Use a consistent capitalization for 'Snow' as discussed on the list
[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     for(i=0; i<n2; i++) {
599         w = c - i - 1.0;
600         w = 1.0 - (w * w);
601         w_data[i] = data[i] * w;
602         w_data[len-1-i] = data[len-1-i] * w;
603     }
604 }
605
606 /**
607  * Calculates autocorrelation data from audio samples
608  * A Welch window function is applied before calculation.
609  */
610 void ff_flac_compute_autocorr(const int32_t *data, int len, int lag,
611                               double *autoc)
612 {
613     int i, j;
614     double tmp[len + lag + 1];
615     double *data1= tmp + lag;
616
617     apply_welch_window(data, len, data1);
618
619     for(j=0; j<lag; j++)
620         data1[j-lag]= 0.0;
621     data1[len] = 0.0;
622
623     for(j=0; j<lag; j+=2){
624         double sum0 = 1.0, sum1 = 1.0;
625         for(i=0; i<len; i++){
626             sum0 += data1[i] * data1[i-j];
627             sum1 += data1[i] * data1[i-j-1];
628         }
629         autoc[j  ] = sum0;
630         autoc[j+1] = sum1;
631     }
632
633     if(j==lag){
634         double sum = 1.0;
635         for(i=0; i<len; i+=2){
636             sum += data1[i  ] * data1[i-j  ]
637                  + data1[i+1] * data1[i-j+1];
638         }
639         autoc[j] = sum;
640     }
641 }
642
643 /**
644  * Levinson-Durbin recursion.
645  * Produces LPC coefficients from autocorrelation data.
646  */
647 static void compute_lpc_coefs(const double *autoc, int max_order,
648                               double lpc[][MAX_LPC_ORDER], double *ref)
649 {
650    int i, j, i2;
651    double r, err, tmp;
652    double lpc_tmp[MAX_LPC_ORDER];
653
654    for(i=0; i<max_order; i++) lpc_tmp[i] = 0;
655    err = autoc[0];
656
657    for(i=0; i<max_order; i++) {
658       r = -autoc[i+1];
659       for(j=0; j<i; j++) {
660           r -= lpc_tmp[j] * autoc[i-j];
661       }
662       r /= err;
663       ref[i] = fabs(r);
664
665       err *= 1.0 - (r * r);
666
667       i2 = (i >> 1);
668       lpc_tmp[i] = r;
669       for(j=0; j<i2; j++) {
670          tmp = lpc_tmp[j];
671          lpc_tmp[j] += r * lpc_tmp[i-1-j];
672          lpc_tmp[i-1-j] += r * tmp;
673       }
674       if(i & 1) {
675           lpc_tmp[j] += lpc_tmp[j] * r;
676       }
677
678       for(j=0; j<=i; j++) {
679           lpc[i][j] = -lpc_tmp[j];
680       }
681    }
682 }
683
684 /**
685  * Quantize LPC coefficients
686  */
687 static void quantize_lpc_coefs(double *lpc_in, int order, int precision,
688                                int32_t *lpc_out, int *shift)
689 {
690     int i;
691     double cmax, error;
692     int32_t qmax;
693     int sh;
694
695     /* define maximum levels */
696     qmax = (1 << (precision - 1)) - 1;
697
698     /* find maximum coefficient value */
699     cmax = 0.0;
700     for(i=0; i<order; i++) {
701         cmax= FFMAX(cmax, fabs(lpc_in[i]));
702     }
703
704     /* if maximum value quantizes to zero, return all zeros */
705     if(cmax * (1 << MAX_LPC_SHIFT) < 1.0) {
706         *shift = 0;
707         memset(lpc_out, 0, sizeof(int32_t) * order);
708         return;
709     }
710
711     /* calculate level shift which scales max coeff to available bits */
712     sh = MAX_LPC_SHIFT;
713     while((cmax * (1 << sh) > qmax) && (sh > 0)) {
714         sh--;
715     }
716
717     /* since negative shift values are unsupported in decoder, scale down
718        coefficients instead */
719     if(sh == 0 && cmax > qmax) {
720         double scale = ((double)qmax) / cmax;
721         for(i=0; i<order; i++) {
722             lpc_in[i] *= scale;
723         }
724     }
725
726     /* output quantized coefficients and level shift */
727     error=0;
