Change FIX15() back to clipping to -32767..32767.
[ffmpeg.git] / libavcodec / ac3enc.c
index f05ff4a..200fff4 100644 (file)
@@ -1,6 +1,8 @@
 /*
  * The simplest AC-3 encoder
  * Copyright (c) 2000 Fabrice Bellard
+ * Copyright (c) 2006-2010 Justin Ruggles <justin.ruggles@gmail.com>
+ * Copyright (c) 2006-2010 Prakash Punnoor <prakash@punnoor.de>
  *
  * This file is part of FFmpeg.
  *
 #include "libavutil/crc.h"
 #include "avcodec.h"
 #include "put_bits.h"
+#include "dsputil.h"
 #include "ac3.h"
 #include "audioconvert.h"
 
 
-#define MDCT_NBITS 9
-#define MDCT_SAMPLES (1 << MDCT_NBITS)
+/** Maximum number of exponent groups. +1 for separate DC exponent. */
+#define AC3_MAX_EXP_GROUPS 85
 
 /** Scale a float value by 2^bits and convert to an integer. */
 #define SCALE_FLOAT(a, bits) lrintf((a) * (float)(1 << (bits)))
 
 /** Scale a float value by 2^15, convert to an integer, and clip to int16_t range. */
-#define FIX15(a) av_clip_int16(SCALE_FLOAT(a, 15))
+#define FIX15(a) av_clip(SCALE_FLOAT(a, 15), -32767, 32767)
 
 
 /**
@@ -52,11 +55,42 @@ typedef struct IComplex {
     int16_t re,im;
 } IComplex;
 
+typedef struct AC3MDCTContext {
+    AVCodecContext *avctx;                  ///< parent context for av_log()
+    int nbits;                              ///< log2(transform size)
+    int16_t *costab;                        ///< FFT cos table
+    int16_t *sintab;                        ///< FFT sin table
+    int16_t *xcos1;                         ///< MDCT cos table
+    int16_t *xsin1;                         ///< MDCT sin table
+    int16_t *rot_tmp;                       ///< temp buffer for pre-rotated samples
+    IComplex *cplx_tmp;                     ///< temp buffer for complex pre-rotated samples
+} AC3MDCTContext;
+
+/**
+ * Data for a single audio block.
+ */
+typedef struct AC3Block {
+    uint8_t  **bap;                             ///< bit allocation pointers (bap)
+    int32_t  **mdct_coef;                       ///< MDCT coefficients
+    uint8_t  **exp;                             ///< original exponents
+    uint8_t  **grouped_exp;                     ///< grouped exponents
+    int16_t  **psd;                             ///< psd per frequency bin
+    int16_t  **band_psd;                        ///< psd per critical band
+    int16_t  **mask;                            ///< masking curve
+    uint16_t **qmant;                           ///< quantized mantissas
+    uint8_t  exp_strategy[AC3_MAX_CHANNELS];    ///< exponent strategies
+    int8_t   exp_shift[AC3_MAX_CHANNELS];       ///< exponent shift values
+} AC3Block;
+
 /**
  * AC-3 encoder private context.
  */
 typedef struct AC3EncodeContext {
     PutBitContext pb;                       ///< bitstream writer context
+    DSPContext dsp;
+    AC3MDCTContext mdct;                    ///< MDCT context
+
+    AC3Block blocks[AC3_MAX_BLOCKS];        ///< per-block info
 
     int bitstream_id;                       ///< bitstream id                           (bsid)
     int bitstream_mode;                     ///< bitstream mode                         (bsmod)
@@ -67,6 +101,7 @@ typedef struct AC3EncodeContext {
     int frame_size_min;                     ///< minimum frame size in case rounding is necessary
     int frame_size;                         ///< current frame size in bytes
     int frame_size_code;                    ///< frame size code                        (frmsizecod)
+    uint16_t crc_inv[2];
     int bits_written;                       ///< bit count    (used to avg. bitrate)
     int samples_written;                    ///< sample count (used to avg. bitrate)
 
@@ -77,6 +112,7 @@ typedef struct AC3EncodeContext {
     int channel_mode;                       ///< channel mode                           (acmod)
     const uint8_t *channel_map;             ///< channel map used to reorder channels
 
+    int cutoff;                             ///< user-specified cutoff frequency, in Hz
     int bandwidth_code[AC3_MAX_CHANNELS];   ///< bandwidth code (0 to 60)               (chbwcod)
     int nb_coefs[AC3_MAX_CHANNELS];
 
@@ -90,19 +126,51 @@ typedef struct AC3EncodeContext {
     int coarse_snr_offset;                  ///< coarse SNR offsets                     (csnroffst)
     int fast_gain_code[AC3_MAX_CHANNELS];   ///< fast gain codes (signal-to-mask ratio) (fgaincod)
     int fine_snr_offset[AC3_MAX_CHANNELS];  ///< fine SNR offsets                       (fsnroffst)
+    int frame_bits_fixed;                   ///< number of non-coefficient bits for fixed parameters
+    int frame_bits;                         ///< all frame bits except exponents and mantissas
+    int exponent_bits;                      ///< number of bits used for exponents
 
     /* mantissa encoding */
     int mant1_cnt, mant2_cnt, mant4_cnt;    ///< mantissa counts for bap=1,2,4
-
-    int16_t last_samples[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_BLOCK_SIZE]; ///< last 256 samples from previous frame
+    uint16_t *qmant1_ptr, *qmant2_ptr, *qmant4_ptr; ///< mantissa pointers for bap=1,2,4
+
+    int16_t **planar_samples;
+    uint8_t *bap_buffer;
+    uint8_t *bap1_buffer;
+    int32_t *mdct_coef_buffer;
+    uint8_t *exp_buffer;
+    uint8_t *grouped_exp_buffer;
+    int16_t *psd_buffer;
+    int16_t *band_psd_buffer;
+    int16_t *mask_buffer;
+    uint16_t *qmant_buffer;
+
+    DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, windowed_samples)[AC3_WINDOW_SIZE];
 } AC3EncodeContext;
 
 
-/** MDCT and FFT tables */
-static int16_t costab[64];
-static int16_t sintab[64];
-static int16_t xcos1[128];
-static int16_t xsin1[128];
+/**
+ * LUT for number of exponent groups.
+ * exponent_group_tab[exponent strategy-1][number of coefficients]
+ */
+uint8_t exponent_group_tab[3][256];
+
+
+/**
+ * Adjust the frame size to make the average bit rate match the target bit rate.
+ * This is only needed for 11025, 22050, and 44100 sample rates.
+ */
+static void adjust_frame_size(AC3EncodeContext *s)
+{
+    while (s->bits_written >= s->bit_rate && s->samples_written >= s->sample_rate) {
+        s->bits_written    -= s->bit_rate;
+        s->samples_written -= s->sample_rate;
+    }
+    s->frame_size = s->frame_size_min +
+                    2 * (s->bits_written * s->sample_rate < s->samples_written * s->bit_rate);
+    s->bits_written    += s->frame_size * 8;
+    s->samples_written += AC3_FRAME_SIZE;
+}
 
 
 /**
@@ -110,8 +178,7 @@ static int16_t xsin1[128];
  * Channels are reordered from FFmpeg's default order to AC-3 order.
  */
 static void deinterleave_input_samples(AC3EncodeContext *s,
-                                       const int16_t *samples,
-                                       int16_t planar_samples[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_BLOCK_SIZE+AC3_FRAME_SIZE])
+                                       const int16_t *samples)
 {
     int ch, i;
 
@@ -121,29 +188,41 @@ static void deinterleave_input_samples(AC3EncodeContext *s,
         int sinc;
 
         /* copy last 256 samples of previous frame to the start of the current frame */
-        memcpy(&planar_samples[ch][0], s->last_samples[ch],
-               AC3_BLOCK_SIZE * sizeof(planar_samples[0][0]));
+        memcpy(&s->planar_samples[ch][0], &s->planar_samples[ch][AC3_FRAME_SIZE],
+               AC3_BLOCK_SIZE * sizeof(s->planar_samples[0][0]));
 
         /* deinterleave */
         sinc = s->channels;
         sptr = samples + s->channel_map[ch];
         for (i = AC3_BLOCK_SIZE; i < AC3_FRAME_SIZE+AC3_BLOCK_SIZE; i++) {
-            planar_samples[ch][i] = *sptr;
+            s->planar_samples[ch][i] = *sptr;
             sptr += sinc;
         }
-
-        /* save last 256 samples for next frame */
-        memcpy(s->last_samples[ch], &planar_samples[ch][6* AC3_BLOCK_SIZE],
-               AC3_BLOCK_SIZE * sizeof(planar_samples[0][0]));
     }
 }
 
 
 /**
+ * Finalize MDCT and free allocated memory.
+ */
+static av_cold void mdct_end(AC3MDCTContext *mdct)
+{
+    mdct->nbits = 0;
+    av_freep(&mdct->costab);
+    av_freep(&mdct->sintab);
+    av_freep(&mdct->xcos1);
+    av_freep(&mdct->xsin1);
+    av_freep(&mdct->rot_tmp);
+    av_freep(&mdct->cplx_tmp);
+}
+
+
+
+/**
  * Initialize FFT tables.
  * @param ln log2(FFT size)
  */
-static av_cold void fft_init(int ln)
+static av_cold int fft_init(AC3MDCTContext *mdct, int ln)
 {
     int i, n, n2;
     float alpha;
@@ -151,11 +230,21 @@ static av_cold void fft_init(int ln)
     n  = 1 << ln;
     n2 = n >> 1;
 
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(mdct->avctx, mdct->costab, n2 * sizeof(*mdct->costab),
+                     fft_alloc_fail);
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(mdct->avctx, mdct->sintab, n2 * sizeof(*mdct->sintab),
+                     fft_alloc_fail);
+
     for (i = 0; i < n2; i++) {
         alpha     = 2.0 * M_PI * i / n;
-        costab[i] = FIX15(cos(alpha));
-        sintab[i] = FIX15(sin(alpha));
+        mdct->costab[i] = FIX15(cos(alpha));
+        mdct->sintab[i] = FIX15(sin(alpha));
     }
+
+    return 0;
+fft_alloc_fail:
+    mdct_end(mdct);
+    return AVERROR(ENOMEM);
 }
 
 
@@ -163,20 +252,38 @@ static av_cold void fft_init(int ln)
  * Initialize MDCT tables.
  * @param nbits log2(MDCT size)
  */
-static av_cold void mdct_init(int nbits)
+static av_cold int mdct_init(AC3MDCTContext *mdct, int nbits)
 {
-    int i, n, n4;
+    int i, n, n4, ret;
 
     n  = 1 << nbits;
     n4 = n >> 2;
 
