flacenc: Restore defaults and range for {min,max}_prediction_order
[ffmpeg.git] / libavcodec / flacenc.c
1 /*
2  * FLAC audio encoder
3  * Copyright (c) 2006  Justin Ruggles <justin.ruggles@gmail.com>
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 #include "libavutil/avassert.h"
23 #include "libavutil/crc.h"
24 #include "libavutil/intmath.h"
25 #include "libavutil/md5.h"
26 #include "libavutil/opt.h"
27 #include "avcodec.h"
28 #include "bswapdsp.h"
29 #include "put_bits.h"
30 #include "golomb.h"
31 #include "internal.h"
32 #include "lpc.h"
33 #include "flac.h"
34 #include "flacdata.h"
35 #include "flacdsp.h"
36
37 #define FLAC_SUBFRAME_CONSTANT  0
38 #define FLAC_SUBFRAME_VERBATIM  1
39 #define FLAC_SUBFRAME_FIXED     8
40 #define FLAC_SUBFRAME_LPC      32
41
42 #define MAX_FIXED_ORDER     4
43 #define MAX_PARTITION_ORDER 8
44 #define MAX_PARTITIONS     (1 << MAX_PARTITION_ORDER)
45 #define MAX_LPC_PRECISION  15
46 #define MAX_LPC_SHIFT      15
47
48 enum CodingMode {
49     CODING_MODE_RICE  = 4,
50     CODING_MODE_RICE2 = 5,
51 };
52
53 typedef struct CompressionOptions {
54     int compression_level;
55     int block_time_ms;
56     enum FFLPCType lpc_type;
57     int lpc_passes;
58     int lpc_coeff_precision;
59     int min_prediction_order;
60     int max_prediction_order;
61     int prediction_order_method;
62     int min_partition_order;
63     int max_partition_order;
64     int ch_mode;
65     int exact_rice_parameters;
66     int multi_dim_quant;
67 } CompressionOptions;
68
69 typedef struct RiceContext {
70     enum CodingMode coding_mode;
71     int porder;
72     int params[MAX_PARTITIONS];
73 } RiceContext;
74
75 typedef struct FlacSubframe {
76     int type;
77     int type_code;
78     int obits;
79     int wasted;
80     int order;
81     int32_t coefs[MAX_LPC_ORDER];
82     int shift;
83
84     RiceContext rc;
85     uint32_t rc_udata[FLAC_MAX_BLOCKSIZE];
86     uint64_t rc_sums[32][MAX_PARTITIONS];
87
88     int32_t samples[FLAC_MAX_BLOCKSIZE];
89     int32_t residual[FLAC_MAX_BLOCKSIZE+11];
90 } FlacSubframe;
91
92 typedef struct FlacFrame {
93     FlacSubframe subframes[FLAC_MAX_CHANNELS];
94     int blocksize;
95     int bs_code[2];
96     uint8_t crc8;
97     int ch_mode;
98     int verbatim_only;
99 } FlacFrame;
100
101 typedef struct FlacEncodeContext {
102     AVClass *class;
103     PutBitContext pb;
104     int channels;
105     int samplerate;
106     int sr_code[2];
107     int bps_code;
108     int max_blocksize;
109     int min_framesize;
110     int max_framesize;
111     int max_encoded_framesize;
112     uint32_t frame_count;
113     uint64_t sample_count;
114     uint8_t md5sum[16];
115     FlacFrame frame;
116     CompressionOptions options;
117     AVCodecContext *avctx;
118     LPCContext lpc_ctx;
119     struct AVMD5 *md5ctx;
120     uint8_t *md5_buffer;
121     unsigned int md5_buffer_size;
122     BswapDSPContext bdsp;
123     FLACDSPContext flac_dsp;
124
125     int flushed;
126     int64_t next_pts;
127 } FlacEncodeContext;
128
129
130 /**
131  * Write streaminfo metadata block to byte array.
132  */
133 static void write_streaminfo(FlacEncodeContext *s, uint8_t *header)
134 {
135     PutBitContext pb;
136
137     memset(header, 0, FLAC_STREAMINFO_SIZE);
138     init_put_bits(&pb, header, FLAC_STREAMINFO_SIZE);
139
140     /* streaminfo metadata block */
141     put_bits(&pb, 16, s->max_blocksize);
142     put_bits(&pb, 16, s->max_blocksize);
143     put_bits(&pb, 24, s->min_framesize);
144     put_bits(&pb, 24, s->max_framesize);
145     put_bits(&pb, 20, s->samplerate);
146     put_bits(&pb, 3, s->channels-1);
147     put_bits(&pb,  5, s->avctx->bits_per_raw_sample - 1);
148     /* write 36-bit sample count in 2 put_bits() calls */
149     put_bits(&pb, 24, (s->sample_count & 0xFFFFFF000LL) >> 12);
150     put_bits(&pb, 12,  s->sample_count & 0x000000FFFLL);
151     flush_put_bits(&pb);
152     memcpy(&header[18], s->md5sum, 16);
153 }
154
155
156 /**
157  * Set blocksize based on samplerate.
158  * Choose the closest predefined blocksize >= BLOCK_TIME_MS milliseconds.
