git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/amrwbdec.c

   1 /*
   2  * AMR wideband decoder
   3  * Copyright (c) 2010 Marcelo Galvao Povoa
   4  *
   5  * This file is part of FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A particular PURPOSE.  See the GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 /**
  23  * @file
  24  * AMR wideband decoder
  25  */
  26
  27 #include "libavutil/channel_layout.h"
  28 #include "libavutil/common.h"
  29 #include "libavutil/float_dsp.h"
  30 #include "libavutil/lfg.h"
  31
  32 #include "avcodec.h"
  33 #include "lsp.h"
  34 #include "celp_filters.h"
  35 #include "celp_math.h"
  36 #include "acelp_filters.h"
  37 #include "acelp_vectors.h"
  38 #include "acelp_pitch_delay.h"
  39 #include "internal.h"
  40
  41 #define AMR_USE_16BIT_TABLES
  42 #include "amr.h"
  43
  44 #include "amrwbdata.h"
  45 #include "mips/amrwbdec_mips.h"
  46
  47 typedef struct AMRWBContext {
  48     AMRWBFrame                             frame; ///< AMRWB parameters decoded from bitstream
  49     enum Mode                        fr_cur_mode; ///< mode index of current frame
  50     uint8_t                           fr_quality; ///< frame quality index (FQI)
  51     float                      isf_cur[LP_ORDER]; ///< working ISF vector from current frame
  52     float                   isf_q_past[LP_ORDER]; ///< quantized ISF vector of the previous frame
  53     float               isf_past_final[LP_ORDER]; ///< final processed ISF vector of the previous frame
  54     double                      isp[4][LP_ORDER]; ///< ISP vectors from current frame
  55     double               isp_sub4_past[LP_ORDER]; ///< ISP vector for the 4th subframe of the previous frame
  56
  57     float                   lp_coef[4][LP_ORDER]; ///< Linear Prediction Coefficients from ISP vector
  58
  59     uint8_t                       base_pitch_lag; ///< integer part of pitch lag for the next relative subframe
  60     uint8_t                        pitch_lag_int; ///< integer part of pitch lag of the previous subframe
  61
  62     float excitation_buf[AMRWB_P_DELAY_MAX + LP_ORDER + 2 + AMRWB_SFR_SIZE]; ///< current excitation and all necessary excitation history
  63     float                            *excitation; ///< points to current excitation in excitation_buf[]
  64
  65     float           pitch_vector[AMRWB_SFR_SIZE]; ///< adaptive codebook (pitch) vector for current subframe
  66     float           fixed_vector[AMRWB_SFR_SIZE]; ///< algebraic codebook (fixed) vector for current subframe
  67
  68     float                    prediction_error[4]; ///< quantified prediction errors {20log10(^gamma_gc)} for previous four subframes
  69     float                          pitch_gain[6]; ///< quantified pitch gains for the current and previous five subframes
  70     float                          fixed_gain[2]; ///< quantified fixed gains for the current and previous subframes
  71
  72     float                              tilt_coef; ///< {beta_1} related to the voicing of the previous subframe
  73
  74     float                 prev_sparse_fixed_gain; ///< previous fixed gain; used by anti-sparseness to determine "onset"
  75     uint8_t                    prev_ir_filter_nr; ///< previous impulse response filter "impNr": 0 - strong, 1 - medium, 2 - none
  76     float                           prev_tr_gain; ///< previous initial gain used by noise enhancer for threshold
  77
  78     float samples_az[LP_ORDER + AMRWB_SFR_SIZE];         ///< low-band samples and memory from synthesis at 12.8kHz
  79     float samples_up[UPS_MEM_SIZE + AMRWB_SFR_SIZE];     ///< low-band samples and memory processed for upsampling
  80     float samples_hb[LP_ORDER_16k + AMRWB_SFR_SIZE_16k]; ///< high-band samples and memory from synthesis at 16kHz
  81
  82     float          hpf_31_mem[2], hpf_400_mem[2]; ///< previous values in the high pass filters
  83     float                           demph_mem[1]; ///< previous value in the de-emphasis filter
  84     float               bpf_6_7_mem[HB_FIR_SIZE]; ///< previous values in the high-band band pass filter
  85     float                 lpf_7_mem[HB_FIR_SIZE]; ///< previous values in the high-band low pass filter
  86
  87     AVLFG                                   prng; ///< random number generator for white noise excitation
  88     uint8_t                          first_frame; ///< flag active during decoding of the first frame
  89     ACELPFContext                     acelpf_ctx; ///< context for filters for ACELP-based codecs
  90     ACELPVContext                     acelpv_ctx; ///< context for vector operations for ACELP-based codecs
  91     CELPFContext                       celpf_ctx; ///< context for filters for CELP-based codecs
  92     CELPMContext                       celpm_ctx; ///< context for fixed point math operations
  93
  94 } AMRWBContext;
  95
  96 static av_cold int amrwb_decode_init(AVCodecContext *avctx)
  97 {
  98     AMRWBContext *ctx = avctx->priv_data;
  99     int i;
 100
 101     if (avctx->channels > 1) {
 102         avpriv_report_missing_feature(avctx, "multi-channel AMR");
 103         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 104     }
 105
 106     avctx->channels       = 1;
 107     avctx->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_MONO;
 108     if (!avctx->sample_rate)
 109         avctx->sample_rate = 16000;
 110     avctx->sample_fmt     = AV_SAMPLE_FMT_FLT;
 111
 112     av_lfg_init(&ctx->prng, 1);
 113
 114     ctx->excitation  = &ctx->excitation_buf[AMRWB_P_DELAY_MAX + LP_ORDER + 1];
 115     ctx->first_frame = 1;
 116
 117     for (i = 0; i < LP_ORDER; i++)
 118         ctx->isf_past_final[i] = isf_init[i] * (1.0f / (1 << 15));
 119
 120     for (i = 0; i < 4; i++)
 121         ctx->prediction_error[i] = MIN_ENERGY;
 122
 123     ff_acelp_filter_init(&ctx->acelpf_ctx);
 124     ff_acelp_vectors_init(&ctx->acelpv_ctx);
 125     ff_celp_filter_init(&ctx->celpf_ctx);
 126     ff_celp_math_init(&ctx->celpm_ctx);
 127
 128     return 0;
 129 }
 130
 131 /**
 132  * Decode the frame header in the "MIME/storage" format. This format
 133  * is simpler and does not carry the auxiliary frame information.
 134  *
 135  * @param[in] ctx                  The Context
 136  * @param[in] buf                  Pointer to the input buffer
 137  *
 138  * @return The decoded header length in bytes
 139  */
 140 static int decode_mime_header(AMRWBContext *ctx, const uint8_t *buf)
 141 {
 142     /* Decode frame header (1st octet) */
 143     ctx->fr_cur_mode  = buf[0] >> 3 & 0x0F;
 144     ctx->fr_quality   = (buf[0] & 0x4) == 0x4;
 145
 146     return 1;
 147 }
 148
 149 /**
 150  * Decode quantized ISF vectors using 36-bit indexes (6K60 mode only).