728     for(i=0; i<order; i++) {
729         error += lpc_in[i] * (1 << sh);
730         lpc_out[i] = av_clip(lrintf(error), -qmax, qmax);
731         error -= lpc_out[i];
732     }
733     *shift = sh;
734 }
735
736 static int estimate_best_order(double *ref, int max_order)
737 {
738     int i, est;
739
740     est = 1;
741     for(i=max_order-1; i>=0; i--) {
742         if(ref[i] > 0.10) {
743             est = i+1;
744             break;
745         }
746     }
747     return est;
748 }
749
750 /**
751  * Calculate LPC coefficients for multiple orders
752  */
753 static int lpc_calc_coefs(FlacEncodeContext *s,
754                           const int32_t *samples, int blocksize, int max_order,
755                           int precision, int32_t coefs[][MAX_LPC_ORDER],
756                           int *shift, int use_lpc, int omethod)
757 {
758     double autoc[MAX_LPC_ORDER+1];
759     double ref[MAX_LPC_ORDER];
760     double lpc[MAX_LPC_ORDER][MAX_LPC_ORDER];
761     int i, j, pass;
762     int opt_order;
763
764     assert(max_order >= MIN_LPC_ORDER && max_order <= MAX_LPC_ORDER);
765
766     if(use_lpc == 1){
767         s->dsp.flac_compute_autocorr(samples, blocksize, max_order, autoc);
768
769         compute_lpc_coefs(autoc, max_order, lpc, ref);
770     }else{
771         LLSModel m[2];
772         double var[MAX_LPC_ORDER+1], weight;
773
774         for(pass=0; pass<use_lpc-1; pass++){
775             av_init_lls(&m[pass&1], max_order);
776
777             weight=0;
778             for(i=max_order; i<blocksize; i++){
779                 for(j=0; j<=max_order; j++)
780                     var[j]= samples[i-j];
781
782                 if(pass){
783                     double eval, inv, rinv;
784                     eval= av_evaluate_lls(&m[(pass-1)&1], var+1, max_order-1);
785                     eval= (512>>pass) + fabs(eval - var[0]);
786                     inv = 1/eval;
787                     rinv = sqrt(inv);
788                     for(j=0; j<=max_order; j++)
789                         var[j] *= rinv;
790                     weight += inv;
791                 }else
792                     weight++;
793
794                 av_update_lls(&m[pass&1], var, 1.0);
795             }
796             av_solve_lls(&m[pass&1], 0.001, 0);
797         }
798
799         for(i=0; i<max_order; i++){
800             for(j=0; j<max_order; j++)
801                 lpc[i][j]= m[(pass-1)&1].coeff[i][j];
802             ref[i]= sqrt(m[(pass-1)&1].variance[i] / weight) * (blocksize - max_order) / 4000;
803         }
804         for(i=max_order-1; i>0; i--)
805             ref[i] = ref[i-1] - ref[i];
806     }
807     opt_order = max_order;
808
809     if(omethod == ORDER_METHOD_EST) {
810         opt_order = estimate_best_order(ref, max_order);
811         i = opt_order-1;
812         quantize_lpc_coefs(lpc[i], i+1, precision, coefs[i], &shift[i]);
813     } else {
814         for(i=0; i<max_order; i++) {
815             quantize_lpc_coefs(lpc[i], i+1, precision, coefs[i], &shift[i]);
816         }
817     }
818
819     return opt_order;
820 }
821
822
823 static void encode_residual_verbatim(int32_t *res, int32_t *smp, int n)
824 {
825     assert(n > 0);
826     memcpy(res, smp, n * sizeof(int32_t));
827 }
828
829 static void encode_residual_fixed(int32_t *res, const int32_t *smp, int n,
830                                   int order)
831 {
832     int i;
833
834     for(i=0; i<order; i++) {
835         res[i] = smp[i];
836     }
837
838     if(order==0){
839         for(i=order; i<n; i++)
840             res[i]= smp[i];
841     }else if(order==1){
842         for(i=order; i<n; i++)
843             res[i]= smp[i] - smp[i-1];
844     }else if(order==2){