-    fft_init(nbits - 2);
+    mdct->nbits = nbits;
+
+    ret = fft_init(mdct, nbits - 2);
+    if (ret)
+        return ret;
+
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(mdct->avctx, mdct->xcos1,    n4 * sizeof(*mdct->xcos1),
+                     mdct_alloc_fail);
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(mdct->avctx, mdct->xsin1 ,   n4 * sizeof(*mdct->xsin1),
+                     mdct_alloc_fail);
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(mdct->avctx, mdct->rot_tmp,  n  * sizeof(*mdct->rot_tmp),
+                     mdct_alloc_fail);
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(mdct->avctx, mdct->cplx_tmp, n4 * sizeof(*mdct->cplx_tmp),
+                     mdct_alloc_fail);
 
     for (i = 0; i < n4; i++) {
         float alpha = 2.0 * M_PI * (i + 1.0 / 8.0) / n;
-        xcos1[i] = FIX15(-cos(alpha));
-        xsin1[i] = FIX15(-sin(alpha));
+        mdct->xcos1[i] = FIX15(-cos(alpha));
+        mdct->xsin1[i] = FIX15(-sin(alpha));
     }
+
+    return 0;
+mdct_alloc_fail:
+    mdct_end(mdct);
+    return AVERROR(ENOMEM);
 }
 
 
@@ -208,7 +315,7 @@ static av_cold void mdct_init(int nbits)
  * @param z  complex input/output samples
  * @param ln log2(FFT size)
  */
-static void fft(IComplex *z, int ln)
+static void fft(AC3MDCTContext *mdct, IComplex *z, int ln)
 {
     int j, l, np, np2;
     int nblocks, nloops;
@@ -260,7 +367,7 @@ static void fft(IComplex *z, int ln)
             p++;
             q++;
             for(l = nblocks; l < np2; l += nblocks) {
-                CMUL(tmp_re, tmp_im, costab[l], -sintab[l], q->re, q->im);
+                CMUL(tmp_re, tmp_im, mdct->costab[l], -mdct->sintab[l], q->re, q->im);
                 BF(p->re, p->im, q->re,  q->im,
                    p->re, p->im, tmp_re, tmp_im);
                 p++;
@@ -280,34 +387,35 @@ static void fft(IComplex *z, int ln)
  * @param out 256 output frequency coefficients
  * @param in  512 windowed input audio samples
  */
-static void mdct512(int32_t *out, int16_t *in)
+static void mdct512(AC3MDCTContext *mdct, int32_t *out, int16_t *in)
 {
-    int i, re, im, re1, im1;
-    int16_t rot[MDCT_SAMPLES];
-    IComplex x[MDCT_SAMPLES/4];
+    int i, re, im, n, n2, n4;
+    int16_t *rot = mdct->rot_tmp;
+    IComplex *x  = mdct->cplx_tmp;
+
+    n  = 1 << mdct->nbits;
+    n2 = n >> 1;
+    n4 = n >> 2;
 
     /* shift to simplify computations */
-    for (i = 0; i < MDCT_SAMPLES/4; i++)
-        rot[i] = -in[i + 3*MDCT_SAMPLES/4];
-    for (;i < MDCT_SAMPLES; i++)
-        rot[i] =  in[i -   MDCT_SAMPLES/4];
+    for (i = 0; i <n4; i++)
+        rot[i] = -in[i + 3*n4];
+    memcpy(&rot[n4], &in[0], 3*n4*sizeof(*in));
 
     /* pre rotation */
-    for (i = 0; i < MDCT_SAMPLES/4; i++) {
-        re =  ((int)rot[               2*i] - (int)rot[MDCT_SAMPLES  -1-2*i]) >> 1;
-        im = -((int)rot[MDCT_SAMPLES/2+2*i] - (int)rot[MDCT_SAMPLES/2-1-2*i]) >> 1;
-        CMUL(x[i].re, x[i].im, re, im, -xcos1[i], xsin1[i]);
+    for (i = 0; i < n4; i++) {
+        re =  ((int)rot[   2*i] - (int)rot[ n-1-2*i]) >> 1;
+        im = -((int)rot[n2+2*i] - (int)rot[n2-1-2*i]) >> 1;
+        CMUL(x[i].re, x[i].im, re, im, -mdct->xcos1[i], mdct->xsin1[i]);
     }
 
-    fft(x, MDCT_NBITS - 2);
+    fft(mdct, x, mdct->nbits - 2);
 
     /* post rotation */
-    for (i = 0; i < MDCT_SAMPLES/4; i++) {
+    for (i = 0; i < n4; i++) {
         re = x[i].re;
         im = x[i].im;
-        CMUL(re1, im1, re, im, xsin1[i], xcos1[i]);
-        out[                 2*i] = im1;
-        out[MDCT_SAMPLES/2-1-2*i] = re1;
+        CMUL(out[n2-1-2*i], out[2*i], re, im, mdct->xsin1[i], mdct->xcos1[i]);
     }
 }
 
@@ -357,7 +465,7 @@ static void lshift_tab(int16_t *tab, int n, int lshift)
     int i;
 
     if (lshift > 0) {
-        for(i = 0; i < n; i++)
+        for (i = 0; i < n; i++)
             tab[i] <<= lshift;
     } else if (lshift < 0) {
         lshift = -lshift;
@@ -374,12 +482,11 @@ static void lshift_tab(int16_t *tab, int n, int lshift)
  *
  * @return exponent shift
  */
-static int normalize_samples(AC3EncodeContext *s,
-                             int16_t windowed_samples[AC3_WINDOW_SIZE])
+static int normalize_samples(AC3EncodeContext *s)
 {
-    int v = 14 - log2_tab(windowed_samples, AC3_WINDOW_SIZE);
+    int v = 14 - log2_tab(s->windowed_samples, AC3_WINDOW_SIZE);
     v = FFMAX(0, v);
-    lshift_tab(windowed_samples, AC3_WINDOW_SIZE, v);
+    lshift_tab(s->windowed_samples, AC3_WINDOW_SIZE, v);
     return v - 9;
 }
 
@@ -389,38 +496,69 @@ static int normalize_samples(AC3EncodeContext *s,
  * This applies the KBD window and normalizes the input to reduce precision
  * loss due to fixed-point calculations.
  */
-static void apply_mdct(AC3EncodeContext *s,
-                       int16_t planar_samples[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_BLOCK_SIZE+AC3_FRAME_SIZE],
-                       int8_t exp_shift[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
-                       int32_t mdct_coef[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS])
+static void apply_mdct(AC3EncodeContext *s)
 {
     int blk, ch;
-    int16_t windowed_samples[AC3_WINDOW_SIZE];
 
     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
         for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
-            const int16_t *input_samples = &planar_samples[ch][blk * AC3_BLOCK_SIZE];
+            AC3Block *block = &s->blocks[blk];
+            const int16_t *input_samples = &s->planar_samples[ch][blk * AC3_BLOCK_SIZE];
 
-            apply_window(windowed_samples, input_samples, ff_ac3_window, AC3_WINDOW_SIZE);
+            apply_window(s->windowed_samples, input_samples, ff_ac3_window, AC3_WINDOW_SIZE);
 
-            exp_shift[blk][ch] = normalize_samples(s, windowed_samples);
+            block->exp_shift[ch] = normalize_samples(s);
 
-            mdct512(mdct_coef[blk][ch], windowed_samples);
+            mdct512(&s->mdct, block->mdct_coef[ch], s->windowed_samples);
         }
     }
 }
 
 
 /**
- * Calculate the sum of absolute differences (SAD) between 2 sets of exponents.
+ * Initialize exponent tables.
  */
-static int calc_exp_diff(uint8_t *exp1, uint8_t *exp2, int n)
+static av_cold void exponent_init(AC3EncodeContext *s)
 {
-    int sum, i;
-    sum = 0;
-    for (i = 0; i < n; i++)
-        sum += abs(exp1[i] - exp2[i]);
-    return sum;
+    int i;
+    for (i = 73; i < 256; i++) {
+        exponent_group_tab[0][i] = (i - 1) /  3;
+        exponent_group_tab[1][i] = (i + 2) /  6;
+        exponent_group_tab[2][i] = (i + 8) / 12;
+    }
+    /* LFE */
+    exponent_group_tab[0][7] = 2;
+}
+
+
+/**
+ * Extract exponents from the MDCT coefficients.
+ * This takes into account the normalization that was done to the input samples
+ * by adjusting the exponents by the exponent shift values.
+ */
+static void extract_exponents(AC3EncodeContext *s)
+{
+    int blk, ch, i;
+
+    for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
+        for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
+            AC3Block *block = &s->blocks[blk];
+            for (i = 0; i < AC3_MAX_COEFS; i++) {
+                int e;
+                int v = abs(block->mdct_coef[ch][i]);
+                if (v == 0)
+                    e = 24;
+                else {
+                    e = 23 - av_log2(v) + block->exp_shift[ch];
+                    if (e >= 24) {
+                        e = 24;
+                        block->mdct_coef[ch][i] = 0;
+                    }
+                }
+                block->exp[ch][i] = e;
+            }
+        }
+    }
 }
 
 
@@ -434,38 +572,35 @@ static int calc_exp_diff(uint8_t *exp1, uint8_t *exp2, int n)
 /**
  * Calculate exponent strategies for all blocks in a single channel.
  */
-static void compute_exp_strategy_ch(uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
-                                    uint8_t exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
-                                    int ch, int is_lfe)
+static void compute_exp_strategy_ch(AC3EncodeContext *s, uint8_t *exp_strategy, uint8_t **exp)
 {
     int blk, blk1;
     int exp_diff;
 
     /* estimate if the exponent variation & decide if they should be
        reused in the next frame */
-    exp_strategy[0][ch] = EXP_NEW;
+    exp_strategy[0] = EXP_NEW;
     for (blk = 1; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
-        exp_diff = calc_exp_diff(exp[blk][ch], exp[blk-1][ch], AC3_MAX_COEFS);
+        exp_diff = s->dsp.sad[0](NULL, exp[blk], exp[blk-1], 16, 16);
         if (exp_diff > EXP_DIFF_THRESHOLD)
-            exp_strategy[blk][ch] = EXP_NEW;
+            exp_strategy[blk] = EXP_NEW;
         else
-            exp_strategy[blk][ch] = EXP_REUSE;
+            exp_strategy[blk] = EXP_REUSE;
     }
-    if (is_lfe)
-        return;
+    emms_c();
 