 151  *
 152  * @param[in]  ind                 Array of 5 indexes
 153  * @param[out] isf_q               Buffer for isf_q[LP_ORDER]
 154  */
 155 static void decode_isf_indices_36b(uint16_t *ind, float *isf_q)
 156 {
 157     int i;
 158
 159     for (i = 0; i < 9; i++)
 160         isf_q[i]      = dico1_isf[ind[0]][i]      * (1.0f / (1 << 15));
 161
 162     for (i = 0; i < 7; i++)
 163         isf_q[i + 9]  = dico2_isf[ind[1]][i]      * (1.0f / (1 << 15));
 164
 165     for (i = 0; i < 5; i++)
 166         isf_q[i]     += dico21_isf_36b[ind[2]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 167
 168     for (i = 0; i < 4; i++)
 169         isf_q[i + 5] += dico22_isf_36b[ind[3]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 170
 171     for (i = 0; i < 7; i++)
 172         isf_q[i + 9] += dico23_isf_36b[ind[4]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 173 }
 174
 175 /**
 176  * Decode quantized ISF vectors using 46-bit indexes (except 6K60 mode).
 177  *
 178  * @param[in]  ind                 Array of 7 indexes
 179  * @param[out] isf_q               Buffer for isf_q[LP_ORDER]
 180  */
 181 static void decode_isf_indices_46b(uint16_t *ind, float *isf_q)
 182 {
 183     int i;
 184
 185     for (i = 0; i < 9; i++)
 186         isf_q[i]       = dico1_isf[ind[0]][i]  * (1.0f / (1 << 15));
 187
 188     for (i = 0; i < 7; i++)
 189         isf_q[i + 9]   = dico2_isf[ind[1]][i]  * (1.0f / (1 << 15));
 190
 191     for (i = 0; i < 3; i++)
 192         isf_q[i]      += dico21_isf[ind[2]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 193
 194     for (i = 0; i < 3; i++)
 195         isf_q[i + 3]  += dico22_isf[ind[3]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 196
 197     for (i = 0; i < 3; i++)
 198         isf_q[i + 6]  += dico23_isf[ind[4]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 199
 200     for (i = 0; i < 3; i++)
 201         isf_q[i + 9]  += dico24_isf[ind[5]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 202
 203     for (i = 0; i < 4; i++)
 204         isf_q[i + 12] += dico25_isf[ind[6]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 205 }
 206
 207 /**
 208  * Apply mean and past ISF values using the prediction factor.
 209  * Updates past ISF vector.
 210  *
 211  * @param[in,out] isf_q            Current quantized ISF
 212  * @param[in,out] isf_past         Past quantized ISF
 213  */
 214 static void isf_add_mean_and_past(float *isf_q, float *isf_past)
 215 {
 216     int i;
 217     float tmp;
 218
 219     for (i = 0; i < LP_ORDER; i++) {
 220         tmp = isf_q[i];
 221         isf_q[i] += isf_mean[i] * (1.0f / (1 << 15));
 222         isf_q[i] += PRED_FACTOR * isf_past[i];
 223         isf_past[i] = tmp;
 224     }
 225 }
 226
 227 /**
 228  * Interpolate the fourth ISP vector from current and past frames
 229  * to obtain an ISP vector for each subframe.
 230  *
 231  * @param[in,out] isp_q            ISPs for each subframe
 232  * @param[in]     isp4_past        Past ISP for subframe 4
 233  */
 234 static void interpolate_isp(double isp_q[4][LP_ORDER], const double *isp4_past)
 235 {
 236     int i, k;
 237
 238     for (k = 0; k < 3; k++) {
 239         float c = isfp_inter[k];
 240         for (i = 0; i < LP_ORDER; i++)
 241             isp_q[k][i] = (1.0 - c) * isp4_past[i] + c * isp_q[3][i];
 242     }
 243 }
 244
 245 /**
 246  * Decode an adaptive codebook index into pitch lag (except 6k60, 8k85 modes).
 247  * Calculate integer lag and fractional lag always using 1/4 resolution.
 248  * In 1st and 3rd subframes the index is relative to last subframe integer lag.
 249  *
 250  * @param[out]    lag_int          Decoded integer pitch lag
 251  * @param[out]    lag_frac         Decoded fractional pitch lag
 252  * @param[in]     pitch_index      Adaptive codebook pitch index
 253  * @param[in,out] base_lag_int     Base integer lag used in relative subframes
 254  * @param[in]     subframe         Current subframe index (0 to 3)
 255  */
 256 static void decode_pitch_lag_high(int *lag_int, int *lag_frac, int pitch_index,
 257                                   uint8_t *base_lag_int, int subframe)
 258 {
 259     if (subframe == 0 || subframe == 2) {
 260         if (pitch_index < 376) {
 261             *lag_int  = (pitch_index + 137) >> 2;
 262             *lag_frac = pitch_index - (*lag_int << 2) + 136;
 263         } else if (pitch_index < 440) {
 264             *lag_int  = (pitch_index + 257 - 376) >> 1;
 265             *lag_frac = (pitch_index - (*lag_int << 1) + 256 - 376) * 2;
 266             /* the actual resolution is 1/2 but expressed as 1/4 */
 267         } else {
 268             *lag_int  = pitch_index - 280;
 269             *lag_frac = 0;
 270         }
 271         /* minimum lag for next subframe */
 272         *base_lag_int = av_clip(*lag_int - 8 - (*lag_frac < 0),
 273                                 AMRWB_P_DELAY_MIN, AMRWB_P_DELAY_MAX - 15);
 274         // XXX: the spec states clearly that *base_lag_int should be
 275         // the nearest integer to *lag_int (minus 8), but the ref code
 276         // actually always uses its floor, I'm following the latter
 277     } else {
 278         *lag_int  = (pitch_index + 1) >> 2;
 279         *lag_frac = pitch_index - (*lag_int << 2);
 280         *lag_int += *base_lag_int;
 281     }
 282 }
 283
 284 /**
 285  * Decode an adaptive codebook index into pitch lag for 8k85 and 6k60 modes.
 286  * The description is analogous to decode_pitch_lag_high, but in 6k60 the
 287  * relative index is used for all subframes except the first.
 288  */
 289 static void decode_pitch_lag_low(int *lag_int, int *lag_frac, int pitch_index,
 290                                  uint8_t *base_lag_int, int subframe, enum Mode mode)
 291 {
 292     if (subframe == 0 || (subframe == 2 && mode != MODE_6k60)) {
 293         if (pitch_index < 116) {
 294             *lag_int  = (pitch_index + 69) >> 1;
 295             *lag_frac = (pitch_index - (*lag_int << 1) + 68) * 2;
 296         } else {
 297             *lag_int  = pitch_index - 24;
 298             *lag_frac = 0;
 299         }
 300         // XXX: same problem as before
 301         *base_lag_int = av_clip(*lag_int - 8 - (*lag_frac < 0),
 302                                 AMRWB_P_DELAY_MIN, AMRWB_P_DELAY_MAX - 15);
 303     } else {
 304         *lag_int  = (pitch_index + 1) >> 1;
 305         *lag_frac = (pitch_index - (*lag_int << 1)) * 2;
 306         *lag_int += *base_lag_int;
 307     }
 308 }
 309
 310 /**
 311  * Find the pitch vector by interpolating the past excitation at the
 312  * pitch delay, which is obtained in this function.