845         int a = smp[order-1] - smp[order-2];
846         for(i=order; i<n; i+=2) {
847             int b = smp[i] - smp[i-1];
848             res[i]= b - a;
849             a = smp[i+1] - smp[i];
850             res[i+1]= a - b;
851         }
852     }else if(order==3){
853         int a = smp[order-1] - smp[order-2];
854         int c = smp[order-1] - 2*smp[order-2] + smp[order-3];
855         for(i=order; i<n; i+=2) {
856             int b = smp[i] - smp[i-1];
857             int d = b - a;
858             res[i]= d - c;
859             a = smp[i+1] - smp[i];
860             c = a - b;
861             res[i+1]= c - d;
862         }
863     }else{
864         int a = smp[order-1] - smp[order-2];
865         int c = smp[order-1] - 2*smp[order-2] + smp[order-3];
866         int e = smp[order-1] - 3*smp[order-2] + 3*smp[order-3] - smp[order-4];
867         for(i=order; i<n; i+=2) {
868             int b = smp[i] - smp[i-1];
869             int d = b - a;
870             int f = d - c;
871             res[i]= f - e;
872             a = smp[i+1] - smp[i];
873             c = a - b;
874             e = c - d;
875             res[i+1]= e - f;
876         }
877     }
878 }
879
880 #define LPC1(x) {\
881     int c = coefs[(x)-1];\
882     p0 += c*s;\
883     s = smp[i-(x)+1];\
884     p1 += c*s;\
885 }
886
887 static av_always_inline void encode_residual_lpc_unrolled(
888     int32_t *res, const int32_t *smp, int n,
889     int order, const int32_t *coefs, int shift, int big)
890 {
891     int i;
892     for(i=order; i<n; i+=2) {
893         int s = smp[i-order];
894         int p0 = 0, p1 = 0;
895         if(big) {
896             switch(order) {
897                 case 32: LPC1(32)
898                 case 31: LPC1(31)
899                 case 30: LPC1(30)
900                 case 29: LPC1(29)
901                 case 28: LPC1(28)
902                 case 27: LPC1(27)
903                 case 26: LPC1(26)
904                 case 25: LPC1(25)
905                 case 24: LPC1(24)
906                 case 23: LPC1(23)
907                 case 22: LPC1(22)
908                 case 21: LPC1(21)
909                 case 20: LPC1(20)
910                 case 19: LPC1(19)
911                 case 18: LPC1(18)
912                 case 17: LPC1(17)
913                 case 16: LPC1(16)
914                 case 15: LPC1(15)
915                 case 14: LPC1(14)
916                 case 13: LPC1(13)
917                 case 12: LPC1(12)
918                 case 11: LPC1(11)
919                 case 10: LPC1(10)
920                 case  9: LPC1( 9)
921                          LPC1( 8)
922                          LPC1( 7)
923                          LPC1( 6)
924                          LPC1( 5)
925                          LPC1( 4)
926                          LPC1( 3)
927                          LPC1( 2)
928                          LPC1( 1)
929             }
930         } else {
931             switch(order) {
932                 case  8: LPC1( 8)
933                 case  7: LPC1( 7)
934                 case  6: LPC1( 6)
935                 case  5: LPC1( 5)
936                 case  4: LPC1( 4)
937                 case  3: LPC1( 3)
938                 case  2: LPC1( 2)
939                 case  1: LPC1( 1)
940             }
941         }
942         res[i  ] = smp[i  ] - (p0 >> shift);
943         res[i+1] = smp[i+1] - (p1 >> shift);
944     }
945 }
946
947 static void encode_residual_lpc(int32_t *res, const int32_t *smp, int n,
948                                 int order, const int32_t *coefs, int shift)
949 {
950     int i;
951     for(i=0; i<order; i++) {
952         res[i] = smp[i];
953     }
954 #ifdef CONFIG_SMALL
955     for(i=order; i<n; i+=2) {
956         int j;
957         int s = smp[i];
