Increase surround allocation offset for smaller frame sizes
[opus.git] / src / opus_multistream_encoder.c
1 /* Copyright (c) 2011 Xiph.Org Foundation
2    Written by Jean-Marc Valin */
3 /*
4    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
5    modification, are permitted provided that the following conditions
6    are met:
7
8    - Redistributions of source code must retain the above copyright
9    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10
11    - Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
12    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
13    documentation and/or other materials provided with the distribution.
14
15    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
16    ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
17    LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
18    A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER
19    OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
20    EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
21    PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
22    PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
23    LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
24    NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
25    SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
26 */
27
28 #ifdef HAVE_CONFIG_H
29 #include "config.h"
30 #endif
31
32 #include "opus_multistream.h"
33 #include "opus.h"
34 #include "opus_private.h"
35 #include "stack_alloc.h"
36 #include <stdarg.h>
37 #include "float_cast.h"
38 #include "os_support.h"
39 #include "mathops.h"
40 #include "mdct.h"
41 #include "modes.h"
42 #include "bands.h"
43 #include "quant_bands.h"
44
45 typedef struct {
46    int nb_streams;
47    int nb_coupled_streams;
48    unsigned char mapping[8];
49 } VorbisLayout;
50
51 /* Index is nb_channel-1*/
52 static const VorbisLayout vorbis_mappings[8] = {
53       {1, 0, {0}},                      /* 1: mono */
54       {1, 1, {0, 1}},                   /* 2: stereo */
55       {2, 1, {0, 2, 1}},                /* 3: 1-d surround */
56       {2, 2, {0, 1, 2, 3}},             /* 4: quadraphonic surround */
57       {3, 2, {0, 4, 1, 2, 3}},          /* 5: 5-channel surround */
58       {4, 2, {0, 4, 1, 2, 3, 5}},       /* 6: 5.1 surround */
59       {4, 3, {0, 4, 1, 2, 3, 5, 6}},    /* 7: 6.1 surround */
60       {5, 3, {0, 6, 1, 2, 3, 4, 5, 7}}, /* 8: 7.1 surround */
61 };
62
63 typedef void (*opus_copy_channel_in_func)(
64   opus_val16 *dst,
65   int dst_stride,
66   const void *src,
67   int src_stride,
68   int src_channel,
69   int frame_size
70 );
71
72 struct OpusMSEncoder {
73    ChannelLayout layout;
74    int lfe_stream;
75    int application;
76    int variable_duration;
77    int surround;
78    opus_int32 bitrate_bps;
79    opus_val32 subframe_mem[3];
80    /* Encoder states go here */
81    /* then opus_val32 window_mem[channels*120]; */
82    /* then opus_val32 preemph_mem[channels]; */
83 };
84
85 static opus_val32 *ms_get_preemph_mem(OpusMSEncoder *st)
86 {
87    int s;
88    char *ptr;
89    int coupled_size, mono_size;
90
91    coupled_size = opus_encoder_get_size(2);
92    mono_size = opus_encoder_get_size(1);
93    ptr = (char*)st + align(sizeof(OpusMSEncoder));
94    for (s=0;s<st->layout.nb_streams;s++)
95    {
96       if (s < st->layout.nb_coupled_streams)
97          ptr += align(coupled_size);
98       else
99          ptr += align(mono_size);
100    }
101    return (opus_val32*)(ptr+st->layout.nb_channels*120*sizeof(opus_val32));
102 }
103
104 static opus_val32 *ms_get_window_mem(OpusMSEncoder *st)
105 {
106    int s;
107    char *ptr;
108    int coupled_size, mono_size;
109
110    coupled_size = opus_encoder_get_size(2);
111    mono_size = opus_encoder_get_size(1);
112    ptr = (char*)st + align(sizeof(OpusMSEncoder));
113    for (s=0;s<st->layout.nb_streams;s++)
114    {
115       if (s < st->layout.nb_coupled_streams)
116          ptr += align(coupled_size);
117       else
118          ptr += align(mono_size);
119    }
120    return (opus_val32*)ptr;
121 }
122
123 static int validate_encoder_layout(const ChannelLayout *layout)
124 {
125    int s;
126    for (s=0;s<layout->nb_streams;s++)
127    {
128       if (s < layout->nb_coupled_streams)
129       {
130          if (get_left_channel(layout, s, -1)==-1)
131             return 0;
132          if (get_right_channel(layout, s, -1)==-1)
133             return 0;
134       } else {
135          if (get_mono_channel(layout, s, -1)==-1)
136             return 0;
137       }
138    }
139    return 1;
140 }
141
142 static void channel_pos(int channels, int pos[8])
143 {
144    /* Position in the mix: 0 don't mix, 1: left, 2: center, 3:right */
145    if (channels==4)
146    {
147       pos[0]=1;
148       pos[1]=3;
149       pos[2]=1;
150       pos[3]=3;