     /* now select the encoding strategy type : if exponents are often
        recoded, we use a coarse encoding */
     blk = 0;
     while (blk < AC3_MAX_BLOCKS) {
         blk1 = blk + 1;
-        while (blk1 < AC3_MAX_BLOCKS && exp_strategy[blk1][ch] == EXP_REUSE)
+        while (blk1 < AC3_MAX_BLOCKS && exp_strategy[blk1] == EXP_REUSE)
             blk1++;
         switch (blk1 - blk) {
-        case 1:  exp_strategy[blk][ch] = EXP_D45; break;
+        case 1:  exp_strategy[blk] = EXP_D45; break;
         case 2:
-        case 3:  exp_strategy[blk][ch] = EXP_D25; break;
-        default: exp_strategy[blk][ch] = EXP_D15; break;
+        case 3:  exp_strategy[blk] = EXP_D25; break;
+        default: exp_strategy[blk] = EXP_D15; break;
         }
         blk = blk1;
     }
@@ -473,11 +608,41 @@ static void compute_exp_strategy_ch(uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX
 
 
 /**
+ * Calculate exponent strategies for all channels.
+ * Array arrangement is reversed to simplify the per-channel calculation.
+ */
+static void compute_exp_strategy(AC3EncodeContext *s)
+{
+    uint8_t *exp1[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_BLOCKS];
+    uint8_t exp_str1[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_BLOCKS];
+    int ch, blk;
+
+    for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
+        for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
+            exp1[ch][blk]     = s->blocks[blk].exp[ch];
+            exp_str1[ch][blk] = s->blocks[blk].exp_strategy[ch];
+        }
+
+        compute_exp_strategy_ch(s, exp_str1[ch], exp1[ch]);
+
+        for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++)
+            s->blocks[blk].exp_strategy[ch] = exp_str1[ch][blk];
+    }
+    if (s->lfe_on) {
+        ch = s->lfe_channel;
+        s->blocks[0].exp_strategy[ch] = EXP_D15;
+        for (blk = 1; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++)
+            s->blocks[blk].exp_strategy[ch] = EXP_REUSE;
+    }
+}
+
+
+/**
  * Set each encoded exponent in a block to the minimum of itself and the
  * exponent in the same frequency bin of a following block.
  * exp[i] = min(exp[i], exp1[i]
  */
-static void exponent_min(uint8_t exp[AC3_MAX_COEFS], uint8_t exp1[AC3_MAX_COEFS], int n)
+static void exponent_min(uint8_t *exp, uint8_t *exp1, int n)
 {
     int i;
     for (i = 0; i < n; i++) {
@@ -489,218 +654,205 @@ static void exponent_min(uint8_t exp[AC3_MAX_COEFS], uint8_t exp1[AC3_MAX_COEFS]
 
 /**
  * Update the exponents so that they are the ones the decoder will decode.
- * @return the number of bits used to encode the exponents.
  */
-static int encode_exponents_blk_ch(uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_COEFS],
-                                   uint8_t exp[AC3_MAX_COEFS],
-                                   int nb_exps, int exp_strategy)
+static void encode_exponents_blk_ch(uint8_t *exp,
+                                    int nb_exps, int exp_strategy)
 {
-    int group_size, nb_groups, i, j, k, exp_min;
-    uint8_t exp1[AC3_MAX_COEFS];
+    int nb_groups, i, k;
 
-    group_size = exp_strategy + (exp_strategy == EXP_D45);
-    nb_groups = ((nb_exps + (group_size * 3) - 4) / (3 * group_size)) * 3;
+    nb_groups = exponent_group_tab[exp_strategy-1][nb_exps] * 3;
 
     /* for each group, compute the minimum exponent */
-    exp1[0] = exp[0]; /* DC exponent is handled separately */
-    k = 1;
-    for (i = 1; i <= nb_groups; i++) {
-        exp_min = exp[k];
-        assert(exp_min >= 0 && exp_min <= 24);
-        for (j = 1; j < group_size; j++) {
-            if (exp[k+j] < exp_min)
-                exp_min = exp[k+j];
+    switch(exp_strategy) {
+    case EXP_D25:
+        for (i = 1, k = 1; i <= nb_groups; i++) {
+            uint8_t exp_min = exp[k];
+            if (exp[k+1] < exp_min)
+                exp_min = exp[k+1];
+            exp[i] = exp_min;
+            k += 2;
         }
-        exp1[i] = exp_min;
-        k += group_size;
+        break;
+    case EXP_D45:
+        for (i = 1, k = 1; i <= nb_groups; i++) {
+            uint8_t exp_min = exp[k];
+            if (exp[k+1] < exp_min)
+                exp_min = exp[k+1];
+            if (exp[k+2] < exp_min)
+                exp_min = exp[k+2];
+            if (exp[k+3] < exp_min)
+                exp_min = exp[k+3];
+            exp[i] = exp_min;
+            k += 4;
+        }
+        break;
     }
 
     /* constraint for DC exponent */
-    if (exp1[0] > 15)
-        exp1[0] = 15;
+    if (exp[0] > 15)
+        exp[0] = 15;
 
     /* decrease the delta between each groups to within 2 so that they can be
        differentially encoded */
     for (i = 1; i <= nb_groups; i++)
-        exp1[i] = FFMIN(exp1[i], exp1[i-1] + 2);
-    for (i = nb_groups-1; i >= 0; i--)
-        exp1[i] = FFMIN(exp1[i], exp1[i+1] + 2);
+        exp[i] = FFMIN(exp[i], exp[i-1] + 2);
+    i--;
+    while (--i >= 0)
+        exp[i] = FFMIN(exp[i], exp[i+1] + 2);
 
     /* now we have the exponent values the decoder will see */
-    encoded_exp[0] = exp1[0];
-    k = 1;
-    for (i = 1; i <= nb_groups; i++) {
-        for (j = 0; j < group_size; j++)
-            encoded_exp[k+j] = exp1[i];
-        k += group_size;
+    switch (exp_strategy) {
+    case EXP_D25:
+        for (i = nb_groups, k = nb_groups * 2; i > 0; i--) {
+            uint8_t exp1 = exp[i];
+            exp[k--] = exp1;
+            exp[k--] = exp1;
+        }
+        break;
+    case EXP_D45:
+        for (i = nb_groups, k = nb_groups * 4; i > 0; i--) {
+            exp[k] = exp[k-1] = exp[k-2] = exp[k-3] = exp[i];
+            k -= 4;
+        }
+        break;
     }
-
-    return 4 + (nb_groups / 3) * 7;
 }
 
 
 /**
- * Calculate the number of bits needed to encode a set of mantissas.
+ * Encode exponents from original extracted form to what the decoder will see.
+ * This copies and groups exponents based on exponent strategy and reduces
+ * deltas between adjacent exponent groups so that they can be differentially
+ * encoded.
  */
-static int compute_mantissa_size(AC3EncodeContext *s, uint8_t *m, int nb_coefs)
+static void encode_exponents(AC3EncodeContext *s)
 {
-    int bits, mant, i;
+    int blk, blk1, blk2, ch;
+    AC3Block *block, *block1, *block2;
 
-    bits = 0;
-    for (i = 0; i < nb_coefs; i++) {
-        mant = m[i];
-        switch (mant) {
-        case 0:
-            /* nothing */
-            break;
-        case 1:
-            /* 3 mantissa in 5 bits */
-            if (s->mant1_cnt == 0)
-                bits += 5;
-            if (++s->mant1_cnt == 3)
-                s->mant1_cnt = 0;
-            break;
-        case 2:
-            /* 3 mantissa in 7 bits */
-            if (s->mant2_cnt == 0)
-                bits += 7;
-            if (++s->mant2_cnt == 3)
-                s->mant2_cnt = 0;
-            break;
-        case 3:
-            bits += 3;
-            break;
-        case 4:
-            /* 2 mantissa in 7 bits */
-            if (s->mant4_cnt == 0)
-                bits += 7;
-            if (++s->mant4_cnt == 2)
-                s->mant4_cnt = 0;
-            break;
-        case 14:
-            bits += 14;
-            break;
-        case 15:
-            bits += 16;
-            break;
-        default:
-            bits += mant - 1;
-            break;
+    for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
+        blk = 0;
+        block = &s->blocks[0];
+        while (blk < AC3_MAX_BLOCKS) {
+            blk1 = blk + 1;
+            block1 = block + 1;
+            /* for the EXP_REUSE case we select the min of the exponents */
+            while (blk1 < AC3_MAX_BLOCKS && block1->exp_strategy[ch] == EXP_REUSE) {
+                exponent_min(block->exp[ch], block1->exp[ch], s->nb_coefs[ch]);
+                blk1++;
+                block1++;
+            }
+            encode_exponents_blk_ch(block->exp[ch], s->nb_coefs[ch],
+                                    block->exp_strategy[ch]);
+            /* copy encoded exponents for reuse case */
+            block2 = block + 1;
+            for (blk2 = blk+1; blk2 < blk1; blk2++, block2++) {
+                memcpy(block2->exp[ch], block->exp[ch],
+                       s->nb_coefs[ch] * sizeof(uint8_t));
+            }
+            blk = blk1;
+            block = block1;
         }
     }
-    return bits;
 }
 
 
 /**
- * Calculate masking curve based on the final exponents.
- * Also calculate the power spectral densities to use in future calculations.
+ * Group exponents.
+ * 3 delta-encoded exponents are in each 7-bit group. The number of groups
+ * varies depending on exponent strategy and bandwidth.
  */
-static void bit_alloc_masking(AC3EncodeContext *s,
-                              uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
-                              uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
-                              int16_t psd[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
-                              int16_t mask[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_CRITICAL_BANDS])
+static void group_exponents(AC3EncodeContext *s)
 {
-    int blk, ch;
-    int16_t band_psd[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_CRITICAL_BANDS];
+    int blk, ch, i;
+    int group_size, nb_groups, bit_count;
+    uint8_t *p;
+    int delta0, delta1, delta2;
+    int exp0, exp1;
 
