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/lfg.h"
  28
  29 #include "avcodec.h"
  30 #include "get_bits.h"
  31 #include "lsp.h"
  32 #include "celp_math.h"
  33 #include "celp_filters.h"
  34 #include "acelp_filters.h"
  35 #include "acelp_vectors.h"
  36 #include "acelp_pitch_delay.h"
  37
  38 #define AMR_USE_16BIT_TABLES
  39 #include "amr.h"
  40
  41 #include "amrwbdata.h"
  42
  43 typedef struct {
  44     AVFrame                              avframe; ///< AVFrame for decoded samples
  45     AMRWBFrame                             frame; ///< AMRWB parameters decoded from bitstream
  46     enum Mode                        fr_cur_mode; ///< mode index of current frame
  47     uint8_t                           fr_quality; ///< frame quality index (FQI)
  48     float                      isf_cur[LP_ORDER]; ///< working ISF vector from current frame
  49     float                   isf_q_past[LP_ORDER]; ///< quantized ISF vector of the previous frame
  50     float               isf_past_final[LP_ORDER]; ///< final processed ISF vector of the previous frame
  51     double                      isp[4][LP_ORDER]; ///< ISP vectors from current frame
  52     double               isp_sub4_past[LP_ORDER]; ///< ISP vector for the 4th subframe of the previous frame
  53
  54     float                   lp_coef[4][LP_ORDER]; ///< Linear Prediction Coefficients from ISP vector
  55
  56     uint8_t                       base_pitch_lag; ///< integer part of pitch lag for the next relative subframe
  57     uint8_t                        pitch_lag_int; ///< integer part of pitch lag of the previous subframe
  58
  59     float excitation_buf[AMRWB_P_DELAY_MAX + LP_ORDER + 2 + AMRWB_SFR_SIZE]; ///< current excitation and all necessary excitation history
  60     float                            *excitation; ///< points to current excitation in excitation_buf[]
  61
  62     float           pitch_vector[AMRWB_SFR_SIZE]; ///< adaptive codebook (pitch) vector for current subframe
  63     float           fixed_vector[AMRWB_SFR_SIZE]; ///< algebraic codebook (fixed) vector for current subframe
  64
  65     float                    prediction_error[4]; ///< quantified prediction errors {20log10(^gamma_gc)} for previous four subframes
  66     float                          pitch_gain[6]; ///< quantified pitch gains for the current and previous five subframes
  67     float                          fixed_gain[2]; ///< quantified fixed gains for the current and previous subframes
  68
  69     float                              tilt_coef; ///< {beta_1} related to the voicing of the previous subframe
  70
  71     float                 prev_sparse_fixed_gain; ///< previous fixed gain; used by anti-sparseness to determine "onset"
  72     uint8_t                    prev_ir_filter_nr; ///< previous impulse response filter "impNr": 0 - strong, 1 - medium, 2 - none
  73     float                           prev_tr_gain; ///< previous initial gain used by noise enhancer for threshold
  74
  75     float samples_az[LP_ORDER + AMRWB_SFR_SIZE];         ///< low-band samples and memory from synthesis at 12.8kHz
  76     float samples_up[UPS_MEM_SIZE + AMRWB_SFR_SIZE];     ///< low-band samples and memory processed for upsampling
  77     float samples_hb[LP_ORDER_16k + AMRWB_SFR_SIZE_16k]; ///< high-band samples and memory from synthesis at 16kHz
  78
  79     float          hpf_31_mem[2], hpf_400_mem[2]; ///< previous values in the high pass filters
  80     float                           demph_mem[1]; ///< previous value in the de-emphasis filter