 313  *
 314  * @param[in,out] ctx              The context
 315  * @param[in]     amr_subframe     Current subframe data
 316  * @param[in]     subframe         Current subframe index (0 to 3)
 317  */
 318 static void decode_pitch_vector(AMRWBContext *ctx,
 319                                 const AMRWBSubFrame *amr_subframe,
 320                                 const int subframe)
 321 {
 322     int pitch_lag_int, pitch_lag_frac;
 323     int i;
 324     float *exc     = ctx->excitation;
 325     enum Mode mode = ctx->fr_cur_mode;
 326
 327     if (mode <= MODE_8k85) {
 328         decode_pitch_lag_low(&pitch_lag_int, &pitch_lag_frac, amr_subframe->adap,
 329                               &ctx->base_pitch_lag, subframe, mode);
 330     } else
 331         decode_pitch_lag_high(&pitch_lag_int, &pitch_lag_frac, amr_subframe->adap,
 332                               &ctx->base_pitch_lag, subframe);
 333
 334     ctx->pitch_lag_int = pitch_lag_int;
 335     pitch_lag_int += pitch_lag_frac > 0;
 336
 337     /* Calculate the pitch vector by interpolating the past excitation at the
 338        pitch lag using a hamming windowed sinc function */
 339     ctx->acelpf_ctx.acelp_interpolatef(exc,
 340                           exc + 1 - pitch_lag_int,
 341                           ac_inter, 4,
 342                           pitch_lag_frac + (pitch_lag_frac > 0 ? 0 : 4),
 343                           LP_ORDER, AMRWB_SFR_SIZE + 1);
 344
 345     /* Check which pitch signal path should be used
 346      * 6k60 and 8k85 modes have the ltp flag set to 0 */
 347     if (amr_subframe->ltp) {
 348         memcpy(ctx->pitch_vector, exc, AMRWB_SFR_SIZE * sizeof(float));
 349     } else {
 350         for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++)
 351             ctx->pitch_vector[i] = 0.18 * exc[i - 1] + 0.64 * exc[i] +
 352                                    0.18 * exc[i + 1];
 353         memcpy(exc, ctx->pitch_vector, AMRWB_SFR_SIZE * sizeof(float));
 354     }
 355 }
 356
 357 /** Get x bits in the index interval [lsb,lsb+len-1] inclusive */
 358 #define BIT_STR(x,lsb,len) av_mod_uintp2((x) >> (lsb), (len))
 359
 360 /** Get the bit at specified position */
 361 #define BIT_POS(x, p) (((x) >> (p)) & 1)
 362
 363 /**
 364  * The next six functions decode_[i]p_track decode exactly i pulses
 365  * positions and amplitudes (-1 or 1) in a subframe track using
 366  * an encoded pulse indexing (TS 26.190 section 5.8.2).
 367  *
 368  * The results are given in out[], in which a negative number means
 369  * amplitude -1 and vice versa (i.e., ampl(x) = x / abs(x) ).
 370  *
 371  * @param[out] out                 Output buffer (writes i elements)
 372  * @param[in]  code                Pulse index (no. of bits varies, see below)
 373  * @param[in]  m                   (log2) Number of potential positions
 374  * @param[in]  off                 Offset for decoded positions
 375  */
 376 static inline void decode_1p_track(int *out, int code, int m, int off)
 377 {
 378     int pos = BIT_STR(code, 0, m) + off; ///code: m+1 bits
 379
 380     out[0] = BIT_POS(code, m) ? -pos : pos;
 381 }
 382
 383 static inline void decode_2p_track(int *out, int code, int m, int off) ///code: 2m+1 bits
 384 {
 385     int pos0 = BIT_STR(code, m, m) + off;
 386     int pos1 = BIT_STR(code, 0, m) + off;
 387
 388     out[0] = BIT_POS(code, 2*m) ? -pos0 : pos0;
 389     out[1] = BIT_POS(code, 2*m) ? -pos1 : pos1;
 390     out[1] = pos0 > pos1 ? -out[1] : out[1];
 391 }
 392
 393 static void decode_3p_track(int *out, int code, int m, int off) ///code: 3m+1 bits
 394 {
 395     int half_2p = BIT_POS(code, 2*m - 1) << (m - 1);
 396
 397     decode_2p_track(out, BIT_STR(code, 0, 2*m - 1),
 398                     m - 1, off + half_2p);
 399     decode_1p_track(out + 2, BIT_STR(code, 2*m, m + 1), m, off);
 400 }
 401
 402 static void decode_4p_track(int *out, int code, int m, int off) ///code: 4m bits
 403 {
 404     int half_4p, subhalf_2p;
 405     int b_offset = 1 << (m - 1);
 406
 407     switch (BIT_STR(code, 4*m - 2, 2)) { /* case ID (2 bits) */
 408     case 0: /* 0 pulses in A, 4 pulses in B or vice versa */
 409         half_4p = BIT_POS(code, 4*m - 3) << (m - 1); // which has 4 pulses
 410         subhalf_2p = BIT_POS(code, 2*m - 3) << (m - 2);
 411
 412         decode_2p_track(out, BIT_STR(code, 0, 2*m - 3),
 413                         m - 2, off + half_4p + subhalf_2p);
 414         decode_2p_track(out + 2, BIT_STR(code, 2*m - 2, 2*m - 1),
 415                         m - 1, off + half_4p);
 416         break;
 417     case 1: /* 1 pulse in A, 3 pulses in B */
 418         decode_1p_track(out, BIT_STR(code,  3*m - 2, m),
 419                         m - 1, off);
 420         decode_3p_track(out + 1, BIT_STR(code, 0, 3*m - 2),
 421                         m - 1, off + b_offset);
 422         break;
 423     case 2: /* 2 pulses in each half */
 424         decode_2p_track(out, BIT_STR(code, 2*m - 1, 2*m - 1),
 425                         m - 1, off);
 426         decode_2p_track(out + 2, BIT_STR(code, 0, 2*m - 1),
 427                         m - 1, off + b_offset);
 428         break;
 429     case 3: /* 3 pulses in A, 1 pulse in B */
 430         decode_3p_track(out, BIT_STR(code, m, 3*m - 2),
 431                         m - 1, off);
 432         decode_1p_track(out + 3, BIT_STR(code, 0, m),
 433                         m - 1, off + b_offset);
 434         break;
 435     }
 436 }
 437
 438 static void decode_5p_track(int *out, int code, int m, int off) ///code: 5m bits
 439 {
 440     int half_3p = BIT_POS(code, 5*m - 1) << (m - 1);
 441
 442     decode_3p_track(out, BIT_STR(code, 2*m + 1, 3*m - 2),
 443                     m - 1, off + half_3p);
 444
 445     decode_2p_track(out + 3, BIT_STR(code, 0, 2*m + 1), m, off);
 446 }
 447
 448 static void decode_6p_track(int *out, int code, int m, int off) ///code: 6m-2 bits
 449 {
 450     int b_offset = 1 << (m - 1);
 451     /* which half has more pulses in cases 0 to 2 */
 452     int half_more  = BIT_POS(code, 6*m - 5) << (m - 1);
 453     int half_other = b_offset - half_more;
 454
 455     switch (BIT_STR(code, 6*m - 4, 2)) { /* case ID (2 bits) */
 456     case 0: /* 0 pulses in A, 6 pulses in B or vice versa */
 457         decode_1p_track(out, BIT_STR(code, 0, m),
 458                         m - 1, off + half_more);
 459         decode_5p_track(out + 1, BIT_STR(code, m, 5*m - 5),
 460                         m - 1, off + half_more);
 461         break;
 462     case 1: /* 1 pulse in A, 5 pulses in B or vice versa */
 463         decode_1p_track(out, BIT_STR(code, 0, m),
 464                         m - 1, off + half_other);
 465         decode_5p_track(out + 1, BIT_STR(code, m, 5*m - 5),
 466                         m - 1, off + half_more);
 467         break;
 468     case 2: /* 2 pulses in A, 4 pulses in B or vice versa */
 469         decode_2p_track(out, BIT_STR(code, 0, 2*m - 1),
 470                         m - 1, off + half_other);
 471         decode_4p_track(out + 2, BIT_STR(code, 2*m - 1, 4*m - 4),
 472                         m - 1, off + half_more);
 473         break;
 474     case 3: /* 3 pulses in A, 3 pulses in B */
 475         decode_3p_track(out, BIT_STR(code, 3*m - 2, 3*m - 2),
 476                         m - 1, off);
 477         decode_3p_track(out + 3, BIT_STR(code, 0, 3*m - 2),
 478                         m - 1, off + b_offset);
 479         break;
 480     }
 481 }
 482
 483 /**
 484  * Decode the algebraic codebook index to pulse positions and signs,
 485  * then construct the algebraic codebook vector.