+    bit_count = 0;
     for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
+        AC3Block *block = &s->blocks[blk];
         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
-            if(exp_strategy[blk][ch] == EXP_REUSE) {
-                memcpy(psd[blk][ch],  psd[blk-1][ch],  AC3_MAX_COEFS*sizeof(psd[0][0][0]));
-                memcpy(mask[blk][ch], mask[blk-1][ch], AC3_CRITICAL_BANDS*sizeof(mask[0][0][0]));
-            } else {
-                ff_ac3_bit_alloc_calc_psd(encoded_exp[blk][ch], 0,
-                                          s->nb_coefs[ch],
-                                          psd[blk][ch], band_psd[blk][ch]);
-                ff_ac3_bit_alloc_calc_mask(&s->bit_alloc, band_psd[blk][ch],
-                                           0, s->nb_coefs[ch],
-                                           ff_ac3_fast_gain_tab[s->fast_gain_code[ch]],
-                                           ch == s->lfe_channel,
-                                           DBA_NONE, 0, NULL, NULL, NULL,
-                                           mask[blk][ch]);
+            if (block->exp_strategy[ch] == EXP_REUSE) {
+                continue;
+            }
+            group_size = block->exp_strategy[ch] + (block->exp_strategy[ch] == EXP_D45);
+            nb_groups = exponent_group_tab[block->exp_strategy[ch]-1][s->nb_coefs[ch]];
+            bit_count += 4 + (nb_groups * 7);
+            p = block->exp[ch];
+
+            /* DC exponent */
+            exp1 = *p++;
+            block->grouped_exp[ch][0] = exp1;
+
+            /* remaining exponents are delta encoded */
+            for (i = 1; i <= nb_groups; i++) {
+                /* merge three delta in one code */
+                exp0   = exp1;
+                exp1   = p[0];
+                p     += group_size;
+                delta0 = exp1 - exp0 + 2;
+
+                exp0   = exp1;
+                exp1   = p[0];
+                p     += group_size;
+                delta1 = exp1 - exp0 + 2;
+
+                exp0   = exp1;
+                exp1   = p[0];
+                p     += group_size;
+                delta2 = exp1 - exp0 + 2;
+
+                block->grouped_exp[ch][i] = ((delta0 * 5 + delta1) * 5) + delta2;
             }
         }
     }
+
+    s->exponent_bits = bit_count;
 }
 
 
 /**
- * Run the bit allocation with a given SNR offset.
- * This calculates the bit allocation pointers that will be used to determine
- * the quantization of each mantissa.
- * @return the number of remaining bits (positive or negative) if the given
- *         SNR offset is used to quantize the mantissas.
+ * Calculate final exponents from the supplied MDCT coefficients and exponent shift.
+ * Extract exponents from MDCT coefficients, calculate exponent strategies,
+ * and encode final exponents.
  */
-static int bit_alloc(AC3EncodeContext *s,
-                     int16_t mask[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_CRITICAL_BANDS],
-                     int16_t psd[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
-                     uint8_t bap[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
-                     int frame_bits, int coarse_snr_offset, int fine_snr_offset)
+static void process_exponents(AC3EncodeContext *s)
 {
-    int blk, ch;
-    int snr_offset;
+    extract_exponents(s);
 
-    snr_offset = (((coarse_snr_offset - 15) << 4) + fine_snr_offset) << 2;
+    compute_exp_strategy(s);
 
-    for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
-        s->mant1_cnt = 0;
-        s->mant2_cnt = 0;
-        s->mant4_cnt = 0;
-        for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
-            ff_ac3_bit_alloc_calc_bap(mask[blk][ch], psd[blk][ch], 0,
-                                      s->nb_coefs[ch], snr_offset,
-                                      s->bit_alloc.floor, ff_ac3_bap_tab,
-                                      bap[blk][ch]);
-            frame_bits += compute_mantissa_size(s, bap[blk][ch], s->nb_coefs[ch]);
-        }
-    }
-    return 8 * s->frame_size - frame_bits;
-}
+    encode_exponents(s);
 
+    group_exponents(s);
+}
 
-#define SNR_INC1 4
 
 /**
- * Perform bit allocation search.
- * Finds the SNR offset value that maximizes quality and fits in the specified
- * frame size.  Output is the SNR offset and a set of bit allocation pointers
- * used to quantize the mantissas.
+ * Count frame bits that are based solely on fixed parameters.
+ * This only has to be run once when the encoder is initialized.
  */
-static int compute_bit_allocation(AC3EncodeContext *s,
-                                  uint8_t bap[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
-                                  uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
-                                  uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS],
-                                  int frame_bits)
+static void count_frame_bits_fixed(AC3EncodeContext *s)
 {
-    int blk, ch;
-    int coarse_snr_offset, fine_snr_offset;
-    uint8_t bap1[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
-    int16_t psd[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
-    int16_t mask[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_CRITICAL_BANDS];
     static const int frame_bits_inc[8] = { 0, 0, 2, 2, 2, 4, 2, 4 };
+    int blk;
+    int frame_bits;
 
-    /* init default parameters */
-    s->slow_decay_code = 2;
-    s->fast_decay_code = 1;
-    s->slow_gain_code  = 1;
-    s->db_per_bit_code = 2;
-    s->floor_code      = 4;
-    for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
-        s->fast_gain_code[ch] = 4;
-
-    /* compute real values */
-    s->bit_alloc.slow_decay = ff_ac3_slow_decay_tab[s->slow_decay_code] >> s->bit_alloc.sr_shift;
-    s->bit_alloc.fast_decay = ff_ac3_fast_decay_tab[s->fast_decay_code] >> s->bit_alloc.sr_shift;
-    s->bit_alloc.slow_gain  = ff_ac3_slow_gain_tab[s->slow_gain_code];
-    s->bit_alloc.db_per_bit = ff_ac3_db_per_bit_tab[s->db_per_bit_code];
-    s->bit_alloc.floor      = ff_ac3_floor_tab[s->floor_code];
+    /* assumptions:
+     *   no dynamic range codes
+     *   no channel coupling
+     *   no rematrixing
+     *   bit allocation parameters do not change between blocks
+     *   SNR offsets do not change between blocks
+     *   no delta bit allocation
+     *   no skipped data
+     *   no auxilliary data
+     */
 
     /* header size */
-    frame_bits += 65;
-    // if (s->channel_mode == 2)
-    //    frame_bits += 2;
+    frame_bits = 65;
     frame_bits += frame_bits_inc[s->channel_mode];
 
     /* audio blocks */
@@ -714,10 +866,6 @@ static int compute_bit_allocation(AC3EncodeContext *s,
         frame_bits += 2 * s->fbw_channels; /* chexpstr[2] * c */
         if (s->lfe_on)
             frame_bits++; /* lfeexpstr */
-        for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
-            if (exp_strategy[blk][ch] != EXP_REUSE)
-                frame_bits += 6 + 2; /* chbwcod[6], gainrng[2] */
-        }
         frame_bits++; /* baie */
         frame_bits++; /* snr */
         frame_bits += 2; /* delta / skip */
@@ -735,119 +883,375 @@ static int compute_bit_allocation(AC3EncodeContext *s,
     /* CRC */
     frame_bits += 16;
 
-    /* calculate psd and masking curve before doing bit allocation */
-    bit_alloc_masking(s, encoded_exp, exp_strategy, psd, mask);
-
-    /* now the big work begins : do the bit allocation. Modify the snr
-       offset until we can pack everything in the requested frame size */
+    s->frame_bits_fixed = frame_bits;
+}
 
-    coarse_snr_offset = s->coarse_snr_offset;
-    while (coarse_snr_offset >= 0 &&
-           bit_alloc(s, mask, psd, bap, frame_bits, coarse_snr_offset, 0) < 0)
-        coarse_snr_offset -= SNR_INC1;
-    if (coarse_snr_offset < 0) {
-        av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Bit allocation failed. Try increasing the bitrate.\n");
-        return -1;
-    }
-    while (coarse_snr_offset + SNR_INC1 <= 63 &&
-           bit_alloc(s, mask, psd, bap1, frame_bits,
-                     coarse_snr_offset + SNR_INC1, 0) >= 0) {
-        coarse_snr_offset += SNR_INC1;
-        memcpy(bap, bap1, sizeof(bap1));
-    }
-    while (coarse_snr_offset + 1 <= 63 &&
-           bit_alloc(s, mask, psd, bap1, frame_bits, coarse_snr_offset + 1, 0) >= 0) {
-        coarse_snr_offset++;
-        memcpy(bap, bap1, sizeof(bap1));
-    }
 
-    fine_snr_offset = 0;
-    while (fine_snr_offset + SNR_INC1 <= 15 &&
-           bit_alloc(s, mask, psd, bap1, frame_bits,
-                     coarse_snr_offset, fine_snr_offset + SNR_INC1) >= 0) {
-        fine_snr_offset += SNR_INC1;
-        memcpy(bap, bap1, sizeof(bap1));
-    }
-    while (fine_snr_offset + 1 <= 15 &&
-           bit_alloc(s, mask, psd, bap1, frame_bits,
-                     coarse_snr_offset, fine_snr_offset + 1) >= 0) {
-        fine_snr_offset++;
-        memcpy(bap, bap1, sizeof(bap1));
-    }
+/**
+ * Initialize bit allocation.
+ * Set default parameter codes and calculate parameter values.
+ */
+static void bit_alloc_init(AC3EncodeContext *s)
+{
+    int ch;
 
-    s->coarse_snr_offset = coarse_snr_offset;
+    /* init default parameters */
+    s->slow_decay_code = 2;
+    s->fast_decay_code = 1;
+    s->slow_gain_code  = 1;
+    s->db_per_bit_code = 2;
+    s->floor_code      = 4;
     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
-        s->fine_snr_offset[ch] = fine_snr_offset;
+        s->fast_gain_code[ch] = 4;
 
-    return 0;
+    /* initial snr offset */
+    s->coarse_snr_offset = 40;
+
+    /* compute real values */
+    /* currently none of these values change during encoding, so we can just
+       set them once at initialization */
+    s->bit_alloc.slow_decay = ff_ac3_slow_decay_tab[s->slow_decay_code] >> s->bit_alloc.sr_shift;
+    s->bit_alloc.fast_decay = ff_ac3_fast_decay_tab[s->fast_decay_code] >> s->bit_alloc.sr_shift;
+    s->bit_alloc.slow_gain  = ff_ac3_slow_gain_tab[s->slow_gain_code];
+    s->bit_alloc.db_per_bit = ff_ac3_db_per_bit_tab[s->db_per_bit_code];
+    s->bit_alloc.floor      = ff_ac3_floor_tab[s->floor_code];
+
+    count_frame_bits_fixed(s);
 }
 
 
 /**
- * Write the AC-3 frame header to the output bitstream.
+ * Count the bits used to encode the frame, minus exponents and mantissas.
+ * Bits based on fixed parameters have already been counted, so now we just
+ * have to add the bits based on parameters that change during encoding.
  */
-static void output_frame_header(AC3EncodeContext *s, unsigned char *frame)
+static void count_frame_bits(AC3EncodeContext *s)
 {
-    init_put_bits(&s->pb, frame, AC3_MAX_CODED_FRAME_SIZE);
+    int blk, ch;
+    int frame_bits = 0;
 