958         int p0 = 0, p1 = 0;
959         for(j=0; j<order; j++) {
960             int c = coefs[j];
961             p1 += c*s;
962             s = smp[i-j-1];
963             p0 += c*s;
964         }
965         res[i  ] = smp[i  ] - (p0 >> shift);
966         res[i+1] = smp[i+1] - (p1 >> shift);
967     }
968 #else
969     switch(order) {
970         case  1: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 1, coefs, shift, 0); break;
971         case  2: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 2, coefs, shift, 0); break;
972         case  3: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 3, coefs, shift, 0); break;
973         case  4: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 4, coefs, shift, 0); break;
974         case  5: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 5, coefs, shift, 0); break;
975         case  6: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 6, coefs, shift, 0); break;
976         case  7: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 7, coefs, shift, 0); break;
977         case  8: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, 8, coefs, shift, 0); break;
978         default: encode_residual_lpc_unrolled(res, smp, n, order, coefs, shift, 1); break;
979     }
980 #endif
981 }
982
983 static int encode_residual(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
984 {
985     int i, n;
986     int min_order, max_order, opt_order, precision, omethod;
987     int min_porder, max_porder;
988     FlacFrame *frame;
989     FlacSubframe *sub;
990     int32_t coefs[MAX_LPC_ORDER][MAX_LPC_ORDER];
991     int shift[MAX_LPC_ORDER];
992     int32_t *res, *smp;
993
994     frame = &ctx->frame;
995     sub = &frame->subframes[ch];
996     res = sub->residual;
997     smp = sub->samples;
998     n = frame->blocksize;
999
1000     /* CONSTANT */
1001     for(i=1; i<n; i++) {
1002         if(smp[i] != smp[0]) break;
1003     }
1004     if(i == n) {
1005         sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_CONSTANT;
1006         res[0] = smp[0];
1007         return sub->obits;
1008     }
1009
1010     /* VERBATIM */
1011     if(n < 5) {
1012         sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_VERBATIM;
1013         encode_residual_verbatim(res, smp, n);
1014         return sub->obits * n;
1015     }
1016
1017     min_order = ctx->options.min_prediction_order;
1018     max_order = ctx->options.max_prediction_order;
1019     min_porder = ctx->options.min_partition_order;
1020     max_porder = ctx->options.max_partition_order;
1021     precision = ctx->options.lpc_coeff_precision;
1022     omethod = ctx->options.prediction_order_method;
1023
1024     /* FIXED */
1025     if(!ctx->options.use_lpc || max_order == 0 || (n <= max_order)) {
1026         uint32_t bits[MAX_FIXED_ORDER+1];
1027         if(max_order > MAX_FIXED_ORDER) max_order = MAX_FIXED_ORDER;
1028         opt_order = 0;
1029         bits[0] = UINT32_MAX;
1030         for(i=min_order; i<=max_order; i++) {
1031             encode_residual_fixed(res, smp, n, i);
1032             bits[i] = calc_rice_params_fixed(&sub->rc, min_porder, max_porder, res,
1033                                              n, i, sub->obits);
1034             if(bits[i] < bits[opt_order]) {
1035                 opt_order = i;
1036             }
1037         }
1038         sub->order = opt_order;
1039         sub->type = FLAC_SUBFRAME_FIXED;
1040         sub->type_code = sub->type | sub->order;
1041         if(sub->order != max_order) {
1042             encode_residual_fixed(res, smp, n, sub->order);
1043             return calc_rice_params_fixed(&sub->rc, min_porder, max_porder, res, n,
1044                                           sub->order, sub->obits);