 486  *
 487  * @param[out] fixed_vector        Buffer for the fixed codebook excitation
 488  * @param[in]  pulse_hi            MSBs part of the pulse index array (higher modes only)
 489  * @param[in]  pulse_lo            LSBs part of the pulse index array
 490  * @param[in]  mode                Mode of the current frame
 491  */
 492 static void decode_fixed_vector(float *fixed_vector, const uint16_t *pulse_hi,
 493                                 const uint16_t *pulse_lo, const enum Mode mode)
 494 {
 495     /* sig_pos stores for each track the decoded pulse position indexes
 496      * (1-based) multiplied by its corresponding amplitude (+1 or -1) */
 497     int sig_pos[4][6];
 498     int spacing = (mode == MODE_6k60) ? 2 : 4;
 499     int i, j;
 500
 501     switch (mode) {
 502     case MODE_6k60:
 503         for (i = 0; i < 2; i++)
 504             decode_1p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 5, 1);
 505         break;
 506     case MODE_8k85:
 507         for (i = 0; i < 4; i++)
 508             decode_1p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 4, 1);
 509         break;
 510     case MODE_12k65:
 511         for (i = 0; i < 4; i++)
 512             decode_2p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 4, 1);
 513         break;
 514     case MODE_14k25:
 515         for (i = 0; i < 2; i++)
 516             decode_3p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 4, 1);
 517         for (i = 2; i < 4; i++)
 518             decode_2p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 4, 1);
 519         break;
 520     case MODE_15k85:
 521         for (i = 0; i < 4; i++)
 522             decode_3p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 4, 1);
 523         break;
 524     case MODE_18k25:
 525         for (i = 0; i < 4; i++)
 526             decode_4p_track(sig_pos[i], (int) pulse_lo[i] +
 527                            ((int) pulse_hi[i] << 14), 4, 1);
 528         break;
 529     case MODE_19k85:
 530         for (i = 0; i < 2; i++)
 531             decode_5p_track(sig_pos[i], (int) pulse_lo[i] +
 532                            ((int) pulse_hi[i] << 10), 4, 1);
 533         for (i = 2; i < 4; i++)
 534             decode_4p_track(sig_pos[i], (int) pulse_lo[i] +
 535                            ((int) pulse_hi[i] << 14), 4, 1);
 536         break;
 537     case MODE_23k05:
 538     case MODE_23k85:
 539         for (i = 0; i < 4; i++)
 540             decode_6p_track(sig_pos[i], (int) pulse_lo[i] +
 541                            ((int) pulse_hi[i] << 11), 4, 1);
 542         break;
 543     }
 544
 545     memset(fixed_vector, 0, sizeof(float) * AMRWB_SFR_SIZE);
 546
 547     for (i = 0; i < 4; i++)
 548         for (j = 0; j < pulses_nb_per_mode_tr[mode][i]; j++) {
 549             int pos = (FFABS(sig_pos[i][j]) - 1) * spacing + i;
 550
 551             fixed_vector[pos] += sig_pos[i][j] < 0 ? -1.0 : 1.0;
 552         }
 553 }
 554
 555 /**
 556  * Decode pitch gain and fixed gain correction factor.
 557  *
 558  * @param[in]  vq_gain             Vector-quantized index for gains
 559  * @param[in]  mode                Mode of the current frame
 560  * @param[out] fixed_gain_factor   Decoded fixed gain correction factor
 561  * @param[out] pitch_gain          Decoded pitch gain
 562  */
 563 static void decode_gains(const uint8_t vq_gain, const enum Mode mode,
 564                          float *fixed_gain_factor, float *pitch_gain)
 565 {
 566     const int16_t *gains = (mode <= MODE_8k85 ? qua_gain_6b[vq_gain] :
 567                                                 qua_gain_7b[vq_gain]);
 568
 569     *pitch_gain        = gains[0] * (1.0f / (1 << 14));
 570     *fixed_gain_factor = gains[1] * (1.0f / (1 << 11));
 571 }
 572
 573 /**
 574  * Apply pitch sharpening filters to the fixed codebook vector.
 575  *
 576  * @param[in]     ctx              The context
 577  * @param[in,out] fixed_vector     Fixed codebook excitation
 578  */
 579 // XXX: Spec states this procedure should be applied when the pitch
 580 // lag is less than 64, but this checking seems absent in reference and AMR-NB
 581 static void pitch_sharpening(AMRWBContext *ctx, float *fixed_vector)
 582 {
 583     int i;
 584
 585     /* Tilt part */
 586     for (i = AMRWB_SFR_SIZE - 1; i != 0; i--)
 587         fixed_vector[i] -= fixed_vector[i - 1] * ctx->tilt_coef;
 588
 589     /* Periodicity enhancement part */
 590     for (i = ctx->pitch_lag_int; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++)
 591         fixed_vector[i] += fixed_vector[i - ctx->pitch_lag_int] * 0.85;
 592 }
 593
 594 /**
 595  * Calculate the voicing factor (-1.0 = unvoiced to 1.0 = voiced).
 596  *
 597  * @param[in] p_vector, f_vector   Pitch and fixed excitation vectors
 598  * @param[in] p_gain, f_gain       Pitch and fixed gains
 599  * @param[in] ctx                  The context
 600  */
 601 // XXX: There is something wrong with the precision here! The magnitudes
 602 // of the energies are not correct. Please check the reference code carefully
 603 static float voice_factor(float *p_vector, float p_gain,
 604                           float *f_vector, float f_gain,
 605                           CELPMContext *ctx)
 606 {
 607     double p_ener = (double) ctx->dot_productf(p_vector, p_vector,
 608                                                           AMRWB_SFR_SIZE) *
 609                     p_gain * p_gain;
 610     double f_ener = (double) ctx->dot_productf(f_vector, f_vector,
 611                                                           AMRWB_SFR_SIZE) *
 612                     f_gain * f_gain;
 613
 614     return (p_ener - f_ener) / (p_ener + f_ener + 0.01);
 615 }
 616
 617 /**
 618  * Reduce fixed vector sparseness by smoothing with one of three IR filters,
 619  * also known as "adaptive phase dispersion".