-    put_bits(&s->pb, 16, 0x0b77);   /* frame header */
-    put_bits(&s->pb, 16, 0);        /* crc1: will be filled later */
-    put_bits(&s->pb, 2,  s->bit_alloc.sr_code);
-    put_bits(&s->pb, 6,  s->frame_size_code + (s->frame_size - s->frame_size_min) / 2);
-    put_bits(&s->pb, 5,  s->bitstream_id);
-    put_bits(&s->pb, 3,  s->bitstream_mode);
-    put_bits(&s->pb, 3,  s->channel_mode);
-    if ((s->channel_mode & 0x01) && s->channel_mode != AC3_CHMODE_MONO)
-        put_bits(&s->pb, 2, 1);     /* XXX -4.5 dB */
-    if (s->channel_mode & 0x04)
-        put_bits(&s->pb, 2, 1);     /* XXX -6 dB */
-    if (s->channel_mode == AC3_CHMODE_STEREO)
-        put_bits(&s->pb, 2, 0);     /* surround not indicated */
-    put_bits(&s->pb, 1, s->lfe_on); /* LFE */
-    put_bits(&s->pb, 5, 31);        /* dialog norm: -31 db */
-    put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no compression control word */
-    put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no lang code */
-    put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no audio production info */
-    put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no copyright */
-    put_bits(&s->pb, 1, 1);         /* original bitstream */
-    put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no time code 1 */
-    put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no time code 2 */
-    put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no additional bit stream info */
+    for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
+        uint8_t *exp_strategy = s->blocks[blk].exp_strategy;
+        for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
+            if (exp_strategy[ch] != EXP_REUSE)
+                frame_bits += 6 + 2; /* chbwcod[6], gainrng[2] */
+        }
+    }
+    s->frame_bits = s->frame_bits_fixed + frame_bits;
 }
 
 
 /**
- * Symmetric quantization on 'levels' levels.
+ * Calculate the number of bits needed to encode a set of mantissas.
  */
-static inline int sym_quant(int c, int e, int levels)
+static int compute_mantissa_size(int mant_cnt[5], uint8_t *bap, int nb_coefs)
 {
-    int v;
+    int bits, b, i;
 
-    if (c >= 0) {
-        v = (levels * (c << e)) >> 24;
-        v = (v + 1) >> 1;
-        v = (levels >> 1) + v;
-    } else {
-        v = (levels * ((-c) << e)) >> 24;
-        v = (v + 1) >> 1;
-        v = (levels >> 1) - v;
+    bits = 0;
+    for (i = 0; i < nb_coefs; i++) {
+        b = bap[i];
+        if (b <= 4) {
+            // bap=1 to bap=4 will be counted in compute_mantissa_size_final
+            mant_cnt[b]++;
+        } else if (b <= 13) {
+            // bap=5 to bap=13 use (bap-1) bits
+            bits += b - 1;
+        } else {
+            // bap=14 uses 14 bits and bap=15 uses 16 bits
+            bits += (b == 14) ? 14 : 16;
+        }
     }
-    assert (v >= 0 && v < levels);
-    return v;
+    return bits;
 }
 
 
 /**
- * Asymmetric quantization on 2^qbits levels.
+ * Finalize the mantissa bit count by adding in the grouped mantissas.
  */
-static inline int asym_quant(int c, int e, int qbits)
+static int compute_mantissa_size_final(int mant_cnt[5])
 {
-    int lshift, m, v;
+    // bap=1 : 3 mantissas in 5 bits
+    int bits = (mant_cnt[1] / 3) * 5;
+    // bap=2 : 3 mantissas in 7 bits
+    // bap=4 : 2 mantissas in 7 bits
+    bits += ((mant_cnt[2] / 3) + (mant_cnt[4] >> 1)) * 7;
+    // bap=3 : each mantissa is 3 bits
+    bits += mant_cnt[3] * 3;
+    return bits;
+}
 
-    lshift = e + qbits - 24;
-    if (lshift >= 0)
-        v = c << lshift;
-    else
+
+/**
+ * Calculate masking curve based on the final exponents.
+ * Also calculate the power spectral densities to use in future calculations.
+ */
+static void bit_alloc_masking(AC3EncodeContext *s)
+{
+    int blk, ch;
+
+    for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
+        AC3Block *block = &s->blocks[blk];
+        for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
+            /* We only need psd and mask for calculating bap.
+               Since we currently do not calculate bap when exponent
+               strategy is EXP_REUSE we do not need to calculate psd or mask. */
+            if (block->exp_strategy[ch] != EXP_REUSE) {
+                ff_ac3_bit_alloc_calc_psd(block->exp[ch], 0,
+                                          s->nb_coefs[ch],
+                                          block->psd[ch], block->band_psd[ch]);
+                ff_ac3_bit_alloc_calc_mask(&s->bit_alloc, block->band_psd[ch],
+                                           0, s->nb_coefs[ch],
+                                           ff_ac3_fast_gain_tab[s->fast_gain_code[ch]],
+                                           ch == s->lfe_channel,
+                                           DBA_NONE, 0, NULL, NULL, NULL,
+                                           block->mask[ch]);
+            }
+        }
+    }
+}
+
+
+/**
+ * Ensure that bap for each block and channel point to the current bap_buffer.
+ * They may have been switched during the bit allocation search.
+ */
+static void reset_block_bap(AC3EncodeContext *s)
+{
+    int blk, ch;
+    if (s->blocks[0].bap[0] == s->bap_buffer)
+        return;
+    for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
+        for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
+            s->blocks[blk].bap[ch] = &s->bap_buffer[AC3_MAX_COEFS * (blk * s->channels + ch)];
+        }
+    }
+}
+
+
+/**
+ * Run the bit allocation with a given SNR offset.
+ * This calculates the bit allocation pointers that will be used to determine
+ * the quantization of each mantissa.
+ * @return the number of bits needed for mantissas if the given SNR offset is
+ *         is used.
+ */
+static int bit_alloc(AC3EncodeContext *s,
+                     int snr_offset)
+{
+    int blk, ch;
+    int mantissa_bits;
+    int mant_cnt[5];
+
+    snr_offset = (snr_offset - 240) << 2;
+
+    reset_block_bap(s);
+    mantissa_bits = 0;
+    for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
+        AC3Block *block = &s->blocks[blk];
+        // initialize grouped mantissa counts. these are set so that they are
+        // padded to the next whole group size when bits are counted in
+        // compute_mantissa_size_final
+        mant_cnt[0] = mant_cnt[3] = 0;
+        mant_cnt[1] = mant_cnt[2] = 2;
+        mant_cnt[4] = 1;
+        for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
+            /* Currently the only bit allocation parameters which vary across
+               blocks within a frame are the exponent values.  We can take
+               advantage of that by reusing the bit allocation pointers
+               whenever we reuse exponents. */
+            if (block->exp_strategy[ch] == EXP_REUSE) {
+                memcpy(block->bap[ch], s->blocks[blk-1].bap[ch], AC3_MAX_COEFS);
+            } else {
+                ff_ac3_bit_alloc_calc_bap(block->mask[ch], block->psd[ch], 0,
+                                          s->nb_coefs[ch], snr_offset,
+                                          s->bit_alloc.floor, ff_ac3_bap_tab,
+                                          block->bap[ch]);
+            }
+            mantissa_bits += compute_mantissa_size(mant_cnt, block->bap[ch], s->nb_coefs[ch]);
+        }
+        mantissa_bits += compute_mantissa_size_final(mant_cnt);
+    }
+    return mantissa_bits;
+}
+
+
+/**
+ * Constant bitrate bit allocation search.
+ * Find the largest SNR offset that will allow data to fit in the frame.
+ */
+static int cbr_bit_allocation(AC3EncodeContext *s)
+{
+    int ch;
+    int bits_left;
+    int snr_offset, snr_incr;
+
+    bits_left = 8 * s->frame_size - (s->frame_bits + s->exponent_bits);
+
+    snr_offset = s->coarse_snr_offset << 4;
+
+    while (snr_offset >= 0 &&
+           bit_alloc(s, snr_offset) > bits_left) {
+        snr_offset -= 64;
+    }
+    if (snr_offset < 0)
+        return AVERROR(EINVAL);
+
+    FFSWAP(uint8_t *, s->bap_buffer, s->bap1_buffer);
+    for (snr_incr = 64; snr_incr > 0; snr_incr >>= 2) {
+        while (snr_offset + 64 <= 1023 &&
+               bit_alloc(s, snr_offset + snr_incr) <= bits_left) {
+            snr_offset += snr_incr;
+            FFSWAP(uint8_t *, s->bap_buffer, s->bap1_buffer);
+        }
+    }
+    FFSWAP(uint8_t *, s->bap_buffer, s->bap1_buffer);
+    reset_block_bap(s);
+
+    s->coarse_snr_offset = snr_offset >> 4;
+    for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
+        s->fine_snr_offset[ch] = snr_offset & 0xF;
+
+    return 0;
+}
+
+
+/**
+ * Downgrade exponent strategies to reduce the bits used by the exponents.
+ * This is a fallback for when bit allocation fails with the normal exponent
+ * strategies.  Each time this function is run it only downgrades the
+ * strategy in 1 channel of 1 block.
+ * @return non-zero if downgrade was unsuccessful
+ */
+static int downgrade_exponents(AC3EncodeContext *s)
+{
+    int ch, blk;
+
+    for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
+        for (blk = AC3_MAX_BLOCKS-1; blk >= 0; blk--) {
+            if (s->blocks[blk].exp_strategy[ch] == EXP_D15) {
+                s->blocks[blk].exp_strategy[ch] = EXP_D25;
+                return 0;
+            }
+        }
+    }
+    for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
+        for (blk = AC3_MAX_BLOCKS-1; blk >= 0; blk--) {
+            if (s->blocks[blk].exp_strategy[ch] == EXP_D25) {
+                s->blocks[blk].exp_strategy[ch] = EXP_D45;
+                return 0;
+            }
+        }
+    }
+    for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
+        /* block 0 cannot reuse exponents, so only downgrade D45 to REUSE if
+           the block number > 0 */
+        for (blk = AC3_MAX_BLOCKS-1; blk > 0; blk--) {
+            if (s->blocks[blk].exp_strategy[ch] > EXP_REUSE) {
+                s->blocks[blk].exp_strategy[ch] = EXP_REUSE;
+                return 0;
+            }
+        }
+    }
+    return -1;
+}
+
+
+/**
+ * Reduce the bandwidth to reduce the number of bits used for a given SNR offset.
+ * This is a second fallback for when bit allocation still fails after exponents
+ * have been downgraded.
+ * @return non-zero if bandwidth reduction was unsuccessful
+ */
+static int reduce_bandwidth(AC3EncodeContext *s, int min_bw_code)
+{
+    int ch;
+
+    if (s->bandwidth_code[0] > min_bw_code) {
+        for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
+            s->bandwidth_code[ch]--;
+            s->nb_coefs[ch] = s->bandwidth_code[ch] * 3 + 73;
+        }
+        return 0;
+    }
+    return -1;
+}
+
+
+/**
+ * Perform bit allocation search.
+ * Finds the SNR offset value that maximizes quality and fits in the specified
+ * frame size.  Output is the SNR offset and a set of bit allocation pointers
+ * used to quantize the mantissas.
+ */
+static int compute_bit_allocation(AC3EncodeContext *s)
+{
+    int ret;
+
+    count_frame_bits(s);
+
+    bit_alloc_masking(s);
+
+    ret = cbr_bit_allocation(s);
+    while (ret) {
+        /* fallback 1: downgrade exponents */
+        if (!downgrade_exponents(s)) {
+            extract_exponents(s);
+            encode_exponents(s);
+            group_exponents(s);
+            ret = compute_bit_allocation(s);
+            continue;
+        }
+
+        /* fallback 2: reduce bandwidth */
+        /* only do this if the user has not specified a specific cutoff
+           frequency */
+        if (!s->cutoff && !reduce_bandwidth(s, 0)) {
+            process_exponents(s);
+            ret = compute_bit_allocation(s);
+            continue;
+        }
+
+        /* fallbacks were not enough... */
+        break;
+    }
+
+    return ret;
+}
+
+
+/**
+ * Symmetric quantization on 'levels' levels.
+ */
+static inline int sym_quant(int c, int e, int levels)
+{
+    int v;
+
+    if (c >= 0) {
+        v = (levels * (c << e)) >> 24;
+        v = (v + 1) >> 1;
+        v = (levels >> 1) + v;
+    } else {
+        v = (levels * ((-c) << e)) >> 24;
+        v = (v + 1) >> 1;
+        v = (levels >> 1) - v;
+    }
+    assert(v >= 0 && v < levels);
+    return v;
+}
+
+
+/**
+ * Asymmetric quantization on 2^qbits levels.
+ */
+static inline int asym_quant(int c, int e, int qbits)
+{
+    int lshift, m, v;
+
+    lshift = e + qbits - 24;
+    if (lshift >= 0)
+        v = c << lshift;
+    else
         v = c >> (-lshift);
     /* rounding */
     v = (v + 1) >> 1;
@@ -860,29 +1264,174 @@ static inline int asym_quant(int c, int e, int qbits)
 