151    } else if (channels==3||channels==5||channels==6)
152    {
153       pos[0]=1;
154       pos[1]=2;
155       pos[2]=3;
156       pos[3]=1;
157       pos[4]=3;
158       pos[5]=0;
159    } else if (channels==7)
160    {
161       pos[0]=1;
162       pos[1]=2;
163       pos[2]=3;
164       pos[3]=1;
165       pos[4]=3;
166       pos[5]=2;
167       pos[6]=0;
168    } else if (channels==8)
169    {
170       pos[0]=1;
171       pos[1]=2;
172       pos[2]=3;
173       pos[3]=1;
174       pos[4]=3;
175       pos[5]=1;
176       pos[6]=3;
177       pos[7]=0;
178    }
179 }
180
181 #if 1
182 /* Computes a rough approximation of log2(2^a + 2^b) */
183 static opus_val16 logSum(opus_val16 a, opus_val16 b)
184 {
185    opus_val16 max;
186    opus_val32 diff;
187    opus_val16 frac;
188    static const opus_val16 diff_table[17] = {
189          QCONST16(0.5000000f, DB_SHIFT), QCONST16(0.2924813f, DB_SHIFT), QCONST16(0.1609640f, DB_SHIFT), QCONST16(0.0849625f, DB_SHIFT),
190          QCONST16(0.0437314f, DB_SHIFT), QCONST16(0.0221971f, DB_SHIFT), QCONST16(0.0111839f, DB_SHIFT), QCONST16(0.0056136f, DB_SHIFT),
191          QCONST16(0.0028123f, DB_SHIFT)
192    };
193    int low;
194    if (a>b)
195    {
196       max = a;
197       diff = SUB32(EXTEND32(a),EXTEND32(b));
198    } else {
199       max = b;
200       diff = SUB32(EXTEND32(b),EXTEND32(a));
201    }
202    if (diff >= QCONST16(8.f, DB_SHIFT))
203       return max;
204 #ifdef FIXED_POINT
205    low = SHR32(diff, DB_SHIFT-1);
206    frac = SHL16(diff - SHL16(low, DB_SHIFT-1), 16-DB_SHIFT);
207 #else
208    low = (int)floor(2*diff);
209    frac = 2*diff - low;
210 #endif
211    return max + diff_table[low] + MULT16_16_Q15(frac, SUB16(diff_table[low+1], diff_table[low]));
212 }
213 #else
214 opus_val16 logSum(opus_val16 a, opus_val16 b)
215 {
216    return log2(pow(4, a)+ pow(4, b))/2;
217 }
218 #endif
219
220 void surround_analysis(const CELTMode *celt_mode, const void *pcm, opus_val16 *bandLogE, opus_val32 *mem, opus_val32 *preemph_mem,
221       int len, int overlap, int channels, int rate, opus_copy_channel_in_func copy_channel_in
222 )
223 {
224    int c;
225    int i;
226    int LM;
227    int pos[8] = {0};
228    int upsample;
229    int frame_size;
230    opus_val16 channel_offset;
231    opus_val32 bandE[21];
232    opus_val16 maskLogE[3][21];
233    VARDECL(opus_val32, in);
234    VARDECL(opus_val16, x);
235    VARDECL(opus_val32, freq);
236    SAVE_STACK;
237
238    upsample = resampling_factor(rate);
239    frame_size = len*upsample;
240
241    for (LM=0;LM<celt_mode->maxLM;LM++)
242       if (celt_mode->shortMdctSize<<LM==frame_size)
243          break;
244
245    ALLOC(in, frame_size+overlap, opus_val32);
246    ALLOC(x, len, opus_val16);
247    ALLOC(freq, frame_size, opus_val32);
248
249    channel_pos(channels, pos);
250
251    for (c=0;c<3;c++)
252       for (i=0;i<21;i++)
253          maskLogE[c][i] = -QCONST16(28.f, DB_SHIFT);
254
255    for (c=0;c<channels;c++)
256    {
257       OPUS_COPY(in, mem+c*overlap, overlap);
258       (*copy_channel_in)(x, 1, pcm, channels, c, len);
259       preemphasis(x, in+overlap, frame_size, 1, upsample, celt_mode->preemph, preemph_mem+c, 0);
260       clt_mdct_forward(&celt_mode->mdct, in, freq, celt_mode->window, overlap, celt_mode->maxLM-LM, 1);
261       if (upsample != 1)
262       {
263          int bound = len;
264          for (i=0;i<bound;i++)
265             freq[i] *= upsample;
266          for (;i<frame_size;i++)
267             freq[i] = 0;
268       }
269
270       compute_band_energies(celt_mode, freq, bandE, 21, 1, 1<<LM);
271       amp2Log2(celt_mode, 21, 21, bandE, bandLogE+21*c, 1);
272       /* Apply spreading function with -6 dB/band going up and -12 dB/band going down. */
273       for (i=1;i<21;i++)
274          bandLogE[21*c+i] = MAX16(bandLogE[21*c+i], bandLogE[21*c+i-1]-QCONST16(1.f, DB_SHIFT));
275       for (i=19;i>=0;i--)
276          bandLogE[21*c+i] = MAX16(bandLogE[21*c+i], bandLogE[21*c+i+1]-QCONST16(2.f, DB_SHIFT));
277       if (pos[c]==1)
278       {
279          for (i=0;i<21;i++)
280             maskLogE[0][i] = logSum(maskLogE[0][i], bandLogE[21*c+i]);
281       } else if (pos[c]==3)
282       {
283          for (i=0;i<21;i++)
284             maskLogE[2][i] = logSum(maskLogE[2][i], bandLogE[21*c+i]);
285       } else if (pos[c]==2)
286       {
287          for (i=0;i<21;i++)
288          {
289             maskLogE[0][i] = logSum(maskLogE[0][i], bandLogE[21*c+i]-QCONST16(.5f, DB_SHIFT));
290             maskLogE[2][i] = logSum(maskLogE[2][i], bandLogE[21*c+i]-QCONST16(.5f, DB_SHIFT));
291          }
292       }
293 #if 0
294       for (i=0;i<21;i++)
295          printf("%f ", bandLogE[21*c+i]);
296       float sum=0;
297       for (i=0;i<21;i++)
298          sum += bandLogE[21*c+i];
299       printf("%f ", sum/21);