  81     float               bpf_6_7_mem[HB_FIR_SIZE]; ///< previous values in the high-band band pass filter
  82     float                 lpf_7_mem[HB_FIR_SIZE]; ///< previous values in the high-band low pass filter
  83
  84     AVLFG                                   prng; ///< random number generator for white noise excitation
  85     uint8_t                          first_frame; ///< flag active during decoding of the first frame
  86 } AMRWBContext;
  87
  88 static av_cold int amrwb_decode_init(AVCodecContext *avctx)
  89 {
  90     AMRWBContext *ctx = avctx->priv_data;
  91     int i;
  92
  93     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_FLT;
  94
  95     av_lfg_init(&ctx->prng, 1);
  96
  97     ctx->excitation  = &ctx->excitation_buf[AMRWB_P_DELAY_MAX + LP_ORDER + 1];
  98     ctx->first_frame = 1;
  99
 100     for (i = 0; i < LP_ORDER; i++)
 101         ctx->isf_past_final[i] = isf_init[i] * (1.0f / (1 << 15));
 102
 103     for (i = 0; i < 4; i++)
 104         ctx->prediction_error[i] = MIN_ENERGY;
 105
 106     avcodec_get_frame_defaults(&ctx->avframe);
 107     avctx->coded_frame = &ctx->avframe;
 108
 109     return 0;
 110 }
 111
 112 /**
 113  * Decode the frame header in the "MIME/storage" format. This format
 114  * is simpler and does not carry the auxiliary information of the frame
 115  *
 116  * @param[in] ctx                  The Context
 117  * @param[in] buf                  Pointer to the input buffer
 118  *
 119  * @return The decoded header length in bytes
 120  */
 121 static int decode_mime_header(AMRWBContext *ctx, const uint8_t *buf)
 122 {
 123     GetBitContext gb;
 124     init_get_bits(&gb, buf, 8);
 125
 126     /* Decode frame header (1st octet) */
 127     skip_bits(&gb, 1);  // padding bit
 128     ctx->fr_cur_mode  = get_bits(&gb, 4);
 129     ctx->fr_quality   = get_bits1(&gb);
 130     skip_bits(&gb, 2);  // padding bits
 131
 132     return 1;
 133 }
 134
 135 /**
 136  * Decodes quantized ISF vectors using 36-bit indexes (6K60 mode only)
 137  *
 138  * @param[in]  ind                 Array of 5 indexes
 139  * @param[out] isf_q               Buffer for isf_q[LP_ORDER]
 140  *
 141  */
 142 static void decode_isf_indices_36b(uint16_t *ind, float *isf_q)
 143 {
 144     int i;
 145
 146     for (i = 0; i < 9; i++)
 147         isf_q[i]      = dico1_isf[ind[0]][i]      * (1.0f / (1 << 15));
 148
 149     for (i = 0; i < 7; i++)
 150         isf_q[i + 9]  = dico2_isf[ind[1]][i]      * (1.0f / (1 << 15));
 151
 152     for (i = 0; i < 5; i++)
 153         isf_q[i]     += dico21_isf_36b[ind[2]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 154
 155     for (i = 0; i < 4; i++)
 156         isf_q[i + 5] += dico22_isf_36b[ind[3]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 157
 158     for (i = 0; i < 7; i++)
 159         isf_q[i + 9] += dico23_isf_36b[ind[4]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 160 }
 161
 162 /**
 163  * Decodes quantized ISF vectors using 46-bit indexes (except 6K60 mode)
 164  *
 165  * @param[in]  ind                 Array of 7 indexes
 166  * @param[out] isf_q               Buffer for isf_q[LP_ORDER]
 167  *
 168  */
 169 static void decode_isf_indices_46b(uint16_t *ind, float *isf_q)
 170 {
 171     int i;
 172
 173     for (i = 0; i < 9; i++)
 174         isf_q[i]       = dico1_isf[ind[0]][i]  * (1.0f / (1 << 15));
 175
 176     for (i = 0; i < 7; i++)
 177         isf_q[i + 9]   = dico2_isf[ind[1]][i]  * (1.0f / (1 << 15));
 178
 179     for (i = 0; i < 3; i++)
 180         isf_q[i]      += dico21_isf[ind[2]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 181
 182     for (i = 0; i < 3; i++)