 
 /**
+ * Quantize a set of mantissas for a single channel in a single block.
+ */
+static void quantize_mantissas_blk_ch(AC3EncodeContext *s,
+                                      int32_t *mdct_coef, int8_t exp_shift,
+                                      uint8_t *exp, uint8_t *bap,
+                                      uint16_t *qmant, int n)
+{
+    int i;
+
+    for (i = 0; i < n; i++) {
+        int v;
+        int c = mdct_coef[i];
+        int e = exp[i] - exp_shift;
+        int b = bap[i];
+        switch (b) {
+        case 0:
+            v = 0;
+            break;
+        case 1:
+            v = sym_quant(c, e, 3);
+            switch (s->mant1_cnt) {
+            case 0:
+                s->qmant1_ptr = &qmant[i];
+                v = 9 * v;
+                s->mant1_cnt = 1;
+                break;
+            case 1:
+                *s->qmant1_ptr += 3 * v;
+                s->mant1_cnt = 2;
+                v = 128;
+                break;
+            default:
+                *s->qmant1_ptr += v;
+                s->mant1_cnt = 0;
+                v = 128;
+                break;
+            }
+            break;
+        case 2:
+            v = sym_quant(c, e, 5);
+            switch (s->mant2_cnt) {
+            case 0:
+                s->qmant2_ptr = &qmant[i];
+                v = 25 * v;
+                s->mant2_cnt = 1;
+                break;
+            case 1:
+                *s->qmant2_ptr += 5 * v;
+                s->mant2_cnt = 2;
+                v = 128;
+                break;
+            default:
+                *s->qmant2_ptr += v;
+                s->mant2_cnt = 0;
+                v = 128;
+                break;
+            }
+            break;
+        case 3:
+            v = sym_quant(c, e, 7);
+            break;
+        case 4:
+            v = sym_quant(c, e, 11);
+            switch (s->mant4_cnt) {
+            case 0:
+                s->qmant4_ptr = &qmant[i];
+                v = 11 * v;
+                s->mant4_cnt = 1;
+                break;
+            default:
+                *s->qmant4_ptr += v;
+                s->mant4_cnt = 0;
+                v = 128;
+                break;
+            }
+            break;
+        case 5:
+            v = sym_quant(c, e, 15);
+            break;
+        case 14:
+            v = asym_quant(c, e, 14);
+            break;
+        case 15:
+            v = asym_quant(c, e, 16);
+            break;
+        default:
+            v = asym_quant(c, e, b - 1);
+            break;
+        }
+        qmant[i] = v;
+    }
+}
+
+
+/**
+ * Quantize mantissas using coefficients, exponents, and bit allocation pointers.
+ */
+static void quantize_mantissas(AC3EncodeContext *s)
+{
+    int blk, ch;
+
+
+    for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
+        AC3Block *block = &s->blocks[blk];
+        s->mant1_cnt  = s->mant2_cnt  = s->mant4_cnt  = 0;
+        s->qmant1_ptr = s->qmant2_ptr = s->qmant4_ptr = NULL;
+
+        for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
+            quantize_mantissas_blk_ch(s, block->mdct_coef[ch], block->exp_shift[ch],
+                                      block->exp[ch], block->bap[ch],
+                                      block->qmant[ch], s->nb_coefs[ch]);
+        }
+    }
+}
+
+
+/**
+ * Write the AC-3 frame header to the output bitstream.
+ */
+static void output_frame_header(AC3EncodeContext *s)
+{
+    put_bits(&s->pb, 16, 0x0b77);   /* frame header */
+    put_bits(&s->pb, 16, 0);        /* crc1: will be filled later */
+    put_bits(&s->pb, 2,  s->bit_alloc.sr_code);
+    put_bits(&s->pb, 6,  s->frame_size_code + (s->frame_size - s->frame_size_min) / 2);
+    put_bits(&s->pb, 5,  s->bitstream_id);
+    put_bits(&s->pb, 3,  s->bitstream_mode);
+    put_bits(&s->pb, 3,  s->channel_mode);
+    if ((s->channel_mode & 0x01) && s->channel_mode != AC3_CHMODE_MONO)
+        put_bits(&s->pb, 2, 1);     /* XXX -4.5 dB */
+    if (s->channel_mode & 0x04)
+        put_bits(&s->pb, 2, 1);     /* XXX -6 dB */
+    if (s->channel_mode == AC3_CHMODE_STEREO)
+        put_bits(&s->pb, 2, 0);     /* surround not indicated */
+    put_bits(&s->pb, 1, s->lfe_on); /* LFE */
+    put_bits(&s->pb, 5, 31);        /* dialog norm: -31 db */
+    put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no compression control word */
+    put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no lang code */
+    put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no audio production info */
+    put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no copyright */
+    put_bits(&s->pb, 1, 1);         /* original bitstream */
+    put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no time code 1 */
+    put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no time code 2 */
+    put_bits(&s->pb, 1, 0);         /* no additional bit stream info */
+}
+
+
+/**
  * Write one audio block to the output bitstream.
  */
 static void output_audio_block(AC3EncodeContext *s,
-                               uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_CHANNELS],
-                               uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
-                               uint8_t bap[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
-                               int32_t mdct_coef[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS],
-                               int8_t exp_shift[AC3_MAX_CHANNELS],
                                int block_num)
 {
-    int ch, nb_groups, group_size, i, baie, rbnd;
-    uint8_t *p;
-    uint16_t qmant[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
-    int exp0, exp1;
-    int mant1_cnt, mant2_cnt, mant4_cnt;
-    uint16_t *qmant1_ptr, *qmant2_ptr, *qmant4_ptr;
-    int delta0, delta1, delta2;
+    int ch, i, baie, rbnd;
+    AC3Block *block = &s->blocks[block_num];
 
+    /* block switching */
     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++)
-        put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no block switching */
+        put_bits(&s->pb, 1, 0);
+
+    /* dither flags */
     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++)
-        put_bits(&s->pb, 1, 1); /* no dither */
-    put_bits(&s->pb, 1, 0);     /* no dynamic range */
+        put_bits(&s->pb, 1, 1);
+
+    /* dynamic range codes */
+    put_bits(&s->pb, 1, 0);
+
+    /* channel coupling */
     if (!block_num) {
         put_bits(&s->pb, 1, 1); /* coupling strategy present */
         put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no coupling strategy */
@@ -890,6 +1439,7 @@ static void output_audio_block(AC3EncodeContext *s,
         put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no new coupling strategy */
     }
 
+    /* stereo rematrixing */
     if (s->channel_mode == AC3_CHMODE_STEREO) {
         if (!block_num) {
             /* first block must define rematrixing (rematstr) */
@@ -906,52 +1456,34 @@ static void output_audio_block(AC3EncodeContext *s,
 
     /* exponent strategy */
     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++)
-        put_bits(&s->pb, 2, exp_strategy[ch]);
-
+        put_bits(&s->pb, 2, block->exp_strategy[ch]);
     if (s->lfe_on)
-        put_bits(&s->pb, 1, exp_strategy[s->lfe_channel]);
+        put_bits(&s->pb, 1, block->exp_strategy[s->lfe_channel]);
 
     /* bandwidth */
     for (ch = 0; ch < s->fbw_channels; ch++) {
-        if (exp_strategy[ch] != EXP_REUSE)
+        if (block->exp_strategy[ch] != EXP_REUSE)
             put_bits(&s->pb, 6, s->bandwidth_code[ch]);
     }
 
     /* exponents */
     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
-        if (exp_strategy[ch] == EXP_REUSE)
+        int nb_groups;
+
+        if (block->exp_strategy[ch] == EXP_REUSE)
             continue;
-        group_size = exp_strategy[ch] + (exp_strategy[ch] == EXP_D45);
-        nb_groups = (s->nb_coefs[ch] + (group_size * 3) - 4) / (3 * group_size);
-        p = encoded_exp[ch];
-
-        /* first exponent */
-        exp1 = *p++;
-        put_bits(&s->pb, 4, exp1);
-
-        /* next ones are delta encoded */
-        for (i = 0; i < nb_groups; i++) {
-            /* merge three delta in one code */
-            exp0   = exp1;
-            exp1   = p[0];
-            p     += group_size;
-            delta0 = exp1 - exp0 + 2;
-
-            exp0   = exp1;
-            exp1   = p[0];
-            p     += group_size;
-            delta1 = exp1 - exp0 + 2;
-
-            exp0   = exp1;
-            exp1   = p[0];
-            p     += group_size;
-            delta2 = exp1 - exp0 + 2;
-
-            put_bits(&s->pb, 7, ((delta0 * 5 + delta1) * 5) + delta2);
-        }
 