 620  *
 621  * @param[in]     ctx              The context
 622  * @param[in,out] fixed_vector     Unfiltered fixed vector
 623  * @param[out]    buf              Space for modified vector if necessary
 624  *
 625  * @return The potentially overwritten filtered fixed vector address
 626  */
 627 static float *anti_sparseness(AMRWBContext *ctx,
 628                               float *fixed_vector, float *buf)
 629 {
 630     int ir_filter_nr;
 631
 632     if (ctx->fr_cur_mode > MODE_8k85) // no filtering in higher modes
 633         return fixed_vector;
 634
 635     if (ctx->pitch_gain[0] < 0.6) {
 636         ir_filter_nr = 0;      // strong filtering
 637     } else if (ctx->pitch_gain[0] < 0.9) {
 638         ir_filter_nr = 1;      // medium filtering
 639     } else
 640         ir_filter_nr = 2;      // no filtering
 641
 642     /* detect 'onset' */
 643     if (ctx->fixed_gain[0] > 3.0 * ctx->fixed_gain[1]) {
 644         if (ir_filter_nr < 2)
 645             ir_filter_nr++;
 646     } else {
 647         int i, count = 0;
 648
 649         for (i = 0; i < 6; i++)
 650             if (ctx->pitch_gain[i] < 0.6)
 651                 count++;
 652
 653         if (count > 2)
 654             ir_filter_nr = 0;
 655
 656         if (ir_filter_nr > ctx->prev_ir_filter_nr + 1)
 657             ir_filter_nr--;
 658     }
 659
 660     /* update ir filter strength history */
 661     ctx->prev_ir_filter_nr = ir_filter_nr;
 662
 663     ir_filter_nr += (ctx->fr_cur_mode == MODE_8k85);
 664
 665     if (ir_filter_nr < 2) {
 666         int i;
 667         const float *coef = ir_filters_lookup[ir_filter_nr];
 668
 669         /* Circular convolution code in the reference
 670          * decoder was modified to avoid using one
 671          * extra array. The filtered vector is given by:
 672          *
 673          * c2(n) = sum(i,0,len-1){ c(i) * coef( (n - i + len) % len ) }
 674          */
 675
 676         memset(buf, 0, sizeof(float) * AMRWB_SFR_SIZE);
 677         for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++)
 678             if (fixed_vector[i])
 679                 ff_celp_circ_addf(buf, buf, coef, i, fixed_vector[i],
 680                                   AMRWB_SFR_SIZE);
 681         fixed_vector = buf;
 682     }
 683
 684     return fixed_vector;
 685 }
 686
 687 /**
 688  * Calculate a stability factor {teta} based on distance between
 689  * current and past isf. A value of 1 shows maximum signal stability.
 690  */
 691 static float stability_factor(const float *isf, const float *isf_past)
 692 {
 693     int i;
 694     float acc = 0.0;
 695
 696     for (i = 0; i < LP_ORDER - 1; i++)
 697         acc += (isf[i] - isf_past[i]) * (isf[i] - isf_past[i]);
 698
 699     // XXX: This part is not so clear from the reference code
 700     // the result is more accurate changing the "/ 256" to "* 512"
 701     return FFMAX(0.0, 1.25 - acc * 0.8 * 512);
 702 }
 703
 704 /**
 705  * Apply a non-linear fixed gain smoothing in order to reduce
 706  * fluctuation in the energy of excitation.
 707  *
 708  * @param[in]     fixed_gain       Unsmoothed fixed gain
 709  * @param[in,out] prev_tr_gain     Previous threshold gain (updated)
 710  * @param[in]     voice_fac        Frame voicing factor
 711  * @param[in]     stab_fac         Frame stability factor
 712  *
 713  * @return The smoothed gain
 714  */
 715 static float noise_enhancer(float fixed_gain, float *prev_tr_gain,
 716                             float voice_fac,  float stab_fac)
 717 {
 718     float sm_fac = 0.5 * (1 - voice_fac) * stab_fac;
 719     float g0;
 720
 721     // XXX: the following fixed-point constants used to in(de)crement
 722     // gain by 1.5dB were taken from the reference code, maybe it could
 723     // be simpler
 724     if (fixed_gain < *prev_tr_gain) {
 725         g0 = FFMIN(*prev_tr_gain, fixed_gain + fixed_gain *
 726                      (6226 * (1.0f / (1 << 15)))); // +1.5 dB
 727     } else
 728         g0 = FFMAX(*prev_tr_gain, fixed_gain *
 729                     (27536 * (1.0f / (1 << 15)))); // -1.5 dB
 730
 731     *prev_tr_gain = g0; // update next frame threshold
 732
 733     return sm_fac * g0 + (1 - sm_fac) * fixed_gain;
 734 }
 735
 736 /**
 737  * Filter the fixed_vector to emphasize the higher frequencies.
 738  *
 739  * @param[in,out] fixed_vector     Fixed codebook vector
 740  * @param[in]     voice_fac        Frame voicing factor
 741  */
 742 static void pitch_enhancer(float *fixed_vector, float voice_fac)
 743 {
 744     int i;
 745     float cpe  = 0.125 * (1 + voice_fac);
 746     float last = fixed_vector[0]; // holds c(i - 1)
 747
 748     fixed_vector[0] -= cpe * fixed_vector[1];
 749
 750     for (i = 1; i < AMRWB_SFR_SIZE - 1; i++) {
 751         float cur = fixed_vector[i];
 752
 753         fixed_vector[i] -= cpe * (last + fixed_vector[i + 1]);
 754         last = cur;
 755     }
 756
 757     fixed_vector[AMRWB_SFR_SIZE - 1] -= cpe * last;
 758 }
 759
 760 /**
 761  * Conduct 16th order linear predictive coding synthesis from excitation.
 762  *
 763  * @param[in]     ctx              Pointer to the AMRWBContext
 764  * @param[in]     lpc              Pointer to the LPC coefficients
 765  * @param[out]    excitation       Buffer for synthesis final excitation
 766  * @param[in]     fixed_gain       Fixed codebook gain for synthesis
 767  * @param[in]     fixed_vector     Algebraic codebook vector
 768  * @param[in,out] samples          Pointer to the output samples and memory
 769  */
 770 static void synthesis(AMRWBContext *ctx, float *lpc, float *excitation,
 771                       float fixed_gain, const float *fixed_vector,
 772                       float *samples)
 773 {
 774     ctx->acelpv_ctx.weighted_vector_sumf(excitation, ctx->pitch_vector, fixed_vector,
 775                             ctx->pitch_gain[0], fixed_gain, AMRWB_SFR_SIZE);
 776
 777     /* emphasize pitch vector contribution in low bitrate modes */
 778     if (ctx->pitch_gain[0] > 0.5 && ctx->fr_cur_mode <= MODE_8k85) {
 779         int i;
 780         float energy = ctx->celpm_ctx.dot_productf(excitation, excitation,
 781                                                     AMRWB_SFR_SIZE);
 782
 783         // XXX: Weird part in both ref code and spec. A unknown parameter
 784         // {beta} seems to be identical to the current pitch gain
 785         float pitch_factor = 0.25 * ctx->pitch_gain[0] * ctx->pitch_gain[0];
 786
 787         for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++)
 788             excitation[i] += pitch_factor * ctx->pitch_vector[i];
 789
 790         ff_scale_vector_to_given_sum_of_squares(excitation, excitation,
 791                                                 energy, AMRWB_SFR_SIZE);
 792     }
 793
 794     ctx->celpf_ctx.celp_lp_synthesis_filterf(samples, lpc, excitation,
 795                                  AMRWB_SFR_SIZE, LP_ORDER);
 796 }
 797
 798 /**
 799  * Apply to synthesis a de-emphasis filter of the form:
 800  * H(z) = 1 / (1 - m * z^-1)
 801  *
 802  * @param[out]    out              Output buffer
 803  * @param[in]     in               Input samples array with in[-1]
 804  * @param[in]     m                Filter coefficient
 805  * @param[in,out] mem              State from last filtering
 806  */
 807 static void de_emphasis(float *out, float *in, float m, float mem[1])
 808 {
 809     int i;
 810
 811     out[0] = in[0] + m * mem[0];
 812
 813     for (i = 1; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++)
 814          out[i] = in[i] + out[i - 1] * m;
 815
 816     mem[0] = out[AMRWB_SFR_SIZE - 1];
 817 }
 818
 819 /**
 820  * Upsample a signal by 5/4 ratio (from 12.8kHz to 16kHz) using
 821  * a FIR interpolation filter. Uses past data from before *in address.