1045         }
1046         return bits[sub->order];
1047     }
1048
1049     /* LPC */
1050     opt_order = lpc_calc_coefs(ctx, smp, n, max_order, precision, coefs, shift, ctx->options.use_lpc, omethod);
1051
1052     if(omethod == ORDER_METHOD_2LEVEL ||
1053        omethod == ORDER_METHOD_4LEVEL ||
1054        omethod == ORDER_METHOD_8LEVEL) {
1055         int levels = 1 << omethod;
1056         uint32_t bits[levels];
1057         int order;
1058         int opt_index = levels-1;
1059         opt_order = max_order-1;
1060         bits[opt_index] = UINT32_MAX;
1061         for(i=levels-1; i>=0; i--) {
1062             order = min_order + (((max_order-min_order+1) * (i+1)) / levels)-1;
1063             if(order < 0) order = 0;
1064             encode_residual_lpc(res, smp, n, order+1, coefs[order], shift[order]);
1065             bits[i] = calc_rice_params_lpc(&sub->rc, min_porder, max_porder,
1066                                            res, n, order+1, sub->obits, precision);
1067             if(bits[i] < bits[opt_index]) {
1068                 opt_index = i;
1069                 opt_order = order;
1070             }
1071         }
1072         opt_order++;
1073     } else if(omethod == ORDER_METHOD_SEARCH) {
1074         // brute-force optimal order search
1075         uint32_t bits[MAX_LPC_ORDER];
1076         opt_order = 0;
1077         bits[0] = UINT32_MAX;
1078         for(i=min_order-1; i<max_order; i++) {
1079             encode_residual_lpc(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
1080             bits[i] = calc_rice_params_lpc(&sub->rc, min_porder, max_porder,
1081                                            res, n, i+1, sub->obits, precision);
1082             if(bits[i] < bits[opt_order]) {
1083                 opt_order = i;
1084             }
1085         }
1086         opt_order++;
1087     } else if(omethod == ORDER_METHOD_LOG) {
1088         uint32_t bits[MAX_LPC_ORDER];
1089         int step;
1090
1091         opt_order= min_order - 1 + (max_order-min_order)/3;
1092         memset(bits, -1, sizeof(bits));
1093
1094         for(step=16 ;step; step>>=1){
1095             int last= opt_order;
1096             for(i=last-step; i<=last+step; i+= step){
1097                 if(i<min_order-1 || i>=max_order || bits[i] < UINT32_MAX)
1098                     continue;
1099                 encode_residual_lpc(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
1100                 bits[i] = calc_rice_params_lpc(&sub->rc, min_porder, max_porder,
1101                                             res, n, i+1, sub->obits, precision);
1102                 if(bits[i] < bits[opt_order])
1103                     opt_order= i;
1104             }
1105         }
1106         opt_order++;
1107     }
1108
1109     sub->order = opt_order;
1110     sub->type = FLAC_SUBFRAME_LPC;
1111     sub->type_code = sub->type | (sub->order-1);
1112     sub->shift = shift[sub->order-1];
1113     for(i=0; i<sub->order; i++) {
1114         sub->coefs[i] = coefs[sub->order-1][i];
1115     }
1116     encode_residual_lpc(res, smp, n, sub->order, sub->coefs, sub->shift);
1117     return calc_rice_params_lpc(&sub->rc, min_porder, max_porder, res, n, sub->order,
1118                                 sub->obits, precision);
1119 }
1120
1121 static int encode_residual_v(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
1122 {
1123     int i, n;
1124     FlacFrame *frame;
1125     FlacSubframe *sub;
1126     int32_t *res, *smp;
1127
1128     frame = &ctx->frame;
1129     sub = &frame->subframes[ch];
1130     res = sub->residual;
1131     smp = sub->samples;
1132     n = frame->blocksize;
1133
1134     /* CONSTANT */
1135     for(i=1; i<n; i++) {