159  */
160 static int select_blocksize(int samplerate, int block_time_ms)
161 {
162     int i;
163     int target;
164     int blocksize;
165
166     av_assert0(samplerate > 0);
167     blocksize = ff_flac_blocksize_table[1];
168     target    = (samplerate * block_time_ms) / 1000;
169     for (i = 0; i < 16; i++) {
170         if (target >= ff_flac_blocksize_table[i] &&
171             ff_flac_blocksize_table[i] > blocksize) {
172             blocksize = ff_flac_blocksize_table[i];
173         }
174     }
175     return blocksize;
176 }
177
178
179 static av_cold void dprint_compression_options(FlacEncodeContext *s)
180 {
181     AVCodecContext     *avctx = s->avctx;
182     CompressionOptions *opt   = &s->options;
183
184     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " compression: %d\n", opt->compression_level);
185
186     switch (opt->lpc_type) {
187     case FF_LPC_TYPE_NONE:
188         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " lpc type: None\n");
189         break;
190     case FF_LPC_TYPE_FIXED:
191         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " lpc type: Fixed pre-defined coefficients\n");
192         break;
193     case FF_LPC_TYPE_LEVINSON:
194         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " lpc type: Levinson-Durbin recursion with Welch window\n");
195         break;
196     case FF_LPC_TYPE_CHOLESKY:
197         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " lpc type: Cholesky factorization, %d pass%s\n",
198                opt->lpc_passes, opt->lpc_passes == 1 ? "" : "es");
199         break;
200     }
201
202     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " prediction order: %d, %d\n",
203            opt->min_prediction_order, opt->max_prediction_order);
204
205     switch (opt->prediction_order_method) {
206     case ORDER_METHOD_EST:
207         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n", "estimate");
208         break;
209     case ORDER_METHOD_2LEVEL:
210         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n", "2-level");
211         break;
212     case ORDER_METHOD_4LEVEL:
213         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n", "4-level");
214         break;
215     case ORDER_METHOD_8LEVEL:
216         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n", "8-level");
217         break;
218     case ORDER_METHOD_SEARCH:
219         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n", "full search");
220         break;
221     case ORDER_METHOD_LOG:
222         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " order method: %s\n", "log search");
223         break;
224     }
225
226
227     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " partition order: %d, %d\n",
228            opt->min_partition_order, opt->max_partition_order);
229
230     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " block size: %d\n", avctx->frame_size);
231
232     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, " lpc precision: %d\n",
233            opt->lpc_coeff_precision);
234 }
235
236
237 static av_cold int flac_encode_init(AVCodecContext *avctx)
238 {
239     int freq = avctx->sample_rate;
240     int channels = avctx->channels;
241     FlacEncodeContext *s = avctx->priv_data;
242     int i, level, ret;
243     uint8_t *streaminfo;
244
245     s->avctx = avctx;
246
247     switch (avctx->sample_fmt) {
248     case AV_SAMPLE_FMT_S16:
249         avctx->bits_per_raw_sample = 16;
250         s->bps_code                = 4;
251         break;
252     case AV_SAMPLE_FMT_S32:
253         if (avctx->bits_per_raw_sample != 24)
254             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "encoding as 24 bits-per-sample\n");
255         avctx->bits_per_raw_sample = 24;
256         s->bps_code                = 6;
257         break;
258     }
259
260     if (channels < 1 || channels > FLAC_MAX_CHANNELS) {
261         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "%d channels not supported (max %d)\n",
262                channels, FLAC_MAX_CHANNELS);
263         return AVERROR(EINVAL);
264     }
265     s->channels = channels;
266
267     /* find samplerate in table */
268     if (freq < 1)
269         return -1;
270     for (i = 4; i < 12; i++) {
271         if (freq == ff_flac_sample_rate_table[i]) {
272             s->samplerate = ff_flac_sample_rate_table[i];
273             s->sr_code[0] = i;
274             s->sr_code[1] = 0;
275             break;
276         }
277     }
278     /* if not in table, samplerate is non-standard */
279     if (i == 12) {
280         if (freq % 1000 == 0 && freq < 255000) {
281             s->sr_code[0] = 12;
282             s->sr_code[1] = freq / 1000;
283         } else if (freq % 10 == 0 && freq < 655350) {
284             s->sr_code[0] = 14;
285             s->sr_code[1] = freq / 10;
286         } else if (freq < 65535) {
287             s->sr_code[0] = 13;
288             s->sr_code[1] = freq;
289         } else {
290             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "%d Hz not supported\n", freq);
291             return AVERROR(EINVAL);
292         }
293         s->samplerate = freq;
294     }
295
296     /* set compression option defaults based on avctx->compression_level */
297     if (avctx->compression_level < 0)
298         s->options.compression_level = 5;
299     else
300         s->options.compression_level = avctx->compression_level;
301
302     level = s->options.compression_level;
303     if (level > 12) {
304         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid compression level: %d\n",
305                s->options.compression_level);
306         return AVERROR(EINVAL);
307     }
308
309     s->options.block_time_ms = ((int[]){ 27, 27, 27,105,105,105,105,105,105,105,105,105,105})[level];
310
311     if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_DEFAULT)
312         s->options.lpc_type  = ((int[]){ FF_LPC_TYPE_FIXED,    FF_LPC_TYPE_FIXED,    FF_LPC_TYPE_FIXED,
313                                          FF_LPC_TYPE_LEVINSON, FF_LPC_TYPE_LEVINSON, FF_LPC_TYPE_LEVINSON,
314                                          FF_LPC_TYPE_LEVINSON, FF_LPC_TYPE_LEVINSON, FF_LPC_TYPE_LEVINSON,
315                                          FF_LPC_TYPE_LEVINSON, FF_LPC_TYPE_LEVINSON, FF_LPC_TYPE_LEVINSON,
316                                          FF_LPC_TYPE_LEVINSON})[level];
317
318     s->options.min_prediction_order = ((int[]){  2,  0,  0,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1,  1})[level];
319     s->options.max_prediction_order = ((int[]){  3,  4,  4,  6,  8,  8,  8,  8, 12, 12, 12, 32, 32})[level];
320
321     if (s->options.prediction_order_method < 0)
322         s->options.prediction_order_method = ((int[]){ ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,
323                                                        ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,    ORDER_METHOD_EST,
324                                                        ORDER_METHOD_4LEVEL, ORDER_METHOD_LOG,    ORDER_METHOD_4LEVEL,
325                                                        ORDER_METHOD_LOG,    ORDER_METHOD_SEARCH, ORDER_METHOD_LOG,
326                                                        ORDER_METHOD_SEARCH})[level];
327
328     if (s->options.min_partition_order > s->options.max_partition_order) {
329         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid partition orders: min=%d max=%d\n",
330                s->options.min_partition_order, s->options.max_partition_order);
331         return AVERROR(EINVAL);
332     }
333     if (s->options.min_partition_order < 0)
334         s->options.min_partition_order = ((int[]){  2,  2,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0})[level];
335     if (s->options.max_partition_order < 0)
336         s->options.max_partition_order = ((int[]){  2,  2,  3,  3,  3,  8,  8,  8,  8,  8,  8,  8,  8})[level];
337
338 #if FF_API_PRIVATE_OPT
339 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
340     if (avctx->min_prediction_order >= 0) {
341         if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_FIXED) {
342             if (avctx->min_prediction_order > MAX_FIXED_ORDER) {
343                 av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
344                        "invalid min prediction order %d, clamped to %d\n",
345                        avctx->min_prediction_order, MAX_FIXED_ORDER);
346                 avctx->min_prediction_order = MAX_FIXED_ORDER;
347             }
348         } else if (avctx->min_prediction_order < MIN_LPC_ORDER ||
349                    avctx->min_prediction_order > MAX_LPC_ORDER) {
350             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid min prediction order: %d\n",
351                    avctx->min_prediction_order);
352             return AVERROR(EINVAL);
353         }
354         s->options.min_prediction_order = avctx->min_prediction_order;
355     }
356     if (avctx->max_prediction_order >= 0) {
357         if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_FIXED) {
358             if (avctx->max_prediction_order > MAX_FIXED_ORDER) {
359                 av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