 822  *
 823  * @param[out] out                 Buffer for interpolated signal
 824  * @param[in]  in                  Current signal data (length 0.8*o_size)
 825  * @param[in]  o_size              Output signal length
 826  * @param[in] ctx                  The context
 827  */
 828 static void upsample_5_4(float *out, const float *in, int o_size, CELPMContext *ctx)
 829 {
 830     const float *in0 = in - UPS_FIR_SIZE + 1;
 831     int i, j, k;
 832     int int_part = 0, frac_part;
 833
 834     i = 0;
 835     for (j = 0; j < o_size / 5; j++) {
 836         out[i] = in[int_part];
 837         frac_part = 4;
 838         i++;
 839
 840         for (k = 1; k < 5; k++) {
 841             out[i] = ctx->dot_productf(in0 + int_part,
 842                                                   upsample_fir[4 - frac_part],
 843                                                   UPS_MEM_SIZE);
 844             int_part++;
 845             frac_part--;
 846             i++;
 847         }
 848     }
 849 }
 850
 851 /**
 852  * Calculate the high-band gain based on encoded index (23k85 mode) or
 853  * on the low-band speech signal and the Voice Activity Detection flag.
 854  *
 855  * @param[in] ctx                  The context
 856  * @param[in] synth                LB speech synthesis at 12.8k
 857  * @param[in] hb_idx               Gain index for mode 23k85 only
 858  * @param[in] vad                  VAD flag for the frame
 859  */
 860 static float find_hb_gain(AMRWBContext *ctx, const float *synth,
 861                           uint16_t hb_idx, uint8_t vad)
 862 {
 863     int wsp = (vad > 0);
 864     float tilt;
 865     float tmp;
 866
 867     if (ctx->fr_cur_mode == MODE_23k85)
 868         return qua_hb_gain[hb_idx] * (1.0f / (1 << 14));
 869
 870     tmp = ctx->celpm_ctx.dot_productf(synth, synth + 1, AMRWB_SFR_SIZE - 1);
 871
 872     if (tmp > 0) {
 873         tilt = tmp / ctx->celpm_ctx.dot_productf(synth, synth, AMRWB_SFR_SIZE);
 874     } else
 875         tilt = 0;
 876
 877     /* return gain bounded by [0.1, 1.0] */
 878     return av_clipf((1.0 - tilt) * (1.25 - 0.25 * wsp), 0.1, 1.0);
 879 }
 880
 881 /**
 882  * Generate the high-band excitation with the same energy from the lower
 883  * one and scaled by the given gain.
 884  *
 885  * @param[in]  ctx                 The context
 886  * @param[out] hb_exc              Buffer for the excitation
 887  * @param[in]  synth_exc           Low-band excitation used for synthesis
 888  * @param[in]  hb_gain             Wanted excitation gain
 889  */
 890 static void scaled_hb_excitation(AMRWBContext *ctx, float *hb_exc,
 891                                  const float *synth_exc, float hb_gain)
 892 {
 893     int i;
 894     float energy = ctx->celpm_ctx.dot_productf(synth_exc, synth_exc,
 895                                                 AMRWB_SFR_SIZE);
 896
 897     /* Generate a white-noise excitation */
 898     for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE_16k; i++)
 899         hb_exc[i] = 32768.0 - (uint16_t) av_lfg_get(&ctx->prng);
 900
 901     ff_scale_vector_to_given_sum_of_squares(hb_exc, hb_exc,
 902                                             energy * hb_gain * hb_gain,
 903                                             AMRWB_SFR_SIZE_16k);
 904 }
 905
 906 /**
 907  * Calculate the auto-correlation for the ISF difference vector.
 908  */
 909 static float auto_correlation(float *diff_isf, float mean, int lag)
 910 {
 911     int i;
 912     float sum = 0.0;
 913
 914     for (i = 7; i < LP_ORDER - 2; i++) {
 915         float prod = (diff_isf[i] - mean) * (diff_isf[i - lag] - mean);
 916         sum += prod * prod;
 917     }
 918     return sum;
 919 }
 920
 921 /**
 922  * Extrapolate a ISF vector to the 16kHz range (20th order LP)
 923  * used at mode 6k60 LP filter for the high frequency band.
 924  *
 925  * @param[out] isf Buffer for extrapolated isf; contains LP_ORDER
 926  *                 values on input
 927  */
 928 static void extrapolate_isf(float isf[LP_ORDER_16k])
 929 {
 930     float diff_isf[LP_ORDER - 2], diff_mean;
 931     float corr_lag[3];
 932     float est, scale;
 933     int i, j, i_max_corr;
 934
 935     isf[LP_ORDER_16k - 1] = isf[LP_ORDER - 1];
 936
 937     /* Calculate the difference vector */
 938     for (i = 0; i < LP_ORDER - 2; i++)
 939         diff_isf[i] = isf[i + 1] - isf[i];
 940
 941     diff_mean = 0.0;
 942     for (i = 2; i < LP_ORDER - 2; i++)
 943         diff_mean += diff_isf[i] * (1.0f / (LP_ORDER - 4));
 944
 945     /* Find which is the maximum autocorrelation */
 946     i_max_corr = 0;
 947     for (i = 0; i < 3; i++) {
 948         corr_lag[i] = auto_correlation(diff_isf, diff_mean, i + 2);
 949
 950         if (corr_lag[i] > corr_lag[i_max_corr])
 951             i_max_corr = i;
 952     }
 953     i_max_corr++;
 954
 955     for (i = LP_ORDER - 1; i < LP_ORDER_16k - 1; i++)
 956         isf[i] = isf[i - 1] + isf[i - 1 - i_max_corr]
 957                             - isf[i - 2 - i_max_corr];
 958
 959     /* Calculate an estimate for ISF(18) and scale ISF based on the error */
 960     est   = 7965 + (isf[2] - isf[3] - isf[4]) / 6.0;
 961     scale = 0.5 * (FFMIN(est, 7600) - isf[LP_ORDER - 2]) /
 962             (isf[LP_ORDER_16k - 2] - isf[LP_ORDER - 2]);
 963
 964     for (i = LP_ORDER - 1, j = 0; i < LP_ORDER_16k - 1; i++, j++)
 965         diff_isf[j] = scale * (isf[i] - isf[i - 1]);
 966
 967     /* Stability insurance */
 968     for (i = 1; i < LP_ORDER_16k - LP_ORDER; i++)
 969         if (diff_isf[i] + diff_isf[i - 1] < 5.0) {
 970             if (diff_isf[i] > diff_isf[i - 1]) {
 971                 diff_isf[i - 1] = 5.0 - diff_isf[i];
 972             } else
 973                 diff_isf[i] = 5.0 - diff_isf[i - 1];
 974         }
 975
 976     for (i = LP_ORDER - 1, j = 0; i < LP_ORDER_16k - 1; i++, j++)
 977         isf[i] = isf[i - 1] + diff_isf[j] * (1.0f / (1 << 15));
 978
 979     /* Scale the ISF vector for 16000 Hz */
 980     for (i = 0; i < LP_ORDER_16k - 1; i++)
 981         isf[i] *= 0.8;
 982 }
 983
 984 /**
 985  * Spectral expand the LP coefficients using the equation:
 986  *   y[i] = x[i] * (gamma ** i)
 987  *
 988  * @param[out] out                 Output buffer (may use input array)
 989  * @param[in]  lpc                 LP coefficients array
 990  * @param[in]  gamma               Weighting factor
 991  * @param[in]  size                LP array size
 992  */
 993 static void lpc_weighting(float *out, const float *lpc, float gamma, int size)
 994 {
 995     int i;
 996     float fac = gamma;
 997
 998     for (i = 0; i < size; i++) {
 999         out[i] = lpc[i] * fac;
1000         fac   *= gamma;
1001     }
1002 }
1003
1004 /**
1005  * Conduct 20th order linear predictive coding synthesis for the high
1006  * frequency band excitation at 16kHz.