300 #endif
301       OPUS_COPY(mem+c*overlap, in+frame_size, overlap);
302    }
303    for (i=0;i<21;i++)
304       maskLogE[1][i] = MIN32(maskLogE[0][i],maskLogE[2][i]);
305    channel_offset = HALF16(celt_log2(QCONST32(2.f,14)/(channels-1)));
306    for (c=0;c<3;c++)
307       for (i=0;i<21;i++)
308          maskLogE[c][i] += channel_offset;
309 #if 0
310    for (c=0;c<3;c++)
311    {
312       for (i=0;i<21;i++)
313          printf("%f ", maskLogE[c][i]);
314    }
315 #endif
316    for (c=0;c<channels;c++)
317    {
318       opus_val16 *mask;
319       if (pos[c]!=0)
320       {
321          mask = &maskLogE[pos[c]-1][0];
322          for (i=0;i<21;i++)
323             bandLogE[21*c+i] = bandLogE[21*c+i] - mask[i];
324       } else {
325          for (i=0;i<21;i++)
326             bandLogE[21*c+i] = 0;
327       }
328 #if 0
329       for (i=0;i<21;i++)
330          printf("%f ", bandLogE[21*c+i]);
331       printf("\n");
332 #endif
333 #if 0
334       float sum=0;
335       for (i=0;i<21;i++)
336          sum += bandLogE[21*c+i];
337       printf("%f ", sum/(float)QCONST32(21.f, DB_SHIFT));
338       printf("\n");
339 #endif
340    }
341    RESTORE_STACK;
342 }
343
344 opus_int32 opus_multistream_encoder_get_size(int nb_streams, int nb_coupled_streams)
345 {
346    int coupled_size;
347    int mono_size;
348
349    if(nb_streams<1||nb_coupled_streams>nb_streams||nb_coupled_streams<0)return 0;
350    coupled_size = opus_encoder_get_size(2);
351    mono_size = opus_encoder_get_size(1);
352    return align(sizeof(OpusMSEncoder))
353         + nb_coupled_streams * align(coupled_size)
354         + (nb_streams-nb_coupled_streams) * align(mono_size);
355 }
356
357 opus_int32 opus_multistream_surround_encoder_get_size(int channels, int mapping_family)
358 {
359    int nb_streams;
360    int nb_coupled_streams;
361    opus_int32 size;
362
363    if (mapping_family==0)
364    {
365       if (channels==1)
366       {
367          nb_streams=1;
368          nb_coupled_streams=0;
369       } else if (channels==2)
370       {
371          nb_streams=1;
372          nb_coupled_streams=1;
373       } else
374          return 0;
375    } else if (mapping_family==1 && channels<=8 && channels>=1)
376    {
377       nb_streams=vorbis_mappings[channels-1].nb_streams;
378       nb_coupled_streams=vorbis_mappings[channels-1].nb_coupled_streams;
379    } else if (mapping_family==255)
380    {
381       nb_streams=channels;
382       nb_coupled_streams=0;
383    } else
384       return 0;
385    size = opus_multistream_encoder_get_size(nb_streams, nb_coupled_streams);
386    if (channels>2)
387    {
388       size += channels*(120*sizeof(opus_val32) + sizeof(opus_val32));
389    }
390    return size;
391 }
392
393
394 static int opus_multistream_encoder_init_impl(
395       OpusMSEncoder *st,
396       opus_int32 Fs,
397       int channels,
398       int streams,
399       int coupled_streams,
400       const unsigned char *mapping,
401       int application,
402       int surround
403 )
404 {
405    int coupled_size;
406    int mono_size;
407    int i, ret;
408    char *ptr;
409
410    if ((channels>255) || (channels<1) || (coupled_streams>streams) ||
411        (coupled_streams+streams>255) || (streams<1) || (coupled_streams<0))
412       return OPUS_BAD_ARG;
413
414    st->layout.nb_channels = channels;
415    st->layout.nb_streams = streams;
416    st->layout.nb_coupled_streams = coupled_streams;
417    st->subframe_mem[0]=st->subframe_mem[1]=st->subframe_mem[2]=0;
418    if (!surround)
419       st->lfe_stream = -1;
420    st->bitrate_bps = OPUS_AUTO;
421    st->application = application;
422    st->variable_duration = OPUS_FRAMESIZE_ARG;
423    for (i=0;i<st->layout.nb_channels;i++)
424       st->layout.mapping[i] = mapping[i];
425    if (!validate_layout(&st->layout) || !validate_encoder_layout(&st->layout))
426       return OPUS_BAD_ARG;
427    ptr = (char*)st + align(sizeof(OpusMSEncoder));
428    coupled_size = opus_encoder_get_size(2);
429    mono_size = opus_encoder_get_size(1);
430
431    for (i=0;i<st->layout.nb_coupled_streams;i++)
432    {
433       ret = opus_encoder_init((OpusEncoder*)ptr, Fs, 2, application);
434       if(ret!=OPUS_OK)return ret;
435       if (i==st->lfe_stream)
436          opus_encoder_ctl((OpusEncoder*)ptr, OPUS_SET_LFE(1));
437       ptr += align(coupled_size);
438    }
439    for (;i<st->layout.nb_streams;i++)
440    {
441       ret = opus_encoder_init((OpusEncoder*)ptr, Fs, 1, application);
442       if (i==st->lfe_stream)
443          opus_encoder_ctl((OpusEncoder*)ptr, OPUS_SET_LFE(1));
444       if(ret!=OPUS_OK)return ret;
445       ptr += align(mono_size);
446    }
447    if (surround)
448    {
449       OPUS_CLEAR(ms_get_preemph_mem(st), channels);
450       OPUS_CLEAR(ms_get_window_mem(st), channels*120);
451    }