 183         isf_q[i + 3]  += dico22_isf[ind[3]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 184
 185     for (i = 0; i < 3; i++)
 186         isf_q[i + 6]  += dico23_isf[ind[4]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 187
 188     for (i = 0; i < 3; i++)
 189         isf_q[i + 9]  += dico24_isf[ind[5]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 190
 191     for (i = 0; i < 4; i++)
 192         isf_q[i + 12] += dico25_isf[ind[6]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 193 }
 194
 195 /**
 196  * Apply mean and past ISF values using the prediction factor
 197  * Updates past ISF vector
 198  *
 199  * @param[in,out] isf_q            Current quantized ISF
 200  * @param[in,out] isf_past         Past quantized ISF
 201  *
 202  */
 203 static void isf_add_mean_and_past(float *isf_q, float *isf_past)
 204 {
 205     int i;
 206     float tmp;
 207
 208     for (i = 0; i < LP_ORDER; i++) {
 209         tmp = isf_q[i];
 210         isf_q[i] += isf_mean[i] * (1.0f / (1 << 15));
 211         isf_q[i] += PRED_FACTOR * isf_past[i];
 212         isf_past[i] = tmp;
 213     }
 214 }
 215
 216 /**
 217  * Interpolate the fourth ISP vector from current and past frames
 218  * to obtain a ISP vector for each subframe
 219  *
 220  * @param[in,out] isp_q            ISPs for each subframe
 221  * @param[in]     isp4_past        Past ISP for subframe 4
 222  */
 223 static void interpolate_isp(double isp_q[4][LP_ORDER], const double *isp4_past)
 224 {
 225     int i, k;
 226
 227     for (k = 0; k < 3; k++) {
 228         float c = isfp_inter[k];
 229         for (i = 0; i < LP_ORDER; i++)
 230             isp_q[k][i] = (1.0 - c) * isp4_past[i] + c * isp_q[3][i];
 231     }
 232 }
 233
 234 /**
 235  * Decode an adaptive codebook index into pitch lag (except 6k60, 8k85 modes)
 236  * Calculate integer lag and fractional lag always using 1/4 resolution
 237  * In 1st and 3rd subframes the index is relative to last subframe integer lag
 238  *
 239  * @param[out]    lag_int          Decoded integer pitch lag
 240  * @param[out]    lag_frac         Decoded fractional pitch lag
 241  * @param[in]     pitch_index      Adaptive codebook pitch index
 242  * @param[in,out] base_lag_int     Base integer lag used in relative subframes
 243  * @param[in]     subframe         Current subframe index (0 to 3)
 244  */
 245 static void decode_pitch_lag_high(int *lag_int, int *lag_frac, int pitch_index,
 246                                   uint8_t *base_lag_int, int subframe)
 247 {
 248     if (subframe == 0 || subframe == 2) {
 249         if (pitch_index < 376) {
 250             *lag_int  = (pitch_index + 137) >> 2;
 251             *lag_frac = pitch_index - (*lag_int << 2) + 136;
 252         } else if (pitch_index < 440) {
 253             *lag_int  = (pitch_index + 257 - 376) >> 1;
 254             *lag_frac = (pitch_index - (*lag_int << 1) + 256 - 376) << 1;
 255             /* the actual resolution is 1/2 but expressed as 1/4 */
 256         } else {
 257             *lag_int  = pitch_index - 280;
 258             *lag_frac = 0;
 259         }
 260         /* minimum lag for next subframe */
 261         *base_lag_int = av_clip(*lag_int - 8 - (*lag_frac < 0),
 262                                 AMRWB_P_DELAY_MIN, AMRWB_P_DELAY_MAX - 15);
 263         // XXX: the spec states clearly that *base_lag_int should be
 264         // the nearest integer to *lag_int (minus 8), but the ref code
 265         // actually always uses its floor, I'm following the latter
 266     } else {
 267         *lag_int  = (pitch_index + 1) >> 2;
 268         *lag_frac = pitch_index - (*lag_int << 2);