1007  *
1008  * @param[in]     ctx              The context
1009  * @param[in]     subframe         Current subframe index (0 to 3)
1010  * @param[in,out] samples          Pointer to the output speech samples
1011  * @param[in]     exc              Generated white-noise scaled excitation
1012  * @param[in]     isf              Current frame isf vector
1013  * @param[in]     isf_past         Past frame final isf vector
1014  */
1015 static void hb_synthesis(AMRWBContext *ctx, int subframe, float *samples,
1016                          const float *exc, const float *isf, const float *isf_past)
1017 {
1018     float hb_lpc[LP_ORDER_16k];
1019     enum Mode mode = ctx->fr_cur_mode;
1020
1021     if (mode == MODE_6k60) {
1022         float e_isf[LP_ORDER_16k]; // ISF vector for extrapolation
1023         double e_isp[LP_ORDER_16k];
1024
1025         ctx->acelpv_ctx.weighted_vector_sumf(e_isf, isf_past, isf, isfp_inter[subframe],
1026                                 1.0 - isfp_inter[subframe], LP_ORDER);
1027
1028         extrapolate_isf(e_isf);
1029
1030         e_isf[LP_ORDER_16k - 1] *= 2.0;
1031         ff_acelp_lsf2lspd(e_isp, e_isf, LP_ORDER_16k);
1032         ff_amrwb_lsp2lpc(e_isp, hb_lpc, LP_ORDER_16k);
1033
1034         lpc_weighting(hb_lpc, hb_lpc, 0.9, LP_ORDER_16k);
1035     } else {
1036         lpc_weighting(hb_lpc, ctx->lp_coef[subframe], 0.6, LP_ORDER);
1037     }
1038
1039     ctx->celpf_ctx.celp_lp_synthesis_filterf(samples, hb_lpc, exc, AMRWB_SFR_SIZE_16k,
1040                                  (mode == MODE_6k60) ? LP_ORDER_16k : LP_ORDER);
1041 }
1042
1043 /**
1044  * Apply a 15th order filter to high-band samples.
1045  * The filter characteristic depends on the given coefficients.
1046  *
1047  * @param[out]    out              Buffer for filtered output
1048  * @param[in]     fir_coef         Filter coefficients
1049  * @param[in,out] mem              State from last filtering (updated)
1050  * @param[in]     in               Input speech data (high-band)
1051  *
1052  * @remark It is safe to pass the same array in in and out parameters
1053  */
1054
1055 #ifndef hb_fir_filter
1056 static void hb_fir_filter(float *out, const float fir_coef[HB_FIR_SIZE + 1],
1057                           float mem[HB_FIR_SIZE], const float *in)
1058 {
1059     int i, j;
1060     float data[AMRWB_SFR_SIZE_16k + HB_FIR_SIZE]; // past and current samples
1061
1062     memcpy(data, mem, HB_FIR_SIZE * sizeof(float));
1063     memcpy(data + HB_FIR_SIZE, in, AMRWB_SFR_SIZE_16k * sizeof(float));
1064
1065     for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE_16k; i++) {
1066         out[i] = 0.0;
1067         for (j = 0; j <= HB_FIR_SIZE; j++)
1068             out[i] += data[i + j] * fir_coef[j];
1069     }
1070
1071     memcpy(mem, data + AMRWB_SFR_SIZE_16k, HB_FIR_SIZE * sizeof(float));
1072 }
1073 #endif /* hb_fir_filter */
1074
1075 /**
1076  * Update context state before the next subframe.
1077  */
1078 static void update_sub_state(AMRWBContext *ctx)
1079 {
1080     memmove(&ctx->excitation_buf[0], &ctx->excitation_buf[AMRWB_SFR_SIZE],
1081             (AMRWB_P_DELAY_MAX + LP_ORDER + 1) * sizeof(float));
1082
1083     memmove(&ctx->pitch_gain[1], &ctx->pitch_gain[0], 5 * sizeof(float));
1084     memmove(&ctx->fixed_gain[1], &ctx->fixed_gain[0], 1 * sizeof(float));
1085
1086     memmove(&ctx->samples_az[0], &ctx->samples_az[AMRWB_SFR_SIZE],
1087             LP_ORDER * sizeof(float));
1088     memmove(&ctx->samples_up[0], &ctx->samples_up[AMRWB_SFR_SIZE],
1089             UPS_MEM_SIZE * sizeof(float));
1090     memmove(&ctx->samples_hb[0], &ctx->samples_hb[AMRWB_SFR_SIZE_16k],
1091             LP_ORDER_16k * sizeof(float));
1092 }
1093
1094 static int amrwb_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
1095                               int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
1096 {
1097     AMRWBContext *ctx  = avctx->priv_data;
1098     AVFrame *frame     = data;
1099     AMRWBFrame   *cf   = &ctx->frame;
1100     const uint8_t *buf = avpkt->data;
1101     int buf_size       = avpkt->size;
1102     int expected_fr_size, header_size;
1103     float *buf_out;
1104     float spare_vector[AMRWB_SFR_SIZE];      // extra stack space to hold result from anti-sparseness processing
1105     float fixed_gain_factor;                 // fixed gain correction factor (gamma)
1106     float *synth_fixed_vector;               // pointer to the fixed vector that synthesis should use
1107     float synth_fixed_gain;                  // the fixed gain that synthesis should use
1108     float voice_fac, stab_fac;               // parameters used for gain smoothing
1109     float synth_exc[AMRWB_SFR_SIZE];         // post-processed excitation for synthesis
1110     float hb_exc[AMRWB_SFR_SIZE_16k];        // excitation for the high frequency band
1111     float hb_samples[AMRWB_SFR_SIZE_16k];    // filtered high-band samples from synthesis
1112     float hb_gain;
1113     int sub, i, ret;
1114
1115     /* get output buffer */
1116     frame->nb_samples = 4 * AMRWB_SFR_SIZE_16k;
1117     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
1118         return ret;
1119     buf_out = (float *)frame->data[0];
1120
1121     header_size      = decode_mime_header(ctx, buf);
1122     expected_fr_size = ((cf_sizes_wb[ctx->fr_cur_mode] + 7) >> 3) + 1;
1123
1124     if (!ctx->fr_quality)
1125         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Encountered a bad or corrupted frame\n");
1126
1127     if (ctx->fr_cur_mode == NO_DATA || !ctx->fr_quality) {
1128         /* The specification suggests a "random signal" and
1129            "a muting technique" to "gradually decrease the output level". */
1130         av_samples_set_silence(&frame->data[0], 0, frame->nb_samples, 1, AV_SAMPLE_FMT_FLT);
1131         *got_frame_ptr = 1;
1132         return expected_fr_size;
1133     }
1134     if (ctx->fr_cur_mode > MODE_SID) {
1135         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
1136                "Invalid mode %d\n", ctx->fr_cur_mode);
1137         return AVERROR_INVALIDDATA;
1138     }
1139
1140     if (buf_size < expected_fr_size) {
1141         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
1142             "Frame too small (%d bytes). Truncated file?\n", buf_size);
1143         *got_frame_ptr = 0;
1144         return AVERROR_INVALIDDATA;
1145     }
1146
1147     if (ctx->fr_cur_mode == MODE_SID) { /* Comfort noise frame */
1148         avpriv_request_sample(avctx, "SID mode");
1149         return AVERROR_PATCHWELCOME;