452    st->surround = surround;
453    return OPUS_OK;
454 }
455
456 int opus_multistream_encoder_init(
457       OpusMSEncoder *st,
458       opus_int32 Fs,
459       int channels,
460       int streams,
461       int coupled_streams,
462       const unsigned char *mapping,
463       int application
464 )
465 {
466    return opus_multistream_encoder_init_impl(st, Fs, channels, streams, coupled_streams, mapping, application, 0);
467 }
468
469 int opus_multistream_surround_encoder_init(
470       OpusMSEncoder *st,
471       opus_int32 Fs,
472       int channels,
473       int mapping_family,
474       int *streams,
475       int *coupled_streams,
476       unsigned char *mapping,
477       int application
478 )
479 {
480    if ((channels>255) || (channels<1))
481       return OPUS_BAD_ARG;
482    st->lfe_stream = -1;
483    if (mapping_family==0)
484    {
485       if (channels==1)
486       {
487          *streams=1;
488          *coupled_streams=0;
489          mapping[0]=0;
490       } else if (channels==2)
491       {
492          *streams=1;
493          *coupled_streams=1;
494          mapping[0]=0;
495          mapping[1]=1;
496       } else
497          return OPUS_UNIMPLEMENTED;
498    } else if (mapping_family==1 && channels<=8 && channels>=1)
499    {
500       int i;
501       *streams=vorbis_mappings[channels-1].nb_streams;
502       *coupled_streams=vorbis_mappings[channels-1].nb_coupled_streams;
503       for (i=0;i<channels;i++)
504          mapping[i] = vorbis_mappings[channels-1].mapping[i];
505       if (channels>=6)
506          st->lfe_stream = *streams-1;
507    } else if (mapping_family==255)
508    {
509       int i;
510       *streams=channels;
511       *coupled_streams=0;
512       for(i=0;i<channels;i++)
513          mapping[i] = i;
514    } else
515       return OPUS_UNIMPLEMENTED;
516    return opus_multistream_encoder_init_impl(st, Fs, channels, *streams, *coupled_streams,
517          mapping, application, channels>2&&mapping_family==1);
518 }
519
520 OpusMSEncoder *opus_multistream_encoder_create(
521       opus_int32 Fs,
522       int channels,
523       int streams,
524       int coupled_streams,
525       const unsigned char *mapping,
526       int application,
527       int *error
528 )
529 {
530    int ret;
531    OpusMSEncoder *st;
532    if ((channels>255) || (channels<1) || (coupled_streams>streams) ||
533        (coupled_streams+streams>255) || (streams<1) || (coupled_streams<0))
534    {
535       if (error)
536          *error = OPUS_BAD_ARG;
537       return NULL;
538    }
539    st = (OpusMSEncoder *)opus_alloc(opus_multistream_encoder_get_size(streams, coupled_streams));
540    if (st==NULL)
541    {
542       if (error)
543          *error = OPUS_ALLOC_FAIL;
544       return NULL;
545    }
546    ret = opus_multistream_encoder_init(st, Fs, channels, streams, coupled_streams, mapping, application);
547    if (ret != OPUS_OK)
548    {
549       opus_free(st);
550       st = NULL;
551    }
552    if (error)
553       *error = ret;
554    return st;
555 }
556
557 OpusMSEncoder *opus_multistream_surround_encoder_create(
558       opus_int32 Fs,
559       int channels,
560       int mapping_family,
561       int *streams,
562       int *coupled_streams,
563       unsigned char *mapping,
564       int application,
565       int *error
566 )
567 {
568    int ret;
569    OpusMSEncoder *st;
570    if ((channels>255) || (channels<1))
571    {
572       if (error)
573          *error = OPUS_BAD_ARG;
574       return NULL;
575    }
576    st = (OpusMSEncoder *)opus_alloc(opus_multistream_surround_encoder_get_size(channels, mapping_family));
577    if (st==NULL)
578    {
579       if (error)
580          *error = OPUS_ALLOC_FAIL;
581       return NULL;
582    }
583    ret = opus_multistream_surround_encoder_init(st, Fs, channels, mapping_family, streams, coupled_streams, mapping, application);
584    if (ret != OPUS_OK)
585    {
586       opus_free(st);
587       st = NULL;
588    }
589    if (error)
590       *error = ret;
591    return st;
592 }
593
594 static void surround_rate_allocation(
595       OpusMSEncoder *st,
596       opus_int32 *rate,
597       int frame_size
598       )
599 {
600    int i;
601    opus_int32 channel_rate;
602    opus_int32 Fs;
603    char *ptr;
604    int stream_offset;
605    int lfe_offset;
606    int coupled_ratio; /* Q8 */
607    int lfe_ratio;     /* Q8 */
608
609    ptr = (char*)st + align(sizeof(OpusMSEncoder));
610    opus_encoder_ctl((OpusEncoder*)ptr, OPUS_GET_SAMPLE_RATE(&Fs));
611
612    if (st->bitrate_bps > st->layout.nb_channels*40000)
613       stream_offset = 20000;
614    else
615       stream_offset = st->bitrate_bps/st->layout.nb_channels/2;
616    stream_offset += 60*(Fs/frame_size-50);
617    /* We start by giving each stream (coupled or uncoupled) the same bitrate.