 269         *lag_int += *base_lag_int;
 270     }
 271 }
 272
 273 /**
 274  * Decode a adaptive codebook index into pitch lag for 8k85 and 6k60 modes
 275  * Description is analogous to decode_pitch_lag_high, but in 6k60 relative
 276  * index is used for all subframes except the first
 277  */
 278 static void decode_pitch_lag_low(int *lag_int, int *lag_frac, int pitch_index,
 279                                  uint8_t *base_lag_int, int subframe, enum Mode mode)
 280 {
 281     if (subframe == 0 || (subframe == 2 && mode != MODE_6k60)) {
 282         if (pitch_index < 116) {
 283             *lag_int  = (pitch_index + 69) >> 1;
 284             *lag_frac = (pitch_index - (*lag_int << 1) + 68) << 1;
 285         } else {
 286             *lag_int  = pitch_index - 24;
 287             *lag_frac = 0;
 288         }
 289         // XXX: same problem as before
 290         *base_lag_int = av_clip(*lag_int - 8 - (*lag_frac < 0),
 291                                 AMRWB_P_DELAY_MIN, AMRWB_P_DELAY_MAX - 15);
 292     } else {
 293         *lag_int  = (pitch_index + 1) >> 1;
 294         *lag_frac = (pitch_index - (*lag_int << 1)) << 1;
 295         *lag_int += *base_lag_int;
 296     }
 297 }
 298
 299 /**
 300  * Find the pitch vector by interpolating the past excitation at the
 301  * pitch delay, which is obtained in this function
 302  *
 303  * @param[in,out] ctx              The context
 304  * @param[in]     amr_subframe     Current subframe data
 305  * @param[in]     subframe         Current subframe index (0 to 3)
 306  */
 307 static void decode_pitch_vector(AMRWBContext *ctx,
 308                                 const AMRWBSubFrame *amr_subframe,
 309                                 const int subframe)
 310 {
 311     int pitch_lag_int, pitch_lag_frac;
 312     int i;
 313     float *exc     = ctx->excitation;
 314     enum Mode mode = ctx->fr_cur_mode;
 315
 316     if (mode <= MODE_8k85) {
 317         decode_pitch_lag_low(&pitch_lag_int, &pitch_lag_frac, amr_subframe->adap,
 318                               &ctx->base_pitch_lag, subframe, mode);
 319     } else
 320         decode_pitch_lag_high(&pitch_lag_int, &pitch_lag_frac, amr_subframe->adap,
 321                               &ctx->base_pitch_lag, subframe);
 322
 323     ctx->pitch_lag_int = pitch_lag_int;
 324     pitch_lag_int += pitch_lag_frac > 0;
 325
 326     /* Calculate the pitch vector by interpolating the past excitation at the
 327        pitch lag using a hamming windowed sinc function */
 328     ff_acelp_interpolatef(exc, exc + 1 - pitch_lag_int,
 329                           ac_inter, 4,
 330                           pitch_lag_frac + (pitch_lag_frac > 0 ? 0 : 4),
 331                           LP_ORDER, AMRWB_SFR_SIZE + 1);
 332
 333     /* Check which pitch signal path should be used
 334      * 6k60 and 8k85 modes have the ltp flag set to 0 */
 335     if (amr_subframe->ltp) {
 336         memcpy(ctx->pitch_vector, exc, AMRWB_SFR_SIZE * sizeof(float));
 337     } else {
 338         for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++)
 339             ctx->pitch_vector[i] = 0.18 * exc[i - 1] + 0.64 * exc[i] +
 340                                    0.18 * exc[i + 1];
 341         memcpy(exc, ctx->pitch_vector, AMRWB_SFR_SIZE * sizeof(float));
 342     }
 343 }
 344
 345 /** Get x bits in the index interval [lsb,lsb+len-1] inclusive */
 346 #define BIT_STR(x,lsb,len) (((x) >> (lsb)) & ((1 << (len)) - 1))
 347
 348 /** Get the bit at specified position */
 349 #define BIT_POS(x, p) (((x) >> (p)) & 1)
 350
 351 /**
 352  * The next six functions decode_[i]p_track decode exactly i pulses
