     FlacSubframe *sub;
1378
1379     frame = &ctx->frame;
1380     sub = &frame->subframes[ch];
1381
1382     /* warm-up samples */
1383     for(i=0; i<sub->order; i++) {
1384         put_sbits(&ctx->pb, sub->obits, sub->residual[i]);
1385     }
1386
1387     /* LPC coefficients */
1388     cbits = ctx->options.lpc_coeff_precision;
1389     put_bits(&ctx->pb, 4, cbits-1);
1390     put_sbits(&ctx->pb, 5, sub->shift);
1391     for(i=0; i<sub->order; i++) {
1392         put_sbits(&ctx->pb, cbits, sub->coefs[i]);
1393     }
1394
1395     /* residual */
1396     output_residual(ctx, ch);
1397 }
1398
1399 static void output_subframes(FlacEncodeContext *s)
1400 {
1401     FlacFrame *frame;
1402     FlacSubframe *sub;
1403     int ch;
1404
1405     frame = &s->frame;
1406
1407     for(ch=0; ch<s->channels; ch++) {
1408         sub = &frame->subframes[ch];
1409
1410         /* subframe header */
1411         put_bits(&s->pb, 1, 0);
1412         put_bits(&s->pb, 6, sub->type_code);
1413         put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no wasted bits */
1414
1415         /* subframe */
1416         if(sub->type == FLAC_SUBFRAME_CONSTANT) {
1417             output_subframe_constant(s, ch);
1418         } else if(sub->type == FLAC_SUBFRAME_VERBATIM) {
1419             output_subframe_verbatim(s, ch);
1420         } else if(sub->type == FLAC_SUBFRAME_FIXED) {
1421             output_subframe_fixed(s, ch);
1422         } else if(sub->type == FLAC_SUBFRAME_LPC) {
1423             output_subframe_lpc(s, ch);
1424         }
1425     }
1426 }
1427
1428 static void output_frame_footer(FlacEncodeContext *s)
1429 {
1430     int crc;
1431     flush_put_bits(&s->pb);
1432     crc = bswap_16(av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI), 0,
1433                           s->pb.buf, put_bits_count(&s->pb)>>3));
1434     put_bits(&s->pb, 16, crc);
1435     flush_put_bits(&s->pb);
1436 }
1437
1438 static int flac_encode_frame(AVCodecContext *avctx, uint8_t *frame,
1439                              int buf_size, void *data)
1440 {
1441     int ch;
1442     FlacEncodeContext *s;
1443     int16_t *samples = data;
1444     int out_bytes;
1445
1446     s = avctx->priv_data;
1447
1448     s->blocksize = avctx->frame_size;
1449     init_frame(s);
1450
1451     copy_samples(s, samples);
1452
1453     channel_decorrelation(s);
1454
1455     for(ch=0; ch<s->channels; ch++) {
1456         encode_residual(s, ch);
1457     }
1458     init_put_bits(&s->pb, frame, buf_size);
1459     output_frame_header(s);
1460     output_subframes(s);
1461     output_frame_footer(s);
1462     out_bytes = put_bits_count(&s->pb) >> 3;
1463
1464     if(out_bytes > s->max_framesize || out_bytes >= buf_size) {
1465         /* frame too large. use verbatim mode */
1466         for(ch=0; ch<s->channels; ch++) {
1467             encode_residual_v(s, ch);
1468         }
1469         init_put_bits(&s->pb, frame, buf_size);
1470         output_frame_header(s);
1471         output_subframes(s);
1472         output_frame_footer(s);
1473         out_bytes = put_bits_count(&s->pb) >> 3;
1474
1475         if(out_bytes > s->max_framesize || out_bytes >= buf_size) {
1476             /* still too large. must be an error. */
1477             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "error encoding frame\n");
1478             return -1;
1479         }
1480     }
1481
1482     s->frame_count++;
1483     return out_bytes;
1484 }
1485
1486 static int flac_encode_close(AVCodecContext *avctx)
1487 {
1488     av_freep(&avctx->extradata);
1489     avctx->extradata_size = 0;
1490     av_freep(&avctx->coded_frame);
1491     return 0;
1492 }
1493
1494 AVCodec flac_encoder = {
1495     "flac",
1496     CODEC_TYPE_AUDIO,
1497     CODEC_ID_FLAC,
1498     sizeof(FlacEncodeContext),
1499     flac_encode_init,
1500     flac_encode_frame,
1501     flac_encode_close,
1502     NULL,
1503     .capabilities = CODEC_CAP_SMALL_LAST_FRAME,
1504 };