618       This models the main saving of coupled channels over uncoupled. */
619    /* The LFE stream is an exception to the above and gets fewer bits. */
620    lfe_offset = 3500 + 60*(Fs/frame_size-50);
621    /* Coupled streams get twice the mono rate after the first 20 kb/s. */
622    coupled_ratio = 512;
623    /* Should depend on the bitrate, for now we assume LFE gets 1/8 the bits of mono */
624    lfe_ratio = 32;
625
626    /* Compute bitrate allocation between streams */
627    if (st->bitrate_bps==OPUS_AUTO)
628    {
629       channel_rate = Fs+60*Fs/frame_size;
630    } else if (st->bitrate_bps==OPUS_BITRATE_MAX)
631    {
632       channel_rate = 300000;
633    } else {
634       int nb_lfe;
635       int nb_uncoupled;
636       int nb_coupled;
637       int total;
638       nb_lfe = (st->lfe_stream!=-1);
639       nb_coupled = st->layout.nb_coupled_streams;
640       nb_uncoupled = st->layout.nb_streams-nb_coupled-nb_lfe;
641       total = (nb_uncoupled<<8)         /* mono */
642             + coupled_ratio*nb_coupled /* stereo */
643             + nb_lfe*lfe_ratio;
644       channel_rate = 256*(st->bitrate_bps-lfe_offset*nb_lfe-stream_offset*(nb_coupled+nb_uncoupled))/total;
645    }
646 #ifndef FIXED_POINT
647    if (st->variable_duration==OPUS_FRAMESIZE_VARIABLE && frame_size != Fs/50)
648    {
649       opus_int32 bonus;
650       bonus = 60*(Fs/frame_size-50);
651       channel_rate += bonus;
652    }
653 #endif
654
655    for (i=0;i<st->layout.nb_streams;i++)
656    {
657       if (i<st->layout.nb_coupled_streams)
658          rate[i] = stream_offset+(channel_rate*coupled_ratio>>8);
659       else if (i!=st->lfe_stream)
660          rate[i] = stream_offset+channel_rate;
661       else
662          rate[i] = lfe_offset+(channel_rate*lfe_ratio>>8);
663    }
664 }
665
666 /* Max size in case the encoder decides to return three frames */
667 #define MS_FRAME_TMP (3*1275+7)
668 static int opus_multistream_encode_native
669 (
670     OpusMSEncoder *st,
671     opus_copy_channel_in_func copy_channel_in,
672     const void *pcm,
673     int analysis_frame_size,
674     unsigned char *data,
675     opus_int32 max_data_bytes,
676     int lsb_depth,
677     downmix_func downmix
678 )
679 {
680    opus_int32 Fs;
681    int coupled_size;
682    int mono_size;
683    int s;
684    char *ptr;
685    int tot_size;
686    VARDECL(opus_val16, buf);
687    VARDECL(opus_val16, bandSMR);
688    unsigned char tmp_data[MS_FRAME_TMP];
689    OpusRepacketizer rp;
690    opus_int32 vbr;
691    const CELTMode *celt_mode;
692    opus_int32 bitrates[256];
693    opus_val16 bandLogE[42];
694    opus_val32 *mem = NULL;
695    opus_val32 *preemph_mem=NULL;
696    int frame_size;
697    ALLOC_STACK;
698
699    if (st->surround)
700    {
701       preemph_mem = ms_get_preemph_mem(st);
702       mem = ms_get_window_mem(st);
703    }
704
705    ptr = (char*)st + align(sizeof(OpusMSEncoder));
706    opus_encoder_ctl((OpusEncoder*)ptr, OPUS_GET_SAMPLE_RATE(&Fs));
707    opus_encoder_ctl((OpusEncoder*)ptr, OPUS_GET_VBR(&vbr));
708    opus_encoder_ctl((OpusEncoder*)ptr, CELT_GET_MODE(&celt_mode));
709
710    {
711       opus_int32 delay_compensation;
712       int channels;
713
714       channels = st->layout.nb_streams + st->layout.nb_coupled_streams;
715       opus_encoder_ctl((OpusEncoder*)ptr, OPUS_GET_LOOKAHEAD(&delay_compensation));
716       delay_compensation -= Fs/400;
717       frame_size = compute_frame_size(pcm, analysis_frame_size,
718             st->variable_duration, channels, Fs, st->bitrate_bps,
719             delay_compensation, downmix
720 #ifndef DISABLE_FLOAT_API
721             , st->subframe_mem
722 #endif
723             );
724    }
725
726    if (400*frame_size < Fs)
727    {
728       RESTORE_STACK;
729       return OPUS_BAD_ARG;
730    }
731    /* Validate frame_size before using it to allocate stack space.