 353  * positions and amplitudes (-1 or 1) in a subframe track using
 354  * an encoded pulse indexing (TS 26.190 section 5.8.2)
 355  *
 356  * The results are given in out[], in which a negative number means
 357  * amplitude -1 and vice versa (i.e., ampl(x) = x / abs(x) )
 358  *
 359  * @param[out] out                 Output buffer (writes i elements)
 360  * @param[in]  code                Pulse index (no. of bits varies, see below)
 361  * @param[in]  m                   (log2) Number of potential positions
 362  * @param[in]  off                 Offset for decoded positions
 363  */
 364 static inline void decode_1p_track(int *out, int code, int m, int off)
 365 {
 366     int pos = BIT_STR(code, 0, m) + off; ///code: m+1 bits
 367
 368     out[0] = BIT_POS(code, m) ? -pos : pos;
 369 }
 370
 371 static inline void decode_2p_track(int *out, int code, int m, int off) ///code: 2m+1 bits
 372 {
 373     int pos0 = BIT_STR(code, m, m) + off;
 374     int pos1 = BIT_STR(code, 0, m) + off;
 375
 376     out[0] = BIT_POS(code, 2*m) ? -pos0 : pos0;
 377     out[1] = BIT_POS(code, 2*m) ? -pos1 : pos1;
 378     out[1] = pos0 > pos1 ? -out[1] : out[1];
 379 }
 380
 381 static void decode_3p_track(int *out, int code, int m, int off) ///code: 3m+1 bits
 382 {
 383     int half_2p = BIT_POS(code, 2*m - 1) << (m - 1);
 384
 385     decode_2p_track(out, BIT_STR(code, 0, 2*m - 1),
 386                     m - 1, off + half_2p);
 387     decode_1p_track(out + 2, BIT_STR(code, 2*m, m + 1), m, off);
 388 }
 389
 390 static void decode_4p_track(int *out, int code, int m, int off) ///code: 4m bits
 391 {
 392     int half_4p, subhalf_2p;
 393     int b_offset = 1 << (m - 1);
 394
 395     switch (BIT_STR(code, 4*m - 2, 2)) { /* case ID (2 bits) */
 396     case 0: /* 0 pulses in A, 4 pulses in B or vice versa */
 397         half_4p = BIT_POS(code, 4*m - 3) << (m - 1); // which has 4 pulses
 398         subhalf_2p = BIT_POS(code, 2*m - 3) << (m - 2);
 399
 400         decode_2p_track(out, BIT_STR(code, 0, 2*m - 3),
 401                         m - 2, off + half_4p + subhalf_2p);
 402         decode_2p_track(out + 2, BIT_STR(code, 2*m - 2, 2*m - 1),
 403                         m - 1, off + half_4p);
 404         break;
 405     case 1: /* 1 pulse in A, 3 pulses in B */
 406         decode_1p_track(out, BIT_STR(code,  3*m - 2, m),
 407                         m - 1, off);
 408         decode_3p_track(out + 1, BIT_STR(code, 0, 3*m - 2),
 409                         m - 1, off + b_offset);
 410         break;
 411     case 2: /* 2 pulses in each half */
 412         decode_2p_track(out, BIT_STR(code, 2*m - 1, 2*m - 1),
 413                         m - 1, off);
 414         decode_2p_track(out + 2, BIT_STR(code, 0, 2*m - 1),
 415                         m - 1, off + b_offset);
 416         break;
 417     case 3: /* 3 pulses in A, 1 pulse in B */
 418         decode_3p_track(out, BIT_STR(code, m, 3*m - 2),
 419                         m - 1, off);
 420         decode_1p_track(out + 3, BIT_STR(code, 0, m),
 421                         m - 1, off + b_offset);
 422         break;
 423     }
 424 }
 425
 426 static void decode_5p_track(int *out, int code, int m, int off) ///code: 5m bits
 427 {
 428     int half_3p = BIT_POS(code, 5*m - 1) << (m - 1);
 429
 430     decode_3p_track(out, BIT_STR(code, 2*m + 1, 3*m - 2),
 431                     m - 1, off + half_3p);
 432
 433     decode_2p_track(out + 3, BIT_STR(code, 0, 2*m + 1), m, off);
 434 }
 435
 436 static void decode_6p_track(int *out, int code, int m, int off) ///code: 6m-2 bits
 437 {
 438     int b_offset = 1 << (m - 1);