+        /* DC exponent */
+        put_bits(&s->pb, 4, block->grouped_exp[ch][0]);
+
+        /* exponent groups */
+        nb_groups = exponent_group_tab[block->exp_strategy[ch]-1][s->nb_coefs[ch]];
+        for (i = 1; i <= nb_groups; i++)
+            put_bits(&s->pb, 7, block->grouped_exp[ch][i]);
+
+        /* gain range info */
         if (ch != s->lfe_channel)
-            put_bits(&s->pb, 2, 0); /* no gain range info */
+            put_bits(&s->pb, 2, 0);
     }
 
     /* bit allocation info */
@@ -978,107 +1510,12 @@ static void output_audio_block(AC3EncodeContext *s,
     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no delta bit allocation */
     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no data to skip */
 
-    /* mantissa encoding : we use two passes to handle the grouping. A
-       one pass method may be faster, but it would necessitate to
-       modify the output stream. */
-
-    /* first pass: quantize */
-    mant1_cnt = mant2_cnt = mant4_cnt = 0;
-    qmant1_ptr = qmant2_ptr = qmant4_ptr = NULL;
-
-    for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
-        int b, c, e, v;
-
-        for (i = 0; i < s->nb_coefs[ch]; i++) {
-            c = mdct_coef[ch][i];
-            e = encoded_exp[ch][i] - exp_shift[ch];
-            b = bap[ch][i];
-            switch (b) {
-            case 0:
-                v = 0;
-                break;
-            case 1:
-                v = sym_quant(c, e, 3);
-                switch (mant1_cnt) {
-                case 0:
-                    qmant1_ptr = &qmant[ch][i];
-                    v = 9 * v;
-                    mant1_cnt = 1;
-                    break;
-                case 1:
-                    *qmant1_ptr += 3 * v;
-                    mant1_cnt = 2;
-                    v = 128;
-                    break;
-                default:
-                    *qmant1_ptr += v;
-                    mant1_cnt = 0;
-                    v = 128;
-                    break;
-                }
-                break;
-            case 2:
-                v = sym_quant(c, e, 5);
-                switch (mant2_cnt) {
-                case 0:
-                    qmant2_ptr = &qmant[ch][i];
-                    v = 25 * v;
-                    mant2_cnt = 1;
-                    break;
-                case 1:
-                    *qmant2_ptr += 5 * v;
-                    mant2_cnt = 2;
-                    v = 128;
-                    break;
-                default:
-                    *qmant2_ptr += v;
-                    mant2_cnt = 0;
-                    v = 128;
-                    break;
-                }
-                break;
-            case 3:
-                v = sym_quant(c, e, 7);
-                break;
-            case 4:
-                v = sym_quant(c, e, 11);
-                switch (mant4_cnt) {
-                case 0:
-                    qmant4_ptr = &qmant[ch][i];
-                    v = 11 * v;
-                    mant4_cnt = 1;
-                    break;
-                default:
-                    *qmant4_ptr += v;
-                    mant4_cnt = 0;
-                    v = 128;
-                    break;
-                }
-                break;
-            case 5:
-                v = sym_quant(c, e, 15);
-                break;
-            case 14:
-                v = asym_quant(c, e, 14);
-                break;
-            case 15:
-                v = asym_quant(c, e, 16);
-                break;
-            default:
-                v = asym_quant(c, e, b - 1);
-                break;
-            }
-            qmant[ch][i] = v;
-        }
-    }
-
-    /* second pass : output the values */
+    /* mantissas */
     for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
         int b, q;
-
         for (i = 0; i < s->nb_coefs[ch]; i++) {
-            q = qmant[ch][i];
-            b = bap[ch][i];
+            q = block->qmant[ch][i];
+            b = block->bap[ch][i];
             switch (b) {
             case 0:                                         break;
             case 1: if (q != 128) put_bits(&s->pb,   5, q); break;
@@ -1137,28 +1574,26 @@ static void output_frame_end(AC3EncodeContext *s)
     int frame_size, frame_size_58, pad_bytes, crc1, crc2, crc_inv;
     uint8_t *frame;
 
-    frame_size = s->frame_size; /* frame size in words */
-    /* align to 8 bits */
+    frame_size    = s->frame_size;
+    frame_size_58 = ((frame_size >> 2) + (frame_size >> 4)) << 1;
+
+    /* pad the remainder of the frame with zeros */
     flush_put_bits(&s->pb);
-    /* add zero bytes to reach the frame size */
     frame = s->pb.buf;
     pad_bytes = s->frame_size - (put_bits_ptr(&s->pb) - frame) - 2;
     assert(pad_bytes >= 0);
     if (pad_bytes > 0)
         memset(put_bits_ptr(&s->pb), 0, pad_bytes);
 
-    /* Now we must compute both crcs : this is not so easy for crc1
-       because it is at the beginning of the data... */
-    frame_size_58 = ((frame_size >> 2) + (frame_size >> 4)) << 1;
-
+    /* compute crc1 */
+    /* this is not so easy because it is at the beginning of the data... */
     crc1 = av_bswap16(av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI), 0,
                              frame + 4, frame_size_58 - 4));
-
-    /* XXX: could precompute crc_inv */
-    crc_inv = pow_poly((CRC16_POLY >> 1), (8 * frame_size_58) - 16, CRC16_POLY);
+    crc_inv = s->crc_inv[s->frame_size > s->frame_size_min];
     crc1    = mul_poly(crc_inv, crc1, CRC16_POLY);
     AV_WB16(frame + 2, crc1);
 
+    /* compute crc2 */
     crc2 = av_bswap16(av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_16_ANSI), 0,
                              frame + frame_size_58,
                              frame_size - frame_size_58 - 2));
@@ -1167,6 +1602,25 @@ static void output_frame_end(AC3EncodeContext *s)
 
 
 /**
+ * Write the frame to the output bitstream.
+ */
+static void output_frame(AC3EncodeContext *s,
+                         unsigned char *frame)
+{
+    int blk;
+
+    init_put_bits(&s->pb, frame, AC3_MAX_CODED_FRAME_SIZE);
+
+    output_frame_header(s);
+
+    for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++)
+        output_audio_block(s, blk);
+
+    output_frame_end(s);
+}
+
+
+/**
  * Encode a single AC-3 frame.
  */
 static int ac3_encode_frame(AVCodecContext *avctx,
@@ -1174,90 +1628,26 @@ static int ac3_encode_frame(AVCodecContext *avctx,
 {
     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
     const int16_t *samples = data;
-    int v;
-    int blk, blk1, blk2, ch, i;
-    int16_t planar_samples[AC3_MAX_CHANNELS][AC3_BLOCK_SIZE+AC3_FRAME_SIZE];
-    int32_t mdct_coef[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
-    uint8_t exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
-    uint8_t exp_strategy[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS];
-    uint8_t encoded_exp[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
-    uint8_t bap[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS][AC3_MAX_COEFS];
-    int8_t exp_shift[AC3_MAX_BLOCKS][AC3_MAX_CHANNELS];
-    int frame_bits;
-
-    deinterleave_input_samples(s, samples, planar_samples);
+    int ret;
 
-    apply_mdct(s, planar_samples, exp_shift, mdct_coef);
+    if (s->bit_alloc.sr_code == 1)
+        adjust_frame_size(s);
 
-    /* extract exponents */
-    for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
-        for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
-            /* compute "exponents". We take into account the normalization there */
-            for (i = 0; i < AC3_MAX_COEFS; i++) {
-                int e;
-                v = abs(mdct_coef[blk][ch][i]);
-                if (v == 0)
-                    e = 24;
-                else {
-                    e = 23 - av_log2(v) + exp_shift[blk][ch];
-                    if (e >= 24) {
-                        e = 24;
-                        mdct_coef[blk][ch][i] = 0;
-                    }
-                }
-                exp[blk][ch][i] = e;
-            }
-        }
-    }
+    deinterleave_input_samples(s, samples);
 
-    /* compute exponent strategies */
-    for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
-        compute_exp_strategy_ch(exp_strategy, exp, ch, ch == s->lfe_channel);
-    }
+    apply_mdct(s);
 
-    /* encode exponents */
-    frame_bits = 0;
-    for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
-        /* compute the exponents as the decoder will see them. The
-           EXP_REUSE case must be handled carefully : we select the
-           min of the exponents */
-        blk = 0;
-        while (blk < AC3_MAX_BLOCKS) {
-            blk1 = blk + 1;
-            while (blk1 < AC3_MAX_BLOCKS && exp_strategy[blk1][ch] == EXP_REUSE) {
-                exponent_min(exp[blk][ch], exp[blk1][ch], s->nb_coefs[ch]);
-                blk1++;
-            }
-            frame_bits += encode_exponents_blk_ch(encoded_exp[blk][ch],
-                                                  exp[blk][ch], s->nb_coefs[ch],
-                                                  exp_strategy[blk][ch]);
-            /* copy encoded exponents for reuse case */
-            for (blk2 = blk+1; blk2 < blk1; blk2++) {
-                memcpy(encoded_exp[blk2][ch], encoded_exp[blk][ch],
-                       s->nb_coefs[ch] * sizeof(uint8_t));
-            }
-            blk = blk1;
-        }
-    }
+    process_exponents(s);
 
-    /* adjust for fractional frame sizes */
-    while (s->bits_written >= s->bit_rate && s->samples_written >= s->sample_rate) {
-        s->bits_written    -= s->bit_rate;
-        s->samples_written -= s->sample_rate;
+    ret = compute_bit_allocation(s);
+    if (ret) {
+        av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Bit allocation failed. Try increasing the bitrate.\n");
+        return ret;
     }
-    s->frame_size = s->frame_size_min + 2 * (s->bits_written * s->sample_rate < s->samples_written * s->bit_rate);
-    s->bits_written    += s->frame_size * 8;
-    s->samples_written += AC3_FRAME_SIZE;
 
-    compute_bit_allocation(s, bap, encoded_exp, exp_strategy, frame_bits);
-    /* everything is known... let's output the frame */
-    output_frame_header(s, frame);
+    quantize_mantissas(s);
 