1136         if(smp[i] != smp[0]) break;
1137     }
1138     if(i == n) {
1139         sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_CONSTANT;
1140         res[0] = smp[0];
1141         return sub->obits;
1142     }
1143
1144     /* VERBATIM */
1145     sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_VERBATIM;
1146     encode_residual_verbatim(res, smp, n);
1147     return sub->obits * n;
1148 }
1149
1150 static int estimate_stereo_mode(int32_t *left_ch, int32_t *right_ch, int n)
1151 {
1152     int i, best;
1153     int32_t lt, rt;
1154     uint64_t sum[4];
1155     uint64_t score[4];
1156     int k;
1157
1158     /* calculate sum of 2nd order residual for each channel */
1159     sum[0] = sum[1] = sum[2] = sum[3] = 0;
1160     for(i=2; i<n; i++) {
1161         lt = left_ch[i] - 2*left_ch[i-1] + left_ch[i-2];
1162         rt = right_ch[i] - 2*right_ch[i-1] + right_ch[i-2];
1163         sum[2] += FFABS((lt + rt) >> 1);
1164         sum[3] += FFABS(lt - rt);
1165         sum[0] += FFABS(lt);
1166         sum[1] += FFABS(rt);
1167     }
1168     /* estimate bit counts */
1169     for(i=0; i<4; i++) {
1170         k = find_optimal_param(2*sum[i], n);
1171         sum[i] = rice_encode_count(2*sum[i], n, k);
1172     }
1173
1174     /* calculate score for each mode */
1175     score[0] = sum[0] + sum[1];
1176     score[1] = sum[0] + sum[3];
1177     score[2] = sum[1] + sum[3];
1178     score[3] = sum[2] + sum[3];
1179
1180     /* return mode with lowest score */
1181     best = 0;
1182     for(i=1; i<4; i++) {
1183         if(score[i] < score[best]) {
1184             best = i;
1185         }
1186     }
1187     if(best == 0) {
1188         return FLAC_CHMODE_LEFT_RIGHT;
1189     } else if(best == 1) {
1190         return FLAC_CHMODE_LEFT_SIDE;
1191     } else if(best == 2) {
1192         return FLAC_CHMODE_RIGHT_SIDE;
1193     } else {
1194         return FLAC_CHMODE_MID_SIDE;
1195     }
1196 }
1197
1198 /**
1199  * Perform stereo channel decorrelation
1200  */
1201 static void channel_decorrelation(FlacEncodeContext *ctx)
1202 {
1203     FlacFrame *frame;
1204     int32_t *left, *right;
1205     int i, n;
1206
1207     frame = &ctx->frame;
1208     n = frame->blocksize;
1209     left  = frame->subframes[0].samples;
1210     right = frame->subframes[1].samples;
1211
1212     if(ctx->channels != 2) {
1213         frame->ch_mode = FLAC_CHMODE_NOT_STEREO;
1214         return;
1215     }
1216
1217     frame->ch_mode = estimate_stereo_mode(left, right, n);
1218
1219     /* perform decorrelation and adjust bits-per-sample */
1220     if(frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_LEFT_RIGHT) {
1221         return;
1222     }
1223     if(frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_MID_SIDE) {
1224         int32_t tmp;
1225         for(i=0; i<n; i++) {
1226             tmp = left[i];
1227             left[i] = (tmp + right[i]) >> 1;
1228             right[i] = tmp - right[i];
1229         }
1230         frame->subframes[1].obits++;
1231     } else if(frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_LEFT_SIDE) {
1232         for(i=0; i<n; i++) {
1233             right[i] = left[i] - right[i];
1234         }
1235         frame->subframes[1].obits++;
1236     } else {
1237         for(i=0; i<n; i++) {
1238             left[i] -= right[i];
1239         }
1240         frame->subframes[0].obits++;
1241     }
1242 }
1243
1244 static void put_sbits(PutBitContext *pb, int bits, int32_t val)
1245 {
1246     assert(bits >= 0 && bits <= 31);
1247
1248     put_bits(pb, bits, val & ((1<<bits)-1));
1249 }
1250
1251 static void write_utf8(PutBitContext *pb, uint32_t val)
1252 {
1253     uint8_t tmp;
1254     PUT_UTF8(val, tmp, put_bits(pb, 8, tmp);)
1255 }
1256