1150     }
1151
1152     ff_amr_bit_reorder((uint16_t *) &ctx->frame, sizeof(AMRWBFrame),
1153         buf + header_size, amr_bit_orderings_by_mode[ctx->fr_cur_mode]);
1154
1155     /* Decode the quantized ISF vector */
1156     if (ctx->fr_cur_mode == MODE_6k60) {
1157         decode_isf_indices_36b(cf->isp_id, ctx->isf_cur);
1158     } else {
1159         decode_isf_indices_46b(cf->isp_id, ctx->isf_cur);
1160     }
1161
1162     isf_add_mean_and_past(ctx->isf_cur, ctx->isf_q_past);
1163     ff_set_min_dist_lsf(ctx->isf_cur, MIN_ISF_SPACING, LP_ORDER - 1);
1164
1165     stab_fac = stability_factor(ctx->isf_cur, ctx->isf_past_final);
1166
1167     ctx->isf_cur[LP_ORDER - 1] *= 2.0;
1168     ff_acelp_lsf2lspd(ctx->isp[3], ctx->isf_cur, LP_ORDER);
1169
1170     /* Generate a ISP vector for each subframe */
1171     if (ctx->first_frame) {
1172         ctx->first_frame = 0;
1173         memcpy(ctx->isp_sub4_past, ctx->isp[3], LP_ORDER * sizeof(double));
1174     }
1175     interpolate_isp(ctx->isp, ctx->isp_sub4_past);
1176
1177     for (sub = 0; sub < 4; sub++)
1178         ff_amrwb_lsp2lpc(ctx->isp[sub], ctx->lp_coef[sub], LP_ORDER);
1179
1180     for (sub = 0; sub < 4; sub++) {
1181         const AMRWBSubFrame *cur_subframe = &cf->subframe[sub];
1182         float *sub_buf = buf_out + sub * AMRWB_SFR_SIZE_16k;
1183
1184         /* Decode adaptive codebook (pitch vector) */
1185         decode_pitch_vector(ctx, cur_subframe, sub);
1186         /* Decode innovative codebook (fixed vector) */
1187         decode_fixed_vector(ctx->fixed_vector, cur_subframe->pul_ih,
1188                             cur_subframe->pul_il, ctx->fr_cur_mode);
1189
1190         pitch_sharpening(ctx, ctx->fixed_vector);
1191
1192         decode_gains(cur_subframe->vq_gain, ctx->fr_cur_mode,
1193                      &fixed_gain_factor, &ctx->pitch_gain[0]);
1194
1195         ctx->fixed_gain[0] =
1196             ff_amr_set_fixed_gain(fixed_gain_factor,
1197                                   ctx->celpm_ctx.dot_productf(ctx->fixed_vector,
1198                                                                ctx->fixed_vector,
1199                                                                AMRWB_SFR_SIZE) /
1200                                   AMRWB_SFR_SIZE,
1201                        ctx->prediction_error,
1202                        ENERGY_MEAN, energy_pred_fac);
1203
1204         /* Calculate voice factor and store tilt for next subframe */
1205         voice_fac      = voice_factor(ctx->pitch_vector, ctx->pitch_gain[0],
1206                                       ctx->fixed_vector, ctx->fixed_gain[0],
1207                                       &ctx->celpm_ctx);
1208         ctx->tilt_coef = voice_fac * 0.25 + 0.25;
1209
1210         /* Construct current excitation */
1211         for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++) {
1212             ctx->excitation[i] *= ctx->pitch_gain[0];
1213             ctx->excitation[i] += ctx->fixed_gain[0] * ctx->fixed_vector[i];
1214             ctx->excitation[i] = truncf(ctx->excitation[i]);
1215         }
1216
1217         /* Post-processing of excitation elements */
1218         synth_fixed_gain = noise_enhancer(ctx->fixed_gain[0], &ctx->prev_tr_gain,
1219                                           voice_fac, stab_fac);
1220
1221         synth_fixed_vector = anti_sparseness(ctx, ctx->fixed_vector,
1222                                              spare_vector);
1223
1224         pitch_enhancer(synth_fixed_vector, voice_fac);
1225
1226         synthesis(ctx, ctx->lp_coef[sub], synth_exc, synth_fixed_gain,
1227                   synth_fixed_vector, &ctx->samples_az[LP_ORDER]);
1228
1229         /* Synthesis speech post-processing */
1230         de_emphasis(&ctx->samples_up[UPS_MEM_SIZE],
1231                     &ctx->samples_az[LP_ORDER], PREEMPH_FAC, ctx->demph_mem);
1232
1233         ctx->acelpf_ctx.acelp_apply_order_2_transfer_function(&ctx->samples_up[UPS_MEM_SIZE],
1234             &ctx->samples_up[UPS_MEM_SIZE], hpf_zeros, hpf_31_poles,
1235             hpf_31_gain, ctx->hpf_31_mem, AMRWB_SFR_SIZE);
1236
1237         upsample_5_4(sub_buf, &ctx->samples_up[UPS_FIR_SIZE],
1238                      AMRWB_SFR_SIZE_16k, &ctx->celpm_ctx);
1239
1240         /* High frequency band (6.4 - 7.0 kHz) generation part */
1241         ctx->acelpf_ctx.acelp_apply_order_2_transfer_function(hb_samples,
1242             &ctx->samples_up[UPS_MEM_SIZE], hpf_zeros, hpf_400_poles,
1243             hpf_400_gain, ctx->hpf_400_mem, AMRWB_SFR_SIZE);
1244
1245         hb_gain = find_hb_gain(ctx, hb_samples,
1246                                cur_subframe->hb_gain, cf->vad);
1247
1248         scaled_hb_excitation(ctx, hb_exc, synth_exc, hb_gain);
1249
1250         hb_synthesis(ctx, sub, &ctx->samples_hb[LP_ORDER_16k],
1251                      hb_exc, ctx->isf_cur, ctx->isf_past_final);
1252
1253         /* High-band post-processing filters */
1254         hb_fir_filter(hb_samples, bpf_6_7_coef, ctx->bpf_6_7_mem,
1255                       &ctx->samples_hb[LP_ORDER_16k]);
1256
1257         if (ctx->fr_cur_mode == MODE_23k85)
1258             hb_fir_filter(hb_samples, lpf_7_coef, ctx->lpf_7_mem,
1259                           hb_samples);
1260
1261         /* Add the low and high frequency bands */
1262         for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE_16k; i++)
1263             sub_buf[i] = (sub_buf[i] + hb_samples[i]) * (1.0f / (1 << 15));
1264
1265         /* Update buffers and history */
1266         update_sub_state(ctx);
1267     }
1268
1269     /* update state for next frame */
1270     memcpy(ctx->isp_sub4_past, ctx->isp[3], LP_ORDER * sizeof(ctx->isp[3][0]));
1271     memcpy(ctx->isf_past_final, ctx->isf_cur, LP_ORDER * sizeof(float));
1272
1273     *got_frame_ptr = 1;
1274
1275     return expected_fr_size;
1276 }
1277
1278 const AVCodec ff_amrwb_decoder = {
1279     .name           = "amrwb",
1280     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("AMR-WB (Adaptive Multi-Rate WideBand)"),
1281     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1282     .id             = AV_CODEC_ID_AMR_WB,
1283     .priv_data_size = sizeof(AMRWBContext),
1284     .init           = amrwb_decode_init,
1285     .decode         = amrwb_decode_frame,
1286     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DR1 | AV_CODEC_CAP_CHANNEL_CONF,
1287     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_FLT,
1288                                                      AV_SAMPLE_FMT_NONE },
1289 };