 439     /* which half has more pulses in cases 0 to 2 */
 440     int half_more  = BIT_POS(code, 6*m - 5) << (m - 1);
 441     int half_other = b_offset - half_more;
 442
 443     switch (BIT_STR(code, 6*m - 4, 2)) { /* case ID (2 bits) */
 444     case 0: /* 0 pulses in A, 6 pulses in B or vice versa */
 445         decode_1p_track(out, BIT_STR(code, 0, m),
 446                         m - 1, off + half_more);
 447         decode_5p_track(out + 1, BIT_STR(code, m, 5*m - 5),
 448                         m - 1, off + half_more);
 449         break;
 450     case 1: /* 1 pulse in A, 5 pulses in B or vice versa */
 451         decode_1p_track(out, BIT_STR(code, 0, m),
 452                         m - 1, off + half_other);
 453         decode_5p_track(out + 1, BIT_STR(code, m, 5*m - 5),
 454                         m - 1, off + half_more);
 455         break;
 456     case 2: /* 2 pulses in A, 4 pulses in B or vice versa */
 457         decode_2p_track(out, BIT_STR(code, 0, 2*m - 1),
 458                         m - 1, off + half_other);
 459         decode_4p_track(out + 2, BIT_STR(code, 2*m - 1, 4*m - 4),
 460                         m - 1, off + half_more);
 461         break;
 462     case 3: /* 3 pulses in A, 3 pulses in B */
 463         decode_3p_track(out, BIT_STR(code, 3*m - 2, 3*m - 2),
 464                         m - 1, off);
 465         decode_3p_track(out + 3, BIT_STR(code, 0, 3*m - 2),
 466                         m - 1, off + b_offset);
 467         break;
 468     }
 469 }
 470
 471 /**
 472  * Decode the algebraic codebook index to pulse positions and signs,
 473  * then construct the algebraic codebook vector
 474  *
 475  * @param[out] fixed_vector        Buffer for the fixed codebook excitation
 476  * @param[in]  pulse_hi            MSBs part of the pulse index array (higher modes only)
 477  * @param[in]  pulse_lo            LSBs part of the pulse index array
 478  * @param[in]  mode                Mode of the current frame
 479  */
 480 static void decode_fixed_vector(float *fixed_vector, const uint16_t *pulse_hi,
 481                                 const uint16_t *pulse_lo, const enum Mode mode)
 482 {
 483     /* sig_pos stores for each track the decoded pulse position indexes
 484      * (1-based) multiplied by its corresponding amplitude (+1 or -1) */
 485     int sig_pos[4][6];
 486     int spacing = (mode == MODE_6k60) ? 2 : 4;
 487     int i, j;
 488
 489     switch (mode) {
 490     case MODE_6k60:
 491         for (i = 0; i < 2; i++)
 492             decode_1p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 5, 1);
 493         break;
 494     case MODE_8k85:
 495         for (i = 0; i < 4; i++)
 496             decode_1p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 4, 1);
 497         break;
 498     case MODE_12k65:
 499         for (i = 0; i < 4; i++)
 500             decode_2p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 4, 1);
 501         break;
 502     case MODE_14k25:
 503         for (i = 0; i < 2; i++)
 504             decode_3p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 4, 1);
 505         for (i = 2; i < 4; i++)
 506             decode_2p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 4, 1);
 507         break;
 508     case MODE_15k85:
 509         for (i = 0; i < 4; i++)
 510             decode_3p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 4, 1);
 511         break;
 512     case MODE_18k25:
 513         for (i = 0; i < 4; i++)
 514             decode_4p_track(sig_pos[i], (int) pulse_lo[i] +
 515                            ((int) pulse_hi[i] << 14), 4, 1);
 516         break;