732       This mirrors the checks in opus_encode[_float](). */
733    if (400*frame_size != Fs && 200*frame_size != Fs &&
734        100*frame_size != Fs &&  50*frame_size != Fs &&
735         25*frame_size != Fs &&  50*frame_size != 3*Fs)
736    {
737       RESTORE_STACK;
738       return OPUS_BAD_ARG;
739    }
740    ALLOC(buf, 2*frame_size, opus_val16);
741    coupled_size = opus_encoder_get_size(2);
742    mono_size = opus_encoder_get_size(1);
743
744    ALLOC(bandSMR, 21*st->layout.nb_channels, opus_val16);
745    if (st->surround)
746    {
747       surround_analysis(celt_mode, pcm, bandSMR, mem, preemph_mem, frame_size, 120, st->layout.nb_channels, Fs, copy_channel_in);
748    }
749
750    if (max_data_bytes < 4*st->layout.nb_streams-1)
751    {
752       RESTORE_STACK;
753       return OPUS_BUFFER_TOO_SMALL;
754    }
755
756    /* Compute bitrate allocation between streams (this could be a lot better) */
757    surround_rate_allocation(st, bitrates, frame_size);
758
759    if (!vbr)
760       max_data_bytes = IMIN(max_data_bytes, st->bitrate_bps/(8*Fs/frame_size));
761
762    ptr = (char*)st + align(sizeof(OpusMSEncoder));
763    for (s=0;s<st->layout.nb_streams;s++)
764    {
765       OpusEncoder *enc;
766       enc = (OpusEncoder*)ptr;
767       if (s < st->layout.nb_coupled_streams)
768          ptr += align(coupled_size);
769       else
770          ptr += align(mono_size);
771       opus_encoder_ctl(enc, OPUS_SET_BITRATE(bitrates[s]));
772       if (st->surround)
773       {
774          opus_int32 equiv_rate;
775          equiv_rate = st->bitrate_bps;
776          if (frame_size*50 < Fs)
777             equiv_rate -= 60*(Fs/frame_size - 50)*st->layout.nb_channels;
778          if (equiv_rate > 16000*st->layout.nb_channels)
779             opus_encoder_ctl(enc, OPUS_SET_BANDWIDTH(OPUS_BANDWIDTH_FULLBAND));
780          else if (equiv_rate > 12000*st->layout.nb_channels)
781             opus_encoder_ctl(enc, OPUS_SET_BANDWIDTH(OPUS_BANDWIDTH_SUPERWIDEBAND));
782          else if (equiv_rate > 8000*st->layout.nb_channels)
783             opus_encoder_ctl(enc, OPUS_SET_BANDWIDTH(OPUS_BANDWIDTH_WIDEBAND));
784          else
785             opus_encoder_ctl(enc, OPUS_SET_BANDWIDTH(OPUS_BANDWIDTH_NARROWBAND));
786          if (s < st->layout.nb_coupled_streams)
787          {
788             /* To preserve the spatial image, force stereo CELT on coupled streams */
789             opus_encoder_ctl(enc, OPUS_SET_FORCE_MODE(MODE_CELT_ONLY));
790             opus_encoder_ctl(enc, OPUS_SET_FORCE_CHANNELS(2));
791          }
792       }
793    }
794
795    ptr = (char*)st + align(sizeof(OpusMSEncoder));
796    /* Counting ToC */
797    tot_size = 0;
798    for (s=0;s<st->layout.nb_streams;s++)
799    {
800       OpusEncoder *enc;
801       int len;
802       int curr_max;
803       int c1, c2;
804
805       opus_repacketizer_init(&rp);
806       enc = (OpusEncoder*)ptr;
807       if (s < st->layout.nb_coupled_streams)
808       {
809          int i;
810          int left, right;
811          left = get_left_channel(&st->layout, s, -1);
812          right = get_right_channel(&st->layout, s, -1);
813          (*copy_channel_in)(buf, 2,
814             pcm, st->layout.nb_channels, left, frame_size);
815          (*copy_channel_in)(buf+1, 2,
816             pcm, st->layout.nb_channels, right, frame_size);
817          ptr += align(coupled_size);
818          if (st->surround)
819          {
820             for (i=0;i<21;i++)
821             {
822                bandLogE[i] = bandSMR[21*left+i];
823                bandLogE[21+i] = bandSMR[21*right+i];
824             }
825          }
826          c1 = left;
827          c2 = right;
828       } else {
829          int i;
830          int chan = get_mono_channel(&st->layout, s, -1);
831          (*copy_channel_in)(buf, 1,
832             pcm, st->layout.nb_channels, chan, frame_size);
833          ptr += align(mono_size);
834          if (st->surround)
835          {
836             for (i=0;i<21;i++)
837                bandLogE[i] = bandSMR[21*chan+i];
838          }
839          c1 = chan;
840          c2 = -1;
841       }
842       if (st->surround)
843          opus_encoder_ctl(enc, OPUS_SET_ENERGY_MASK(bandLogE));
844       /* number of bytes left (+Toc) */
845       curr_max = max_data_bytes - tot_size;
846       /* Reserve three bytes for the last stream and four for the others */
847       curr_max -= IMAX(0,4*(st->layout.nb_streams-s-1)-1);
848       curr_max = IMIN(curr_max,MS_FRAME_TMP);
849       if (!vbr && s == st->layout.nb_streams-1)
850          opus_encoder_ctl(enc, OPUS_SET_BITRATE(curr_max*(8*Fs/frame_size)));
851       len = opus_encode_native(enc, buf, frame_size, tmp_data, curr_max, lsb_depth,
852             pcm, analysis_frame_size, c1, c2, st->layout.nb_channels, downmix);
853       if (len<0)
854       {