360                        "invalid max prediction order %d, clamped to %d\n",
361                        avctx->max_prediction_order, MAX_FIXED_ORDER);
362                 avctx->max_prediction_order = MAX_FIXED_ORDER;
363             }
364         } else if (avctx->max_prediction_order < MIN_LPC_ORDER ||
365                    avctx->max_prediction_order > MAX_LPC_ORDER) {
366             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid max prediction order: %d\n",
367                    avctx->max_prediction_order);
368             return AVERROR(EINVAL);
369         }
370         s->options.max_prediction_order = avctx->max_prediction_order;
371     }
372 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
373 #endif
374     if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_NONE) {
375         s->options.min_prediction_order = 0;
376         s->options.max_prediction_order = 0;
377     } else if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_FIXED) {
378         if (s->options.min_prediction_order > MAX_FIXED_ORDER) {
379             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
380                    "invalid min prediction order %d, clamped to %d\n",
381                    s->options.min_prediction_order, MAX_FIXED_ORDER);
382             s->options.min_prediction_order = MAX_FIXED_ORDER;
383         }
384         if (s->options.max_prediction_order > MAX_FIXED_ORDER) {
385             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
386                    "invalid max prediction order %d, clamped to %d\n",
387                    s->options.max_prediction_order, MAX_FIXED_ORDER);
388             s->options.max_prediction_order = MAX_FIXED_ORDER;
389         }
390     }
391
392     if (s->options.max_prediction_order < s->options.min_prediction_order) {
393         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid prediction orders: min=%d max=%d\n",
394                s->options.min_prediction_order, s->options.max_prediction_order);
395         return AVERROR(EINVAL);
396     }
397
398     if (avctx->frame_size > 0) {
399         if (avctx->frame_size < FLAC_MIN_BLOCKSIZE ||
400                 avctx->frame_size > FLAC_MAX_BLOCKSIZE) {
401             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid block size: %d\n",
402                    avctx->frame_size);
403             return AVERROR(EINVAL);
404         }
405     } else {
406         s->avctx->frame_size = select_blocksize(s->samplerate, s->options.block_time_ms);
407     }
408     s->max_blocksize = s->avctx->frame_size;
409
410     /* set maximum encoded frame size in verbatim mode */
411     s->max_framesize = ff_flac_get_max_frame_size(s->avctx->frame_size,
412                                                   s->channels,
413                                                   s->avctx->bits_per_raw_sample);
414
415     /* initialize MD5 context */
416     s->md5ctx = av_md5_alloc();
417     if (!s->md5ctx)
418         return AVERROR(ENOMEM);
419     av_md5_init(s->md5ctx);
420
421     streaminfo = av_malloc(FLAC_STREAMINFO_SIZE);
422     if (!streaminfo)
423         return AVERROR(ENOMEM);
424     write_streaminfo(s, streaminfo);
425     avctx->extradata = streaminfo;
426     avctx->extradata_size = FLAC_STREAMINFO_SIZE;
427
428     s->frame_count   = 0;
429     s->min_framesize = s->max_framesize;
430
431     if (channels == 3 &&
432             avctx->channel_layout != (AV_CH_LAYOUT_STEREO|AV_CH_FRONT_CENTER) ||
433         channels == 4 &&
434             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_2_2 &&
435             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_QUAD ||
436         channels == 5 &&
437             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_5POINT0 &&
438             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_5POINT0_BACK ||
439         channels == 6 &&
440             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_5POINT1 &&
441             avctx->channel_layout != AV_CH_LAYOUT_5POINT1_BACK) {
442         if (avctx->channel_layout) {
443             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Channel layout not supported by Flac, "
444                                              "output stream will have incorrect "
445                                              "channel layout.\n");
446         } else {
447             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "No channel layout specified. The encoder "
448                                                "will use Flac channel layout for "
449                                                "%d channels.\n", channels);
450         }
451     }
452
453     ret = ff_lpc_init(&s->lpc_ctx, avctx->frame_size,
454                       s->options.max_prediction_order, FF_LPC_TYPE_LEVINSON);
455
456     ff_bswapdsp_init(&s->bdsp);
457     ff_flacdsp_init(&s->flac_dsp, avctx->sample_fmt, channels,
458                     avctx->bits_per_raw_sample);
459
460     dprint_compression_options(s);
461
462     return ret;
463 }
464
465
466 static void init_frame(FlacEncodeContext *s, int nb_samples)
467 {
468     int i, ch;
469     FlacFrame *frame;
470
471     frame = &s->frame;
472
473     for (i = 0; i < 16; i++) {
474         if (nb_samples == ff_flac_blocksize_table[i]) {
475             frame->blocksize  = ff_flac_blocksize_table[i];
476             frame->bs_code[0] = i;
477             frame->bs_code[1] = 0;
478             break;
479         }
480     }
481     if (i == 16) {
482         frame->blocksize = nb_samples;
483         if (frame->blocksize <= 256) {
484             frame->bs_code[0] = 6;
485             frame->bs_code[1] = frame->blocksize-1;
486         } else {
487             frame->bs_code[0] = 7;
488             frame->bs_code[1] = frame->blocksize-1;
489         }
490     }
491
492     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
493         FlacSubframe *sub = &frame->subframes[ch];
494
495         sub->wasted = 0;
496         sub->obits  = s->avctx->bits_per_raw_sample;
497
498         if (sub->obits > 16)
499             sub->rc.coding_mode = CODING_MODE_RICE2;
500         else
501             sub->rc.coding_mode = CODING_MODE_RICE;
502     }
503
504     frame->verbatim_only = 0;
505 }
506
507
508 /**
509  * Copy channel-interleaved input samples into separate subframes.
510  */
511 static void copy_samples(FlacEncodeContext *s, const void *samples)
512 {
513     int i, j, ch;
514     FlacFrame *frame;
515     int shift = av_get_bytes_per_sample(s->avctx->sample_fmt) * 8 -
516                 s->avctx->bits_per_raw_sample;
517
518 #define COPY_SAMPLES(bits) do {                                     \
519     const int ## bits ## _t *samples0 = samples;                    \
520     frame = &s->frame;                                              \
521     for (i = 0, j = 0; i < frame->blocksize; i++)                   \
522         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++, j++)                   \
523             frame->subframes[ch].samples[i] = samples0[j] >> shift; \
524 } while (0)
525
526     if (s->avctx->sample_fmt == AV_SAMPLE_FMT_S16)
527         COPY_SAMPLES(16);
528     else
529         COPY_SAMPLES(32);
530 }
531
532
533 static uint64_t rice_count_exact(const int32_t *res, int n, int k)
534 {
535     int i;
536     uint64_t count = 0;
537
538     for (i = 0; i < n; i++) {
539         int32_t v = -2 * res[i] - 1;
540         v ^= v >> 31;
541         count += (v >> k) + 1 + k;
542     }
543     return count;
544 }
545
546
547 static uint64_t subframe_count_exact(FlacEncodeContext *s, FlacSubframe *sub,
548                                      int pred_order)
549 {
550     int p, porder, psize;
551     int i, part_end;
552     uint64_t count = 0;
553
554     /* subframe header */
555     count += 8;
556
557     if (sub->wasted)
558         count += sub->wasted;
559
560     /* subframe */
561     if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_CONSTANT) {
562         count += sub->obits;
563     } else if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_VERBATIM) {
564         count += s->frame.blocksize * sub->obits;
565     } else {
566         /* warm-up samples */
567         count += pred_order * sub->obits;
568
569         /* LPC coefficients */
570         if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_LPC)
571             count += 4 + 5 + pred_order * s->options.lpc_coeff_precision;
572
573         /* rice-encoded block */
574         count += 2;
575
576         /* partition order */
577         porder = sub->rc.porder;
578         psize  = s->frame.blocksize >> porder;
579         count += 4;
580
581         /* residual */
582         i        = pred_order;
583         part_end = psize;
584         for (p = 0; p < 1 << porder; p++) {
585             int k = sub->rc.params[p];
586             count += sub->rc.coding_mode;
587             count += rice_count_exact(&sub->residual[i], part_end - i, k);
588             i = part_end;
589             part_end = FFMIN(s->frame.blocksize, part_end + psize);
590         }
591     }
592
593     return count;
594 }
595
596
597 #define rice_encode_count(sum, n, k) (((n)*((k)+1))+((sum-(n>>1))>>(k)))
598
599 /**
600  * Solve for d/dk(rice_encode_count) = n-((sum-(n>>1))>>(k+1)) = 0.