1257 static void output_frame_header(FlacEncodeContext *s)
1258 {
1259     FlacFrame *frame;
1260     int crc;
1261
1262     frame = &s->frame;
1263
1264     put_bits(&s->pb, 16, 0xFFF8);
1265     put_bits(&s->pb, 4, frame->bs_code[0]);
1266     put_bits(&s->pb, 4, s->sr_code[0]);
1267     if(frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_NOT_STEREO) {
1268         put_bits(&s->pb, 4, s->ch_code);
1269     } else {
1270         put_bits(&s->pb, 4, frame->ch_mode);
1271     }
1272     put_bits(&s->pb, 3, 4); /* bits-per-sample code */
1273     put_bits(&s->pb, 1, 0);
1274     write_utf8(&s->pb, s->frame_count);
1275     if(frame->bs_code[0] == 6) {
1276         put_bits(&s->pb, 8, frame->bs_code[1]);
1277     } else if(frame->bs_code[0] == 7) {
1278         put_bits(&s->pb, 16, frame->bs_code[1]);
1279     }
1280     if(s->sr_code[0] == 12) {
1281         put_bits(&s->pb, 8, s->sr_code[1]);
1282     } else if(s->sr_code[0] > 12) {
1283         put_bits(&s->pb, 16, s->sr_code[1]);
1284     }
1285     flush_put_bits(&s->pb);
1286     crc = av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_8_ATM), 0,
1287                  s->pb.buf, put_bits_count(&s->pb)>>3);
1288     put_bits(&s->pb, 8, crc);
1289 }
1290
1291 static void output_subframe_constant(FlacEncodeContext *s, int ch)
1292 {
1293     FlacSubframe *sub;
1294     int32_t res;
1295
1296     sub = &s->frame.subframes[ch];
1297     res = sub->residual[0];
1298     put_sbits(&s->pb, sub->obits, res);
1299 }
1300
1301 static void output_subframe_verbatim(FlacEncodeContext *s, int ch)
1302 {
1303     int i;
1304     FlacFrame *frame;
1305     FlacSubframe *sub;
1306     int32_t res;
1307
1308     frame = &s->frame;
1309     sub = &frame->subframes[ch];
1310
1311     for(i=0; i<frame->blocksize; i++) {
1312         res = sub->residual[i];
1313         put_sbits(&s->pb, sub->obits, res);
1314     }
1315 }
1316
1317 static void output_residual(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
1318 {
1319     int i, j, p, n, parts;
1320     int k, porder, psize, res_cnt;
1321     FlacFrame *frame;
1322     FlacSubframe *sub;
1323     int32_t *res;
1324
1325     frame = &ctx->frame;
1326     sub = &frame->subframes[ch];
1327     res = sub->residual;
1328     n = frame->blocksize;
1329
1330     /* rice-encoded block */
1331     put_bits(&ctx->pb, 2, 0);
1332
1333     /* partition order */
1334     porder = sub->rc.porder;
1335     psize = n >> porder;
1336     parts = (1 << porder);
1337     put_bits(&ctx->pb, 4, porder);
1338     res_cnt = psize - sub->order;
1339
1340     /* residual */
1341     j = sub->order;
1342     for(p=0; p<parts; p++) {
1343         k = sub->rc.params[p];
1344         put_bits(&ctx->pb, 4, k);
1345         if(p == 1) res_cnt = psize;
1346         for(i=0; i<res_cnt && j<n; i++, j++) {
1347             set_sr_golomb_flac(&ctx->pb, res[j], k, INT32_MAX, 0);
1348         }
1349     }
1350 }
1351
1352 static void output_subframe_fixed(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
1353 {
1354     int i;
1355     FlacFrame *frame;
1356     FlacSubframe *sub;
1357
1358     frame = &ctx->frame;
1359     sub = &frame->subframes[ch];
1360
1361     /* warm-up samples */
1362     for(i=0; i<sub->order; i++) {
1363         put_sbits(&ctx->pb, sub->obits, sub->residual[i]);
1364     }
1365
1366     /* residual */
1367     output_residual(ctx, ch);
1368 }
1369
1370 static void output_subframe_lpc(FlacEncodeContext *ctx, int ch)
1371 {
1372     int i, cbits;
1373     FlacFrame *frame;
1374     FlacSubframe *sub;
1375
1376     frame = &ctx->frame;
1377     sub = &frame->subframes[ch];
1378
1379     /* warm-up samples */
1380     for(i=0; i<sub->order; i++) {
1381         put_sbits(&ctx->pb, sub->obits, sub->residual[i]);