855          RESTORE_STACK;
856          return len;
857       }
858       /* We need to use the repacketizer to add the self-delimiting lengths
859          while taking into account the fact that the encoder can now return
860          more than one frame at a time (e.g. 60 ms CELT-only) */
861       opus_repacketizer_cat(&rp, tmp_data, len);
862       len = opus_repacketizer_out_range_impl(&rp, 0, opus_repacketizer_get_nb_frames(&rp), data, max_data_bytes-tot_size, s != st->layout.nb_streams-1);
863       if (!vbr && s == st->layout.nb_streams-1 && curr_max > len)
864       {
865          /* Can pad_frame() still fail here? */
866          if (!pad_frame(data, len, curr_max))
867             len = curr_max;
868       }
869       data += len;
870       tot_size += len;
871    }
872    /*printf("\n");*/
873    RESTORE_STACK;
874    return tot_size;
875 }
876
877 #if !defined(DISABLE_FLOAT_API)
878 static void opus_copy_channel_in_float(
879   opus_val16 *dst,
880   int dst_stride,
881   const void *src,
882   int src_stride,
883   int src_channel,
884   int frame_size
885 )
886 {
887    const float *float_src;
888    opus_int32 i;
889    float_src = (const float *)src;
890    for (i=0;i<frame_size;i++)
891 #if defined(FIXED_POINT)
892       dst[i*dst_stride] = FLOAT2INT16(float_src[i*src_stride+src_channel]);
893 #else
894       dst[i*dst_stride] = float_src[i*src_stride+src_channel];
895 #endif
896 }
897 #endif
898
899 static void opus_copy_channel_in_short(
900   opus_val16 *dst,
901   int dst_stride,
902   const void *src,
903   int src_stride,
904   int src_channel,
905   int frame_size
906 )
907 {
908    const opus_int16 *short_src;
909    opus_int32 i;
910    short_src = (const opus_int16 *)src;
911    for (i=0;i<frame_size;i++)
912 #if defined(FIXED_POINT)
913       dst[i*dst_stride] = short_src[i*src_stride+src_channel];
914 #else
915       dst[i*dst_stride] = (1/32768.f)*short_src[i*src_stride+src_channel];
916 #endif
917 }
918
919
920 #ifdef FIXED_POINT
921 int opus_multistream_encode(
922     OpusMSEncoder *st,
923     const opus_val16 *pcm,
924     int frame_size,
925     unsigned char *data,
926     opus_int32 max_data_bytes
927 )
928 {
929    return opus_multistream_encode_native(st, opus_copy_channel_in_short,
930       pcm, frame_size, data, max_data_bytes, 16, downmix_int);
931 }
932
933 #ifndef DISABLE_FLOAT_API
934 int opus_multistream_encode_float(
935     OpusMSEncoder *st,
936     const float *pcm,
937     int frame_size,
938     unsigned char *data,
939     opus_int32 max_data_bytes
940 )
941 {
942    return opus_multistream_encode_native(st, opus_copy_channel_in_float,
943       pcm, frame_size, data, max_data_bytes, 16, downmix_float);
944 }
945 #endif
946
947 #else
948
949 int opus_multistream_encode_float
950 (
951     OpusMSEncoder *st,
952     const opus_val16 *pcm,
953     int frame_size,
954     unsigned char *data,
955     opus_int32 max_data_bytes
956 )
957 {
958    return opus_multistream_encode_native(st, opus_copy_channel_in_float,
959       pcm, frame_size, data, max_data_bytes, 24, downmix_float);
960 }
961
962 int opus_multistream_encode(
963     OpusMSEncoder *st,
964     const opus_int16 *pcm,
965     int frame_size,
966     unsigned char *data,
967     opus_int32 max_data_bytes
968 )
969 {
970    return opus_multistream_encode_native(st, opus_copy_channel_in_short,
971       pcm, frame_size, data, max_data_bytes, 16, downmix_int);
972 }
973 #endif
974
975 int opus_multistream_encoder_ctl(OpusMSEncoder *st, int request, ...)
976 {
977    va_list ap;
978    int coupled_size, mono_size;
979    char *ptr;
980    int ret = OPUS_OK;
981
982    va_start(ap, request);
983
984    coupled_size = opus_encoder_get_size(2);
985    mono_size = opus_encoder_get_size(1);
986    ptr = (char*)st + align(sizeof(OpusMSEncoder));
987    switch (request)
988    {
989    case OPUS_SET_BITRATE_REQUEST:
990    {
991       opus_int32 value = va_arg(ap, opus_int32);
992       if (value<0 && value!=OPUS_AUTO && value!=OPUS_BITRATE_MAX)
993       {
994          goto bad_arg;
995       }
996       st->bitrate_bps = value;
997    }
998    break;
999    case OPUS_GET_BITRATE_REQUEST:
1000    {
1001       int s;
1002       opus_int32 *value = va_arg(ap, opus_int32*);
1003       if (!value)
1004       {
1005          goto bad_arg;
1006       }
1007       *value = 0;
1008       for (s=0;s<st->layout.nb_streams;s++)
1009       {
1010          opus_int32 rate;
1011          OpusEncoder *enc;
1012          enc = (OpusEncoder*)ptr;
1013          if (s < st->layout.nb_coupled_streams)
1014             ptr += align(coupled_size);
1015          else
1016             ptr += align(mono_size);
1017          opus_encoder_ctl(enc, request, &rate);
1018          *value += rate;
1019       }
1020    }
1021    break;
1022    case OPUS_GET_LSB_DEPTH_REQUEST:
1023    case OPUS_GET_VBR_REQUEST:
1024    case OPUS_GET_APPLICATION_REQUEST:
1025    case OPUS_GET_BANDWIDTH_REQUEST:
1026    case OPUS_GET_COMPLEXITY_REQUEST:
1027    case OPUS_GET_PACKET_LOSS_PERC_REQUEST:
1028    case OPUS_GET_DTX_REQUEST:
1029    case OPUS_GET_VOICE_RATIO_REQUEST:
1030    case OPUS_GET_VBR_CONSTRAINT_REQUEST:
1031    case OPUS_GET_SIGNAL_REQUEST:
1032    case OPUS_GET_LOOKAHEAD_REQUEST:
1033    case OPUS_GET_SAMPLE_RATE_REQUEST:
1034    case OPUS_GET_INBAND_FEC_REQUEST:
1035    case OPUS_GET_FORCE_CHANNELS_REQUEST:
1036    {
1037       OpusEncoder *enc;
1038       /* For int32* GET params, just query the first stream */
1039       opus_int32 *value = va_arg(ap, opus_int32*);
1040       enc = (OpusEncoder*)ptr;
1041       ret = opus_encoder_ctl(enc, request, value);
1042    }
1043    break;
1044    case OPUS_GET_FINAL_RANGE_REQUEST:
1045    {
1046       int s;
1047       opus_uint32 *value = va_arg(ap, opus_uint32*);
1048       opus_uint32 tmp;
1049       if (!value)
1050       {
1051          goto bad_arg;
1052       }
1053       *value=0;
1054       for (s=0;s<st->layout.nb_streams;s++)
1055       {
1056          OpusEncoder *enc;
1057          enc = (OpusEncoder*)ptr;
1058          if (s < st->layout.nb_coupled_streams)
1059             ptr += align(coupled_size);
1060          else
1061             ptr += align(mono_size);
1062          ret = opus_encoder_ctl(enc, request, &tmp);
1063          if (ret != OPUS_OK) break;
1064          *value ^= tmp;
1065       }
1066    }
1067    break;
1068    case OPUS_SET_LSB_DEPTH_REQUEST:
1069    case OPUS_SET_COMPLEXITY_REQUEST:
1070    case OPUS_SET_VBR_REQUEST:
1071    case OPUS_SET_VBR_CONSTRAINT_REQUEST:
1072    case OPUS_SET_MAX_BANDWIDTH_REQUEST:
1073    case OPUS_SET_BANDWIDTH_REQUEST:
1074    case OPUS_SET_SIGNAL_REQUEST:
1075    case OPUS_SET_APPLICATION_REQUEST:
1076    case OPUS_SET_INBAND_FEC_REQUEST:
1077    case OPUS_SET_PACKET_LOSS_PERC_REQUEST:
1078    case OPUS_SET_DTX_REQUEST:
1079    case OPUS_SET_FORCE_MODE_REQUEST:
1080    case OPUS_SET_FORCE_CHANNELS_REQUEST:
1081    {
1082       int s;
1083       /* This works for int32 params */
1084       opus_int32 value = va_arg(ap, opus_int32);
1085       for (s=0;s<st->layout.nb_streams;s++)
1086       {
1087          OpusEncoder *enc;
1088
1089          enc = (OpusEncoder*)ptr;
1090          if (s < st->layout.nb_coupled_streams)
1091             ptr += align(coupled_size);
1092          else
1093             ptr += align(mono_size);
1094          ret = opus_encoder_ctl(enc, request, value);
1095          if (ret != OPUS_OK)
1096             break;
1097       }
1098    }
1099    break;
1100    case OPUS_MULTISTREAM_GET_ENCODER_STATE_REQUEST:
1101    {
1102       int s;
1103       opus_int32 stream_id;
1104       OpusEncoder **value;
1105       stream_id = va_arg(ap, opus_int32);
1106       if (stream_id<0 || stream_id >= st->layout.nb_streams)
1107          ret = OPUS_BAD_ARG;
1108       value = va_arg(ap, OpusEncoder**);
1109       if (!value)
1110       {
1111          goto bad_arg;
1112       }
1113       for (s=0;s<stream_id;s++)
1114       {
1115          if (s < st->layout.nb_coupled_streams)
1116             ptr += align(coupled_size);
1117          else
1118             ptr += align(mono_size);
1119       }
1120       *value = (OpusEncoder*)ptr;
1121    }
1122    break;
1123    case OPUS_SET_EXPERT_FRAME_DURATION_REQUEST:
1124    {
1125        opus_int32 value = va_arg(ap, opus_int32);
1126        st->variable_duration = value;
1127    }
1128    break;
1129    case OPUS_GET_EXPERT_FRAME_DURATION_REQUEST:
1130    {
1131        opus_int32 *value = va_arg(ap, opus_int32*);
1132        if (!value)
1133        {
1134           goto bad_arg;
1135        }
1136        *value = st->variable_duration;
1137    }
1138    break;
1139    case OPUS_RESET_STATE:
1140    {
1141       int s;
1142       st->subframe_mem[0] = st->subframe_mem[1] = st->subframe_mem[2] = 0;
1143       if (st->surround)
1144       {
1145          OPUS_CLEAR(ms_get_preemph_mem(st), st->layout.nb_channels);
1146          OPUS_CLEAR(ms_get_window_mem(st), st->layout.nb_channels*120);
1147       }
1148       for (s=0;s<st->layout.nb_streams;s++)
1149       {
1150          OpusEncoder *enc;
1151          enc = (OpusEncoder*)ptr;
1152          if (s < st->layout.nb_coupled_streams)
1153             ptr += align(coupled_size);
1154          else
1155             ptr += align(mono_size);
1156          ret = opus_encoder_ctl(enc, OPUS_RESET_STATE);
1157          if (ret != OPUS_OK)
1158             break;
1159       }
1160    }
1161    break;
1162    default:
1163       ret = OPUS_UNIMPLEMENTED;
1164       break;
1165    }
1166
1167    va_end(ap);
1168    return ret;
1169 bad_arg:
1170    va_end(ap);
1171    return OPUS_BAD_ARG;
1172 }
1173
1174 void opus_multistream_encoder_destroy(OpusMSEncoder *st)
1175 {
1176     opus_free(st);
1177 }