 517     case MODE_19k85:
 518         for (i = 0; i < 2; i++)
 519             decode_5p_track(sig_pos[i], (int) pulse_lo[i] +
 520                            ((int) pulse_hi[i] << 10), 4, 1);
 521         for (i = 2; i < 4; i++)
 522             decode_4p_track(sig_pos[i], (int) pulse_lo[i] +
 523                            ((int) pulse_hi[i] << 14), 4, 1);
 524         break;
 525     case MODE_23k05:
 526     case MODE_23k85:
 527         for (i = 0; i < 4; i++)
 528             decode_6p_track(sig_pos[i], (int) pulse_lo[i] +
 529                            ((int) pulse_hi[i] << 11), 4, 1);
 530         break;
 531     }
 532
 533     memset(fixed_vector, 0, sizeof(float) * AMRWB_SFR_SIZE);
 534
 535     for (i = 0; i < 4; i++)
 536         for (j = 0; j < pulses_nb_per_mode_tr[mode][i]; j++) {
 537             int pos = (FFABS(sig_pos[i][j]) - 1) * spacing + i;
 538
 539             fixed_vector[pos] += sig_pos[i][j] < 0 ? -1.0 : 1.0;
 540         }
 541 }
 542
 543 /**
 544  * Decode pitch gain and fixed gain correction factor
 545  *
 546  * @param[in]  vq_gain             Vector-quantized index for gains
 547  * @param[in]  mode                Mode of the current frame
 548  * @param[out] fixed_gain_factor   Decoded fixed gain correction factor
 549  * @param[out] pitch_gain          Decoded pitch gain
 550  */
 551 static void decode_gains(const uint8_t vq_gain, const enum Mode mode,
 552                          float *fixed_gain_factor, float *pitch_gain)
 553 {
 554     const int16_t *gains = (mode <= MODE_8k85 ? qua_gain_6b[vq_gain] :
 555                                                 qua_gain_7b[vq_gain]);
 556
 557     *pitch_gain        = gains[0] * (1.0f / (1 << 14));
 558     *fixed_gain_factor = gains[1] * (1.0f / (1 << 11));
 559 }
 560
 561 /**
 562  * Apply pitch sharpening filters to the fixed codebook vector
 563  *
 564  * @param[in]     ctx              The context
 565  * @param[in,out] fixed_vector     Fixed codebook excitation
 566  */
 567 // XXX: Spec states this procedure should be applied when the pitch
 568 // lag is less than 64, but this checking seems absent in reference and AMR-NB
 569 static void pitch_sharpening(AMRWBContext *ctx, float *fixed_vector)
 570 {
 571     int i;
 572
 573     /* Tilt part */
 574     for (i = AMRWB_SFR_SIZE - 1; i != 0; i--)
 575         fixed_vector[i] -= fixed_vector[i - 1] * ctx->tilt_coef;
 576
 577     /* Periodicity enhancement part */
 578     for (i = ctx->pitch_lag_int; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++)
 579         fixed_vector[i] += fixed_vector[i - ctx->pitch_lag_int] * 0.85;
 580 }
 581
 582 /**
 583  * Calculate the voicing factor (-1.0 = unvoiced to 1.0 = voiced)
 584  *
 585  * @param[in] p_vector, f_vector   Pitch and fixed excitation vectors
 586  * @param[in] p_gain, f_gain       Pitch and fixed gains
 587  */
 588 // XXX: There is something wrong with the precision here! The magnitudes
 589 // of the energies are not correct. Please check the reference code carefully
 590 static float voice_factor(float *p_vector, float p_gain,
 591                           float *f_vector, float f_gain)
 592 {
 593     double p_ener = (double) ff_dot_productf(p_vector, p_vector,
 594                                              AMRWB_SFR_SIZE) * p_gain * p_gain;
 595     double f_ener = (double) ff_dot_productf(f_vector, f_vector,
 596                                              AMRWB_SFR_SIZE) * f_gain * f_gain;
 597
 598     return (p_ener - f_ener) / (p_ener + f_ener);
 599 }
 600
 601 /**
 602  * Reduce fixed vector sparseness by smoothing with one of three IR filters