1382     }
1383
1384     /* LPC coefficients */
1385     cbits = ctx->options.lpc_coeff_precision;
1386     put_bits(&ctx->pb, 4, cbits-1);
1387     put_sbits(&ctx->pb, 5, sub->shift);
1388     for(i=0; i<sub->order; i++) {
1389         put_sbits(&ctx->pb, cbits, sub->coefs[i]);
1390     }
1391
1392     /* residual */
1393     output_residual(ctx, ch);
1394 }
1395
1396 static void output_subframes(FlacEncodeContext *s)
1397 {
1398     FlacFrame *frame;
1399     FlacSubframe *sub;
1400     int ch;
1401
1402     frame = &s->frame;
1403
1404     for(ch=0; ch<s->channels; ch++) {
1405         sub = &frame->subframes[ch];
1406
1407         /* subframe header */
1408         put_bits(&s->pb, 1, 0);
1409         put_bits(&s->pb, 6, sub->type_code);
1410         put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no wasted bits */
1411
1412         /* subframe */
1413         if(sub->type == FLAC_SUBFRAME_CONSTANT) {
1414             output_subframe_constant(s, ch);
1415         } else if(sub->type == FLAC_SUBFRAME_VERBATIM) {
1416             output_subframe_verbatim(s, ch);
1417         } else if(sub->type == FLAC_SUBFRAME_FIXED) {
1418             output_subframe_fixed(s, ch);
1419         } else if(sub->type == FLAC_SUBFRAME_LPC) {
1420             output_subframe_lpc(s, ch);
1421         }
1422     }
1423 }
1424
1425 static void output_frame_footer(FlacEncodeContext *s)
1426 {
1427     int crc;
1428     flush_put_bits(&s->pb);
1429     crc = bswap_16(av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI), 0,
1430                           s->pb.buf, put_bits_count(&s->pb)>>3));
1431     put_bits(&s->pb, 16, crc);
1432     flush_put_bits(&s->pb);
1433 }
1434
1435 static int flac_encode_frame(AVCodecContext *avctx, uint8_t *frame,
1436                              int buf_size, void *data)
1437 {
1438     int ch;
1439     FlacEncodeContext *s;
1440     int16_t *samples = data;
1441     int out_bytes;
1442
1443     s = avctx->priv_data;
1444
1445     s->blocksize = avctx->frame_size;
1446     init_frame(s);
1447
1448     copy_samples(s, samples);
1449
1450     channel_decorrelation(s);
1451
1452     for(ch=0; ch<s->channels; ch++) {
1453         encode_residual(s, ch);
1454     }
1455     init_put_bits(&s->pb, frame, buf_size);
1456     output_frame_header(s);
1457     output_subframes(s);
1458     output_frame_footer(s);
1459     out_bytes = put_bits_count(&s->pb) >> 3;
1460
1461     if(out_bytes > s->max_framesize || out_bytes >= buf_size) {
1462         /* frame too large. use verbatim mode */
1463         for(ch=0; ch<s->channels; ch++) {
1464             encode_residual_v(s, ch);
1465         }
1466         init_put_bits(&s->pb, frame, buf_size);
1467         output_frame_header(s);
1468         output_subframes(s);
1469         output_frame_footer(s);
1470         out_bytes = put_bits_count(&s->pb) >> 3;
1471
1472         if(out_bytes > s->max_framesize || out_bytes >= buf_size) {
1473             /* still too large. must be an error. */
1474             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "error encoding frame\n");
1475             return -1;
1476         }
1477     }
1478
1479     s->frame_count++;
1480     return out_bytes;
1481 }
1482
1483 static int flac_encode_close(AVCodecContext *avctx)
1484 {
1485     av_freep(&avctx->extradata);
1486     avctx->extradata_size = 0;
1487     av_freep(&avctx->coded_frame);
1488     return 0;
1489 }
1490
1491 AVCodec flac_encoder = {
1492     "flac",
1493     CODEC_TYPE_AUDIO,
1494     CODEC_ID_FLAC,
1495     sizeof(FlacEncodeContext),
1496     flac_encode_init,
1497     flac_encode_frame,
1498     flac_encode_close,
1499     NULL,
1500     .capabilities = CODEC_CAP_SMALL_LAST_FRAME,
1501 };