601  */
602 static int find_optimal_param(uint64_t sum, int n, int max_param)
603 {
604     int k;
605     uint64_t sum2;
606
607     if (sum <= n >> 1)
608         return 0;
609     sum2 = sum - (n >> 1);
610     k    = av_log2(av_clipl_int32(sum2 / n));
611     return FFMIN(k, max_param);
612 }
613
614 static int find_optimal_param_exact(uint64_t sums[32][MAX_PARTITIONS], int i, int max_param)
615 {
616     int bestk = 0;
617     int64_t bestbits = INT64_MAX;
618     int k;
619
620     for (k = 0; k <= max_param; k++) {
621         int64_t bits = sums[k][i];
622         if (bits < bestbits) {
623             bestbits = bits;
624             bestk = k;
625         }
626     }
627
628     return bestk;
629 }
630
631 static uint64_t calc_optimal_rice_params(RiceContext *rc, int porder,
632                                          uint64_t sums[32][MAX_PARTITIONS],
633                                          int n, int pred_order, int max_param, int exact)
634 {
635     int i;
636     int k, cnt, part;
637     uint64_t all_bits;
638
639     part     = (1 << porder);
640     all_bits = 4 * part;
641
642     cnt = (n >> porder) - pred_order;
643     for (i = 0; i < part; i++) {
644         if (exact) {
645             k = find_optimal_param_exact(sums, i, max_param);
646             all_bits += sums[k][i];
647         } else {
648             k = find_optimal_param(sums[0][i], cnt, max_param);
649             all_bits += rice_encode_count(sums[0][i], cnt, k);
650         }
651         rc->params[i] = k;
652         cnt = n >> porder;
653     }
654
655     rc->porder = porder;
656
657     return all_bits;
658 }
659
660
661 static void calc_sum_top(int pmax, int kmax, const uint32_t *data, int n, int pred_order,
662                          uint64_t sums[32][MAX_PARTITIONS])
663 {
664     int i, k;
665     int parts;
666     const uint32_t *res, *res_end;
667
668     /* sums for highest level */
669     parts   = (1 << pmax);
670
671     for (k = 0; k <= kmax; k++) {
672         res     = &data[pred_order];
673         res_end = &data[n >> pmax];
674         for (i = 0; i < parts; i++) {
675             if (kmax) {
676                 uint64_t sum = (1LL + k) * (res_end - res);
677                 while (res < res_end)
678                     sum += *(res++) >> k;
679                 sums[k][i] = sum;
680             } else {
681                 uint64_t sum = 0;
682                 while (res < res_end)
683                     sum += *(res++);
684                 sums[k][i] = sum;
685             }
686             res_end += n >> pmax;
687         }
688     }
689 }
690
691 static void calc_sum_next(int level, uint64_t sums[32][MAX_PARTITIONS], int kmax)
692 {
693     int i, k;
694     int parts = (1 << level);
695     for (i = 0; i < parts; i++) {
696         for (k=0; k<=kmax; k++)
697             sums[k][i] = sums[k][2*i] + sums[k][2*i+1];
698     }
699 }
700
701 static uint64_t calc_rice_params(RiceContext *rc,
702                                  uint32_t udata[FLAC_MAX_BLOCKSIZE],
703                                  uint64_t sums[32][MAX_PARTITIONS],
704                                  int pmin, int pmax,
705                                  const int32_t *data, int n, int pred_order, int exact)
706 {
707     int i;
708     uint64_t bits[MAX_PARTITION_ORDER+1];
709     int opt_porder;
710     RiceContext tmp_rc;
711     int kmax = (1 << rc->coding_mode) - 2;
712
713     av_assert1(pmin >= 0 && pmin <= MAX_PARTITION_ORDER);
714     av_assert1(pmax >= 0 && pmax <= MAX_PARTITION_ORDER);
715     av_assert1(pmin <= pmax);
716
717     tmp_rc.coding_mode = rc->coding_mode;
718
719     for (i = 0; i < n; i++)
720         udata[i] = (2 * data[i]) ^ (data[i] >> 31);
721
722     calc_sum_top(pmax, exact ? kmax : 0, udata, n, pred_order, sums);
723
724     opt_porder = pmin;
725     bits[pmin] = UINT32_MAX;
726     for (i = pmax; ; ) {
727         bits[i] = calc_optimal_rice_params(&tmp_rc, i, sums, n, pred_order, kmax, exact);
728         if (bits[i] < bits[opt_porder] || pmax == pmin) {
729             opt_porder = i;
730             *rc = tmp_rc;
731         }
732         if (i == pmin)
733             break;
734         calc_sum_next(--i, sums, exact ? kmax : 0);
735     }
736
737     return bits[opt_porder];
738 }
739
740
741 static int get_max_p_order(int max_porder, int n, int order)
742 {
743     int porder = FFMIN(max_porder, av_log2(n^(n-1)));
744     if (order > 0)
745         porder = FFMIN(porder, av_log2(n/order));
746     return porder;
747 }
748
749
750 static uint64_t find_subframe_rice_params(FlacEncodeContext *s,
751                                           FlacSubframe *sub, int pred_order)
752 {
753     int pmin = get_max_p_order(s->options.min_partition_order,
754                                s->frame.blocksize, pred_order);
755     int pmax = get_max_p_order(s->options.max_partition_order,
756                                s->frame.blocksize, pred_order);
757
758     uint64_t bits = 8 + pred_order * sub->obits + 2 + sub->rc.coding_mode;
759     if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_LPC)
760         bits += 4 + 5 + pred_order * s->options.lpc_coeff_precision;
761     bits += calc_rice_params(&sub->rc, sub->rc_udata, sub->rc_sums, pmin, pmax, sub->residual,
762                              s->frame.blocksize, pred_order, s->options.exact_rice_parameters);
763     return bits;
764 }
765
766
767 static void encode_residual_fixed(int32_t *res, const int32_t *smp, int n,
768                                   int order)
769 {
770     int i;
771
772     for (i = 0; i < order; i++)
773         res[i] = smp[i];
774
775     if (order == 0) {
776         for (i = order; i < n; i++)
777             res[i] = smp[i];
778     } else if (order == 1) {
779         for (i = order; i < n; i++)
780             res[i] = smp[i] - smp[i-1];
781     } else if (order == 2) {
782         int a = smp[order-1] - smp[order-2];
783         for (i = order; i < n; i += 2) {
784             int b    = smp[i  ] - smp[i-1];
785             res[i]   = b - a;
786             a        = smp[i+1] - smp[i  ];
787             res[i+1] = a - b;
788         }
789     } else if (order == 3) {
790         int a = smp[order-1] -   smp[order-2];
791         int c = smp[order-1] - 2*smp[order-2] + smp[order-3];
792         for (i = order; i < n; i += 2) {
793             int b    = smp[i  ] - smp[i-1];