-    for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
-        output_audio_block(s, exp_strategy[blk], encoded_exp[blk],
-                           bap[blk], mdct_coef[blk], exp_shift[blk], blk);
-    }
-    output_frame_end(s);
+    output_frame(s, frame);
 
     return s->frame_size;
 }
@@ -1268,6 +1658,35 @@ static int ac3_encode_frame(AVCodecContext *avctx,
  */
 static av_cold int ac3_encode_close(AVCodecContext *avctx)
 {
+    int blk, ch;
+    AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
+
+    for (ch = 0; ch < s->channels; ch++)
+        av_freep(&s->planar_samples[ch]);
+    av_freep(&s->planar_samples);
+    av_freep(&s->bap_buffer);
+    av_freep(&s->bap1_buffer);
+    av_freep(&s->mdct_coef_buffer);
+    av_freep(&s->exp_buffer);
+    av_freep(&s->grouped_exp_buffer);
+    av_freep(&s->psd_buffer);
+    av_freep(&s->band_psd_buffer);
+    av_freep(&s->mask_buffer);
+    av_freep(&s->qmant_buffer);
+    for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
+        AC3Block *block = &s->blocks[blk];
+        av_freep(&block->bap);
+        av_freep(&block->mdct_coef);
+        av_freep(&block->exp);
+        av_freep(&block->grouped_exp);
+        av_freep(&block->psd);
+        av_freep(&block->band_psd);
+        av_freep(&block->mask);
+        av_freep(&block->qmant);
+    }
+
+    mdct_end(&s->mdct);
+
     av_freep(&avctx->coded_frame);
     return 0;
 }
@@ -1362,6 +1781,15 @@ static av_cold int validate_options(AVCodecContext *avctx, AC3EncodeContext *s)
     s->bit_rate        = avctx->bit_rate;
     s->frame_size_code = i << 1;
 
+    /* validate cutoff */
+    if (avctx->cutoff < 0) {
+        av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid cutoff frequency\n");
+        return AVERROR(EINVAL);
+    }
+    s->cutoff = avctx->cutoff;
+    if (s->cutoff > (s->sample_rate >> 1))
+        s->cutoff = s->sample_rate >> 1;
+
     return 0;
 }
 
@@ -1371,15 +1799,14 @@ static av_cold int validate_options(AVCodecContext *avctx, AC3EncodeContext *s)
  * The user can optionally supply a cutoff frequency. Otherwise an appropriate
  * default value will be used.
  */
-static av_cold void set_bandwidth(AC3EncodeContext *s, int cutoff)
+static av_cold void set_bandwidth(AC3EncodeContext *s)
 {
     int ch, bw_code;
 
-    if (cutoff) {
+    if (s->cutoff) {
         /* calculate bandwidth based on user-specified cutoff frequency */
         int fbw_coeffs;
-        cutoff         = av_clip(cutoff, 1, s->sample_rate >> 1);
-        fbw_coeffs     = cutoff * 2 * AC3_MAX_COEFS / s->sample_rate;
+        fbw_coeffs     = s->cutoff * 2 * AC3_MAX_COEFS / s->sample_rate;
         bw_code        = av_clip((fbw_coeffs - 73) / 3, 0, 60);
     } else {
         /* use default bandwidth setting */
@@ -1398,13 +1825,80 @@ static av_cold void set_bandwidth(AC3EncodeContext *s, int cutoff)
 }
 
 
+static av_cold int allocate_buffers(AVCodecContext *avctx)
+{
+    int blk, ch;
+    AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
+
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->planar_samples, s->channels * sizeof(*s->planar_samples),
+                     alloc_fail);
+    for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
+        FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, s->planar_samples[ch],
+                          (AC3_FRAME_SIZE+AC3_BLOCK_SIZE) * sizeof(**s->planar_samples),
+                          alloc_fail);
+    }
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->bap_buffer,  AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
+                     AC3_MAX_COEFS * sizeof(*s->bap_buffer),  alloc_fail);
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->bap1_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
+                     AC3_MAX_COEFS * sizeof(*s->bap1_buffer), alloc_fail);
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->mdct_coef_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
+                     AC3_MAX_COEFS * sizeof(*s->mdct_coef_buffer), alloc_fail);
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->exp_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
+                     AC3_MAX_COEFS * sizeof(*s->exp_buffer), alloc_fail);
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->grouped_exp_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
+                     128 * sizeof(*s->grouped_exp_buffer), alloc_fail);
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->psd_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
+                     AC3_MAX_COEFS * sizeof(*s->psd_buffer), alloc_fail);
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->band_psd_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
+                     64 * sizeof(*s->band_psd_buffer), alloc_fail);
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->mask_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
+                     64 * sizeof(*s->mask_buffer), alloc_fail);
+    FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, s->qmant_buffer, AC3_MAX_BLOCKS * s->channels *
+                     AC3_MAX_COEFS * sizeof(*s->qmant_buffer), alloc_fail);
+    for (blk = 0; blk < AC3_MAX_BLOCKS; blk++) {
+        AC3Block *block = &s->blocks[blk];
+        FF_ALLOC_OR_GOTO(avctx, block->bap, s->channels * sizeof(*block->bap),
+                         alloc_fail);
+        FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->mdct_coef, s->channels * sizeof(*block->mdct_coef),
+                          alloc_fail);
+        FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->exp, s->channels * sizeof(*block->exp),
+                          alloc_fail);
+        FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->grouped_exp, s->channels * sizeof(*block->grouped_exp),
+                          alloc_fail);
+        FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->psd, s->channels * sizeof(*block->psd),
+                          alloc_fail);
+        FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->band_psd, s->channels * sizeof(*block->band_psd),
+                          alloc_fail);
+        FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->mask, s->channels * sizeof(*block->mask),
+                          alloc_fail);
+        FF_ALLOCZ_OR_GOTO(avctx, block->qmant, s->channels * sizeof(*block->qmant),
+                          alloc_fail);
+
+        for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
+            block->bap[ch]         = &s->bap_buffer        [AC3_MAX_COEFS * (blk * s->channels + ch)];
+            block->mdct_coef[ch]   = &s->mdct_coef_buffer  [AC3_MAX_COEFS * (blk * s->channels + ch)];
+            block->exp[ch]         = &s->exp_buffer        [AC3_MAX_COEFS * (blk * s->channels + ch)];
+            block->grouped_exp[ch] = &s->grouped_exp_buffer[128           * (blk * s->channels + ch)];
+            block->psd[ch]         = &s->psd_buffer        [AC3_MAX_COEFS * (blk * s->channels + ch)];
+            block->band_psd[ch]    = &s->band_psd_buffer   [64            * (blk * s->channels + ch)];
+            block->mask[ch]        = &s->mask_buffer       [64            * (blk * s->channels + ch)];
+            block->qmant[ch]       = &s->qmant_buffer      [AC3_MAX_COEFS * (blk * s->channels + ch)];
+        }
+    }
+
+    return 0;
+alloc_fail:
+    return AVERROR(ENOMEM);
+}
+
+
 /**
  * Initialize the encoder.
  */
 static av_cold int ac3_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 {
     AC3EncodeContext *s = avctx->priv_data;
-    int ret;
+    int ret, frame_size_58;
 
     avctx->frame_size = AC3_FRAME_SIZE;
 
@@ -1422,17 +1916,37 @@ static av_cold int ac3_encode_init(AVCodecContext *avctx)
     s->samples_written = 0;
     s->frame_size      = s->frame_size_min;
 
-    set_bandwidth(s, avctx->cutoff);
+    /* calculate crc_inv for both possible frame sizes */
+    frame_size_58 = (( s->frame_size    >> 2) + ( s->frame_size    >> 4)) << 1;
+    s->crc_inv[0] = pow_poly((CRC16_POLY >> 1), (8 * frame_size_58) - 16, CRC16_POLY);
+    if (s->bit_alloc.sr_code == 1) {
+        frame_size_58 = (((s->frame_size+2) >> 2) + ((s->frame_size+2) >> 4)) << 1;
+        s->crc_inv[1] = pow_poly((CRC16_POLY >> 1), (8 * frame_size_58) - 16, CRC16_POLY);
+    }
 
-    /* initial snr offset */
-    s->coarse_snr_offset = 40;
+    set_bandwidth(s);
 
-    mdct_init(9);
+    exponent_init(s);
+
+    bit_alloc_init(s);
+
+    s->mdct.avctx = avctx;
+    ret = mdct_init(&s->mdct, 9);
+    if (ret)
+        goto init_fail;
+
+    ret = allocate_buffers(avctx);
+    if (ret)
+        goto init_fail;
 
     avctx->coded_frame= avcodec_alloc_frame();
-    avctx->coded_frame->key_frame= 1;
+
+    dsputil_init(&s->dsp, avctx);
 
     return 0;
+init_fail:
+    ac3_encode_close(avctx);
+    return ret;
 }
 
 
@@ -1442,10 +1956,12 @@ static av_cold int ac3_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 
 #include "libavutil/lfg.h"
 
+#define MDCT_NBITS 9
+#define MDCT_SAMPLES (1 << MDCT_NBITS)
 #define FN (MDCT_SAMPLES/4)
 
 
-static void fft_test(AVLFG *lfg)
+static void fft_test(AC3MDCTContext *mdct, AVLFG *lfg)
 {
     IComplex in[FN], in1[FN];
     int k, n, i;
@@ -1456,7 +1972,7 @@ static void fft_test(AVLFG *lfg)
         in[i].im = av_lfg_get(lfg) % 65535 - 32767;
         in1[i]   = in[i];
     }
-    fft(in, 7);
+    fft(mdct, in, 7);
 
     /* do it by hand */
     for (k = 0; k < FN; k++) {
@@ -1473,7 +1989,7 @@ static void fft_test(AVLFG *lfg)
 }
 
 
-static void mdct_test(AVLFG *lfg)
+static void mdct_test(AC3MDCTContext *mdct, AVLFG *lfg)
 {
     int16_t input[MDCT_SAMPLES];
     int32_t output[AC3_MAX_COEFS];
@@ -1487,7 +2003,7 @@ static void mdct_test(AVLFG *lfg)
         input1[i] = input[i];
     }
 
-    mdct512(output, input);
+    mdct512(mdct, output, input);
 
     /* do it by hand */
     for (k = 0; k < AC3_MAX_COEFS; k++) {
@@ -1515,12 +2031,14 @@ static void mdct_test(AVLFG *lfg)
 int main(void)
 {
     AVLFG lfg;
+    AC3MDCTContext mdct;
 
+    mdct.avctx = NULL;
     av_log_set_level(AV_LOG_DEBUG);
-    mdct_init(9);
+    mdct_init(&mdct, 9);
 
-    fft_test(&lfg);
-    mdct_test(&lfg);
+    fft_test(&mdct, &lfg);
+    mdct_test(&mdct, &lfg);
 
     return 0;
 }