794             int d    = b - a;
795             res[i]   = d - c;
796             a        = smp[i+1] - smp[i  ];
797             c        = a - b;
798             res[i+1] = c - d;
799         }
800     } else {
801         int a = smp[order-1] -   smp[order-2];
802         int c = smp[order-1] - 2*smp[order-2] +   smp[order-3];
803         int e = smp[order-1] - 3*smp[order-2] + 3*smp[order-3] - smp[order-4];
804         for (i = order; i < n; i += 2) {
805             int b    = smp[i  ] - smp[i-1];
806             int d    = b - a;
807             int f    = d - c;
808             res[i  ] = f - e;
809             a        = smp[i+1] - smp[i  ];
810             c        = a - b;
811             e        = c - d;
812             res[i+1] = e - f;
813         }
814     }
815 }
816
817
818 static int encode_residual_ch(FlacEncodeContext *s, int ch)
819 {
820     int i, n;
821     int min_order, max_order, opt_order, omethod;
822     FlacFrame *frame;
823     FlacSubframe *sub;
824     int32_t coefs[MAX_LPC_ORDER][MAX_LPC_ORDER];
825     int shift[MAX_LPC_ORDER];
826     int32_t *res, *smp;
827
828     frame = &s->frame;
829     sub   = &frame->subframes[ch];
830     res   = sub->residual;
831     smp   = sub->samples;
832     n     = frame->blocksize;
833
834     /* CONSTANT */
835     for (i = 1; i < n; i++)
836         if(smp[i] != smp[0])
837             break;
838     if (i == n) {
839         sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_CONSTANT;
840         res[0] = smp[0];
841         return subframe_count_exact(s, sub, 0);
842     }
843
844     /* VERBATIM */
845     if (frame->verbatim_only || n < 5) {
846         sub->type = sub->type_code = FLAC_SUBFRAME_VERBATIM;
847         memcpy(res, smp, n * sizeof(int32_t));
848         return subframe_count_exact(s, sub, 0);
849     }
850
851     min_order  = s->options.min_prediction_order;
852     max_order  = s->options.max_prediction_order;
853     omethod    = s->options.prediction_order_method;
854
855     /* FIXED */
856     sub->type = FLAC_SUBFRAME_FIXED;
857     if (s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_NONE  ||
858         s->options.lpc_type == FF_LPC_TYPE_FIXED || n <= max_order) {
859         uint64_t bits[MAX_FIXED_ORDER+1];
860         if (max_order > MAX_FIXED_ORDER)
861             max_order = MAX_FIXED_ORDER;
862         opt_order = 0;
863         bits[0]   = UINT32_MAX;
864         for (i = min_order; i <= max_order; i++) {
865             encode_residual_fixed(res, smp, n, i);
866             bits[i] = find_subframe_rice_params(s, sub, i);
867             if (bits[i] < bits[opt_order])
868                 opt_order = i;
869         }
870         sub->order     = opt_order;
871         sub->type_code = sub->type | sub->order;
872         if (sub->order != max_order) {
873             encode_residual_fixed(res, smp, n, sub->order);
874             find_subframe_rice_params(s, sub, sub->order);
875         }
876         return subframe_count_exact(s, sub, sub->order);
877     }
878
879     /* LPC */
880     sub->type = FLAC_SUBFRAME_LPC;
881     opt_order = ff_lpc_calc_coefs(&s->lpc_ctx, smp, n, min_order, max_order,
882                                   s->options.lpc_coeff_precision, coefs, shift, s->options.lpc_type,
883                                   s->options.lpc_passes, omethod,
884                                   MAX_LPC_SHIFT, 0);
885
886     if (omethod == ORDER_METHOD_2LEVEL ||
887         omethod == ORDER_METHOD_4LEVEL ||
888         omethod == ORDER_METHOD_8LEVEL) {
889         int levels = 1 << omethod;
890         uint64_t bits[1 << ORDER_METHOD_8LEVEL];
891         int order       = -1;
892         int opt_index   = levels-1;
893         opt_order       = max_order-1;
894         bits[opt_index] = UINT32_MAX;
895         for (i = levels-1; i >= 0; i--) {
896             int last_order = order;
897             order = min_order + (((max_order-min_order+1) * (i+1)) / levels)-1;
898             order = av_clip(order, min_order - 1, max_order - 1);
899             if (order == last_order)
900                 continue;
901             if (s->bps_code * 4 + s->options.lpc_coeff_precision + av_log2(order) <= 32) {
902                 s->flac_dsp.lpc16_encode(res, smp, n, order+1, coefs[order],
903                                          shift[order]);
904             } else {
905                 s->flac_dsp.lpc32_encode(res, smp, n, order+1, coefs[order],
906                                          shift[order]);
907             }
908             bits[i] = find_subframe_rice_params(s, sub, order+1);
909             if (bits[i] < bits[opt_index]) {
910                 opt_index = i;
911                 opt_order = order;
912             }
913         }
914         opt_order++;
915     } else if (omethod == ORDER_METHOD_SEARCH) {
916         // brute-force optimal order search
917         uint64_t bits[MAX_LPC_ORDER];
918         opt_order = 0;
919         bits[0]   = UINT32_MAX;
920         for (i = min_order-1; i < max_order; i++) {
921             if (s->bps_code * 4 + s->options.lpc_coeff_precision + av_log2(i) <= 32) {
922                 s->flac_dsp.lpc16_encode(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
923             } else {
924                 s->flac_dsp.lpc32_encode(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
925             }
926             bits[i] = find_subframe_rice_params(s, sub, i+1);
927             if (bits[i] < bits[opt_order])
928                 opt_order = i;
929         }
930         opt_order++;
931     } else if (omethod == ORDER_METHOD_LOG) {
932         uint64_t bits[MAX_LPC_ORDER];
933         int step;
934
935         opt_order = min_order - 1 + (max_order-min_order)/3;
936         memset(bits, -1, sizeof(bits));
937
938         for (step = 16; step; step >>= 1) {
939             int last = opt_order;
940             for (i = last-step; i <= last+step; i += step) {
941                 if (i < min_order-1 || i >= max_order || bits[i] < UINT32_MAX)
942                     continue;
943                 if (s->bps_code * 4 + s->options.lpc_coeff_precision + av_log2(i) <= 32) {
944                     s->flac_dsp.lpc32_encode(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
945                 } else {
946                     s->flac_dsp.lpc16_encode(res, smp, n, i+1, coefs[i], shift[i]);
947                 }
948                 bits[i] = find_subframe_rice_params(s, sub, i+1);
949                 if (bits[i] < bits[opt_order])
950                     opt_order = i;
951             }
952         }
953         opt_order++;
954     }
955
956     if (s->options.multi_dim_quant) {
957         int allsteps = 1;
958         int i, step, improved;
959         int64_t best_score = INT64_MAX;
960         int32_t qmax;
961
962         qmax = (1 << (s->options.lpc_coeff_precision - 1)) - 1;
963
964         for (i=0; i<opt_order; i++)
965             allsteps *= 3;
966
967         do {
968             improved = 0;
969             for (step = 0; step < allsteps; step++) {
970                 int tmp = step;
971                 int32_t lpc_try[MAX_LPC_ORDER];
972                 int64_t score = 0;
973                 int diffsum = 0;
974
975                 for (i=0; i<opt_order; i++) {
976                     int diff = ((tmp + 1) % 3) - 1;
977                     lpc_try[i] = av_clip(coefs[opt_order - 1][i] + diff, -qmax, qmax);
978                     tmp /= 3;
979                     diffsum += !!diff;
980                 }
981                 if (diffsum >8)
982                     continue;
983
984                 if (s->bps_code * 4 + s->options.lpc_coeff_precision + av_log2(opt_order - 1) <= 32) {
985                     s->flac_dsp.lpc16_encode(res, smp, n, opt_order, lpc_try, shift[opt_order-1]);
986                 } else {
987                     s->flac_dsp.lpc32_encode(res, smp, n, opt_order, lpc_try, shift[opt_order-1]);
988                 }
989                 score = find_subframe_rice_params(s, sub, opt_order);
990                 if (score < best_score) {
991                     best_score = score;
992                     memcpy(coefs[opt_order-1], lpc_try, sizeof(*coefs));
993                     improved=1;
994                 }
995             }
996         } while(improved);
997     }
998
999     sub->order     = opt_order;
1000     sub->type_code = sub->type | (sub->order-1);
1001     sub->shift     = shift[sub->order-1];
1002     for (i = 0; i < sub->order; i++)
1003         sub->coefs[i] = coefs[sub->order-1][i];
1004
1005     if (s->bps_code * 4 + s->options.lpc_coeff_precision + av_log2(opt_order) <= 32) {
1006         s->flac_dsp.lpc16_encode(res, smp, n, sub->order, sub->coefs, sub->shift);
1007     } else {
1008         s->flac_dsp.lpc32_encode(res, smp, n, sub->order, sub->coefs, sub->shift);
1009     }
1010
1011     find_subframe_rice_params(s, sub, sub->order);
1012
1013     return subframe_count_exact(s, sub, sub->order);
1014 }
1015
1016
1017 static int count_frame_header(FlacEncodeContext *s)
1018 {
1019     uint8_t av_unused tmp;
1020     int count;
1021
1022     /*
1023     <14> Sync code
1024     <1>  Reserved
1025     <1>  Blocking strategy
1026     <4>  Block size in inter-channel samples
1027     <4>  Sample rate
1028     <4>  Channel assignment
1029     <3>  Sample size in bits
1030     <1>  Reserved
1031     */
1032     count = 32;
1033
1034     /* coded frame number */
1035     PUT_UTF8(s->frame_count, tmp, count += 8;)
1036
1037     /* explicit block size */
1038     if (s->frame.bs_code[0] == 6)
1039         count += 8;
1040     else if (s->frame.bs_code[0] == 7)
1041         count += 16;
1042
1043     /* explicit sample rate */
1044     count += ((s->sr_code[0] == 12) + (s->sr_code[0] > 12) * 2) * 8;
1045
1046     /* frame header CRC-8 */
1047     count += 8;
1048
1049     return count;
1050 }
1051
1052
1053 static int encode_frame(FlacEncodeContext *s)
1054 {
1055     int ch;
1056     uint64_t count;
1057
1058     count = count_frame_header(s);
1059
1060     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
1061         count += encode_residual_ch(s, ch);
1062
1063     count += (8 - (count & 7)) & 7; // byte alignment
1064     count += 16;                    // CRC-16
1065
1066     count >>= 3;
1067     if (count > INT_MAX)
1068         return AVERROR_BUG;
1069     return count;
1070 }
1071
1072
1073 static void remove_wasted_bits(FlacEncodeContext *s)
1074 {
1075     int ch, i;
1076
1077     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1078         FlacSubframe *sub = &s->frame.subframes[ch];
1079         int32_t v         = 0;
1080
1081         for (i = 0; i < s->frame.blocksize; i++) {
1082             v |= sub->samples[i];
1083             if (v & 1)
1084                 break;
1085         }
1086
1087         if (v && !(v & 1)) {
1088             v = ff_ctz(v);
1089
1090             for (i = 0; i < s->frame.blocksize; i++)
1091                 sub->samples[i] >>= v;
1092
1093             sub->wasted = v;
1094             sub->obits -= v;
1095
1096             /* for 24-bit, check if removing wasted bits makes the range better
1097                suited for using RICE instead of RICE2 for entropy coding */
1098             if (sub->obits <= 17)
1099                 sub->rc.coding_mode = CODING_MODE_RICE;
1100         }
1101     }
1102 }
1103
1104
1105 static int estimate_stereo_mode(const int32_t *left_ch, const int32_t *right_ch, int n,
1106                                 int max_rice_param)
1107 {
1108     int i, best;
1109     int32_t lt, rt;
1110     uint64_t sum[4];
1111     uint64_t score[4];
1112     int k;
1113
1114     /* calculate sum of 2nd order residual for each channel */
1115     sum[0] = sum[1] = sum[2] = sum[3] = 0;
1116     for (i = 2; i < n; i++) {
1117         lt = left_ch[i]  - 2*left_ch[i-1]  + left_ch[i-2];
1118         rt = right_ch[i] - 2*right_ch[i-1] + right_ch[i-2];
1119         sum[2] += FFABS((lt + rt) >> 1);
1120         sum[3] += FFABS(lt - rt);
1121         sum[0] += FFABS(lt);
1122         sum[1] += FFABS(rt);
1123     }
1124     /* estimate bit counts */
1125     for (i = 0; i < 4; i++) {
1126         k      = find_optimal_param(2 * sum[i], n, max_rice_param);
1127         sum[i] = rice_encode_count( 2 * sum[i], n, k);
1128     }
1129
1130     /* calculate score for each mode */
1131     score[0] = sum[0] + sum[1];
1132     score[1] = sum[0] + sum[3];
1133     score[2] = sum[1] + sum[3];
1134     score[3] = sum[2] + sum[3];
1135
1136     /* return mode with lowest score */
1137     best = 0;
1138     for (i = 1; i < 4; i++)
1139         if (score[i] < score[best])
1140             best = i;
1141
1142     return best;
1143 }
1144
1145
1146 /**
1147  * Perform stereo channel decorrelation.
1148  */
1149 static void channel_decorrelation(FlacEncodeContext *s)
1150 {
1151     FlacFrame *frame;
1152     int32_t *left, *right;
1153     int i, n;
1154
1155     frame = &s->frame;
1156     n     = frame->blocksize;
1157     left  = frame->subframes[0].samples;
1158     right = frame->subframes[1].samples;
1159
1160     if (s->channels != 2) {
1161         frame->ch_mode = FLAC_CHMODE_INDEPENDENT;
1162         return;
1163     }
1164
1165     if (s->options.ch_mode < 0) {
1166         int max_rice_param = (1 << frame->subframes[0].rc.coding_mode) - 2;
1167         frame->ch_mode = estimate_stereo_mode(left, right, n, max_rice_param);
1168     } else
1169         frame->ch_mode = s->options.ch_mode;
1170
1171     /* perform decorrelation and adjust bits-per-sample */
1172     if (frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_INDEPENDENT)
1173         return;
1174     if (frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_MID_SIDE) {
1175         int32_t tmp;
1176         for (i = 0; i < n; i++) {
1177             tmp      = left[i];
1178             left[i]  = (tmp + right[i]) >> 1;
1179             right[i] =  tmp - right[i];
1180         }
1181         frame->subframes[1].obits++;
1182     } else if (frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_LEFT_SIDE) {
1183         for (i = 0; i < n; i++)
1184             right[i] = left[i] - right[i];
1185         frame->subframes[1].obits++;
1186     } else {
1187         for (i = 0; i < n; i++)
1188             left[i] -= right[i];
1189         frame->subframes[0].obits++;
1190     }
1191 }
1192
1193
1194 static void write_utf8(PutBitContext *pb, uint32_t val)
1195 {
1196     uint8_t tmp;
1197     PUT_UTF8(val, tmp, put_bits(pb, 8, tmp);)
1198 }
1199
1200
1201 static void write_frame_header(FlacEncodeContext *s)
1202 {
1203     FlacFrame *frame;
1204     int crc;
1205
1206     frame = &s->frame;
1207
1208     put_bits(&s->pb, 16, 0xFFF8);
1209     put_bits(&s->pb, 4, frame->bs_code[0]);
1210     put_bits(&s->pb, 4, s->sr_code[0]);
1211
1212     if (frame->ch_mode == FLAC_CHMODE_INDEPENDENT)
1213         put_bits(&s->pb, 4, s->channels-1);
1214     else
1215         put_bits(&s->pb, 4, frame->ch_mode + FLAC_MAX_CHANNELS - 1);
1216
1217     put_bits(&s->pb, 3, s->bps_code);
1218     put_bits(&s->pb, 1, 0);
1219     write_utf8(&s->pb, s->frame_count);
1220
1221     if (frame->bs_code[0] == 6)
1222         put_bits(&s->pb, 8, frame->bs_code[1]);
1223     else if (frame->bs_code[0] == 7)
1224         put_bits(&s->pb, 16, frame->bs_code[1]);
1225
1226     if (s->sr_code[0] == 12)
1227         put_bits(&s->pb, 8, s->sr_code[1]);
1228     else if (s->sr_code[0] > 12)
1229         put_bits(&s->pb, 16, s->sr_code[1]);
1230
1231     flush_put_bits(&s->pb);
1232     crc = av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_8_ATM), 0, s->pb.buf,
1233                  put_bits_count(&s->pb) >> 3);
1234     put_bits(&s->pb, 8, crc);
1235 }
1236
1237
1238 static void write_subframes(FlacEncodeContext *s)
1239 {
1240     int ch;
1241
1242     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1243         FlacSubframe *sub = &s->frame.subframes[ch];
1244         int i, p, porder, psize;
1245         int32_t *part_end;
1246         int32_t *res       =  sub->residual;
1247         int32_t *frame_end = &sub->residual[s->frame.blocksize];
1248
1249         /* subframe header */
1250         put_bits(&s->pb, 1, 0);
1251         put_bits(&s->pb, 6, sub->type_code);
1252         put_bits(&s->pb, 1, !!sub->wasted);
1253         if (sub->wasted)
1254             put_bits(&s->pb, sub->wasted, 1);
1255
1256         /* subframe */
1257         if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_CONSTANT) {
1258             put_sbits(&s->pb, sub->obits, res[0]);
1259         } else if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_VERBATIM) {
1260             while (res < frame_end)
1261                 put_sbits(&s->pb, sub->obits, *res++);
1262         } else {
1263             /* warm-up samples */
1264             for (i = 0; i < sub->order; i++)
1265                 put_sbits(&s->pb, sub->obits, *res++);
1266
1267             /* LPC coefficients */
1268             if (sub->type == FLAC_SUBFRAME_LPC) {
1269                 int cbits = s->options.lpc_coeff_precision;
1270                 put_bits( &s->pb, 4, cbits-1);
1271                 put_sbits(&s->pb, 5, sub->shift);
1272                 for (i = 0; i < sub->order; i++)
1273                     put_sbits(&s->pb, cbits, sub->coefs[i]);
1274             }
1275
1276             /* rice-encoded block */
1277             put_bits(&s->pb, 2, sub->rc.coding_mode - 4);
1278
1279             /* partition order */
1280             porder  = sub->rc.porder;
1281             psize   = s->frame.blocksize >> porder;
1282             put_bits(&s->pb, 4, porder);
1283
1284             /* residual */
1285             part_end  = &sub->residual[psize];
1286             for (p = 0; p < 1 << porder; p++) {
1287                 int k = sub->rc.params[p];
1288                 put_bits(&s->pb, sub->rc.coding_mode, k);
1289                 while (res < part_end)
1290                     set_sr_golomb_flac(&s->pb, *res++, k, INT32_MAX, 0);
1291                 part_end = FFMIN(frame_end, part_end + psize);
1292             }
1293         }
1294     }
1295 }
1296
1297
1298 static void write_frame_footer(FlacEncodeContext *s)
1299 {
1300     int crc;
1301     flush_put_bits(&s->pb);
1302     crc = av_bswap16(av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI), 0, s->pb.buf,
1303                             put_bits_count(&s->pb)>>3));
1304     put_bits(&s->pb, 16, crc);
1305     flush_put_bits(&s->pb);
1306 }
1307
1308
1309 static int write_frame(FlacEncodeContext *s, AVPacket *avpkt)
1310 {
1311     init_put_bits(&s->pb, avpkt->data, avpkt->size);
1312     write_frame_header(s);
1313     write_subframes(s);
1314     write_frame_footer(s);
1315     return put_bits_count(&s->pb) >> 3;
1316 }
1317
1318
1319 static int update_md5_sum(FlacEncodeContext *s, const void *samples)
1320 {
1321     const uint8_t *buf;
1322     int buf_size = s->frame.blocksize * s->channels *
1323                    ((s->avctx->bits_per_raw_sample + 7) / 8);
1324
1325     if (s->avctx->bits_per_raw_sample > 16 || HAVE_BIGENDIAN) {
1326         av_fast_malloc(&s->md5_buffer, &s->md5_buffer_size, buf_size);
1327         if (!s->md5_buffer)
1328             return AVERROR(ENOMEM);
1329     }
1330
1331     if (s->avctx->bits_per_raw_sample <= 16) {
1332         buf = (const uint8_t *)samples;
1333 #if HAVE_BIGENDIAN
1334         s->bdsp.bswap16_buf((uint16_t *) s->md5_buffer,
1335                             (const uint16_t *) samples, buf_size / 2);
1336         buf = s->md5_buffer;
1337 #endif
1338     } else {
1339         int i;
1340         const int32_t *samples0 = samples;
1341         uint8_t *tmp            = s->md5_buffer;
1342
1343         for (i = 0; i < s->frame.blocksize * s->channels; i++) {
1344             int32_t v = samples0[i] >> 8;
1345             AV_WL24(tmp + 3*i, v);
1346         }
1347         buf = s->md5_buffer;
1348     }
1349     av_md5_update(s->md5ctx, buf, buf_size);
1350
1351     return 0;
1352 }
1353
1354
1355 static int flac_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
1356                              const AVFrame *frame, int *got_packet_ptr)
1357 {
1358     FlacEncodeContext *s;
1359     int frame_bytes, out_bytes, ret;
1360
1361     s = avctx->priv_data;
1362
1363     /* when the last block is reached, update the header in extradata */
1364     if (!frame) {
1365         s->max_framesize = s->max_encoded_framesize;
1366         av_md5_final(s->md5ctx, s->md5sum);
1367         write_streaminfo(s, avctx->extradata);
1368
1369 #if FF_API_SIDEDATA_ONLY_PKT
1370 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1371         if (avctx->side_data_only_packets && !s->flushed) {
1372 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1373 #else
1374         if (!s->flushed) {
1375 #endif
1376             uint8_t *side_data = av_packet_new_side_data(avpkt, AV_PKT_DATA_NEW_EXTRADATA,
1377                                                          avctx->extradata_size);
1378             if (!side_data)
1379                 return AVERROR(ENOMEM);
1380             memcpy(side_data, avctx->extradata, avctx->extradata_size);
1381
1382             avpkt->pts = s->next_pts;
1383
1384             *got_packet_ptr = 1;
1385             s->flushed = 1;
1386         }
1387
1388         return 0;
1389     }
1390
1391     /* change max_framesize for small final frame */
1392     if (frame->nb_samples < s->frame.blocksize) {
1393         s->max_framesize = ff_flac_get_max_frame_size(frame->nb_samples,
1394                                                       s->channels,
1395                                                       avctx->bits_per_raw_sample);
1396     }
1397
1398     init_frame(s, frame->nb_samples);
1399
1400     copy_samples(s, frame->data[0]);
1401
1402     channel_decorrelation(s);
1403
1404     remove_wasted_bits(s);
1405
1406     frame_bytes = encode_frame(s);
1407
1408     /* Fall back on verbatim mode if the compressed frame is larger than it
1409        would be if encoded uncompressed. */
1410     if (frame_bytes < 0 || frame_bytes > s->max_framesize) {
1411         s->frame.verbatim_only = 1;
1412         frame_bytes = encode_frame(s);
1413         if (frame_bytes < 0) {
1414             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Bad frame count\n");
1415             return frame_bytes;
1416         }
1417     }
1418
1419     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, avpkt, frame_bytes, 0)) < 0)
1420         return ret;
1421
1422     out_bytes = write_frame(s, avpkt);
1423
1424     s->frame_count++;
1425     s->sample_count += frame->nb_samples;
1426     if ((ret = update_md5_sum(s, frame->data[0])) < 0) {
1427         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error updating MD5 checksum\n");
1428         return ret;
1429     }
1430     if (out_bytes > s->max_encoded_framesize)
1431         s->max_encoded_framesize = out_bytes;
1432     if (out_bytes < s->min_framesize)
1433         s->min_framesize = out_bytes;
1434
1435     avpkt->pts      = frame->pts;
1436     avpkt->duration = ff_samples_to_time_base(avctx, frame->nb_samples);
1437     avpkt->size     = out_bytes;
1438
1439     s->next_pts = avpkt->pts + avpkt->duration;
1440
1441     *got_packet_ptr = 1;
1442     return 0;
1443 }
1444
1445
1446 static av_cold int flac_encode_close(AVCodecContext *avctx)
1447 {
1448     if (avctx->priv_data) {
1449         FlacEncodeContext *s = avctx->priv_data;
1450         av_freep(&s->md5ctx);
1451         av_freep(&s->md5_buffer);
1452         ff_lpc_end(&s->lpc_ctx);
1453     }
1454     av_freep(&avctx->extradata);
1455     avctx->extradata_size = 0;
1456     return 0;
1457 }
1458
1459 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM | AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM
1460 static const AVOption options[] = {
1461 { "lpc_coeff_precision", "LPC coefficient precision", offsetof(FlacEncodeContext, options.lpc_coeff_precision), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 15 }, 0, MAX_LPC_PRECISION, FLAGS },
1462 { "lpc_type", "LPC algorithm", offsetof(FlacEncodeContext, options.lpc_type), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = FF_LPC_TYPE_DEFAULT }, FF_LPC_TYPE_DEFAULT, FF_LPC_TYPE_NB-1, FLAGS, "lpc_type" },
1463 { "none",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = FF_LPC_TYPE_NONE },     INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "lpc_type" },
1464 { "fixed",    NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = FF_LPC_TYPE_FIXED },    INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "lpc_type" },
1465 { "levinson", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = FF_LPC_TYPE_LEVINSON }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "lpc_type" },
1466 { "cholesky", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = FF_LPC_TYPE_CHOLESKY }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "lpc_type" },
1467 { "lpc_passes", "Number of passes to use for Cholesky factorization during LPC analysis", offsetof(FlacEncodeContext, options.lpc_passes),  AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 2 }, 1, INT_MAX, FLAGS },
1468 { "min_partition_order",  NULL, offsetof(FlacEncodeContext, options.min_partition_order),  AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = -1 },      -1, MAX_PARTITION_ORDER, FLAGS },
1469 { "max_partition_order",  NULL, offsetof(FlacEncodeContext, options.max_partition_order),  AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = -1 },      -1, MAX_PARTITION_ORDER, FLAGS },
1470 { "prediction_order_method", "Search method for selecting prediction order", offsetof(FlacEncodeContext, options.prediction_order_method), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = -1 }, -1, ORDER_METHOD_LOG, FLAGS, "predm" },
1471 { "estimation", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_EST },    INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1472 { "2level",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_2LEVEL }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1473 { "4level",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_4LEVEL }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1474 { "8level",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_8LEVEL }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1475 { "search",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_SEARCH }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1476 { "log",        NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = ORDER_METHOD_LOG },    INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "predm" },
1477 { "ch_mode", "Stereo decorrelation mode", offsetof(FlacEncodeContext, options.ch_mode), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = -1 }, -1, FLAC_CHMODE_MID_SIDE, FLAGS, "ch_mode" },
1478 { "auto",       NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = -1                      }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "ch_mode" },
1479 { "indep",      NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FLAC_CHMODE_INDEPENDENT }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "ch_mode" },
1480 { "left_side",  NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FLAC_CHMODE_LEFT_SIDE   }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "ch_mode" },
1481 { "right_side", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FLAC_CHMODE_RIGHT_SIDE  }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "ch_mode" },
1482 { "mid_side",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FLAC_CHMODE_MID_SIDE    }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "ch_mode" },
1483 { "exact_rice_parameters", "Calculate rice parameters exactly", offsetof(FlacEncodeContext, options.exact_rice_parameters), AV_OPT_TYPE_BOOL, { .i64 = 0 }, 0, 1, FLAGS },
1484 { "multi_dim_quant",       "Multi-dimensional quantization",    offsetof(FlacEncodeContext, options.multi_dim_quant),       AV_OPT_TYPE_BOOL, { .i64 = 0 }, 0, 1, FLAGS },
1485 { "min_prediction_order", NULL, offsetof(FlacEncodeContext, options.min_prediction_order), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = -1 }, -1, MAX_LPC_ORDER, FLAGS },
1486 { "max_prediction_order", NULL, offsetof(FlacEncodeContext, options.max_prediction_order), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = -1 }, -1, MAX_LPC_ORDER, FLAGS },
1487
1488 { NULL },
1489 };
1490
1491 static const AVClass flac_encoder_class = {
1492     .class_name = "FLAC encoder",
1493     .item_name  = av_default_item_name,
1494     .option     = options,
1495     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
1496 };
1497
1498 AVCodec ff_flac_encoder = {
1499     .name           = "flac",
1500     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("FLAC (Free Lossless Audio Codec)"),
1501     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1502     .id             = AV_CODEC_ID_FLAC,
1503     .priv_data_size = sizeof(FlacEncodeContext),
1504     .init           = flac_encode_init,
1505     .encode2        = flac_encode_frame,
1506     .close          = flac_encode_close,
1507     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_SMALL_LAST_FRAME | AV_CODEC_CAP_DELAY | AV_CODEC_CAP_LOSSLESS,
1508     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_S16,
1509                                                      AV_SAMPLE_FMT_S32,
1510                                                      AV_SAMPLE_FMT_NONE },
1511     .priv_class     = &flac_encoder_class,
1512 };