 603  * Also known as "adaptive phase dispersion"
 604  *
 605  * @param[in]     ctx              The context
 606  * @param[in,out] fixed_vector     Unfiltered fixed vector
 607  * @param[out]    buf              Space for modified vector if necessary
 608  *
 609  * @return The potentially overwritten filtered fixed vector address
 610  */
 611 static float *anti_sparseness(AMRWBContext *ctx,
 612                               float *fixed_vector, float *buf)
 613 {
 614     int ir_filter_nr;
 615
 616     if (ctx->fr_cur_mode > MODE_8k85) // no filtering in higher modes
 617         return fixed_vector;
 618
 619     if (ctx->pitch_gain[0] < 0.6) {
 620         ir_filter_nr = 0;      // strong filtering
 621     } else if (ctx->pitch_gain[0] < 0.9) {
 622         ir_filter_nr = 1;      // medium filtering
 623     } else
 624         ir_filter_nr = 2;      // no filtering
 625
 626     /* detect 'onset' */
 627     if (ctx->fixed_gain[0] > 3.0 * ctx->fixed_gain[1]) {
 628         if (ir_filter_nr < 2)
 629             ir_filter_nr++;
 630     } else {
 631         int i, count = 0;
 632
 633         for (i = 0; i < 6; i++)
 634             if (ctx->pitch_gain[i] < 0.6)
 635                 count++;
 636
 637         if (count > 2)
 638             ir_filter_nr = 0;
 639
 640         if (ir_filter_nr > ctx->prev_ir_filter_nr + 1)
 641             ir_filter_nr--;
 642     }
 643
 644     /* update ir filter strength history */
 645     ctx->prev_ir_filter_nr = ir_filter_nr;
 646
 647     ir_filter_nr += (ctx->fr_cur_mode == MODE_8k85);
 648
 649     if (ir_filter_nr < 2) {
 650         int i;
 651         const float *coef = ir_filters_lookup[ir_filter_nr];
 652
 653         /* Circular convolution code in the reference
 654          * decoder was modified to avoid using one
 655          * extra array. The filtered vector is given by:
 656          *
 657          * c2(n) = sum(i,0,len-1){ c(i) * coef( (n - i + len) % len ) }
 658          */
 659
 660         memset(buf, 0, sizeof(float) * AMRWB_SFR_SIZE);
 661         for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++)
 662             if (fixed_vector[i])
 663                 ff_celp_circ_addf(buf, buf, coef, i, fixed_vector[i],
 664                                   AMRWB_SFR_SIZE);
 665         fixed_vector = buf;
 666     }
 667
 668     return fixed_vector;
 669 }
 670
 671 /**
 672  * Calculate a stability factor {teta} based on distance between
 673  * current and past isf. A value of 1 shows maximum signal stability
 674  */
 675 static float stability_factor(const float *isf, const float *isf_past)
 676 {
 677     int i;
 678     float acc = 0.0;
 679
 680     for (i = 0; i < LP_ORDER - 1; i++)
 681         acc += (isf[i] - isf_past[i]) * (isf[i] - isf_past[i]);
 682
 683     // XXX: This part is not so clear from the reference code
 684     // the result is more accurate changing the "/ 256" to "* 512"
 685     return FFMAX(0.0, 1.25 - acc * 0.8 * 512);
 686 }
 687
 688 /**
 689  * Apply a non-linear fixed gain smoothing in order to reduce
 690  * fluctuation in the energy of excitation
 691  *
 692  * @param[in]     fixed_gain       Unsmoothed fixed gain
 693  * @param[in,out] prev_tr_gain     Previous threshold gain (updated)
 694  * @param[in]     voice_fac        Frame voicing factor
 695  * @param[in]     stab_fac         Frame stability factor
 696  *
 697  * @return The smoothed gain
 698  */
 699 static float noise_enhancer(float fixed_gain, float *prev_tr_gain,
 700                             float voice_fac,  float stab_fac)
 701 {
 702     float sm_fac = 0.5 * (1 - voice_fac) * stab_fac;
 703     float g0;
 704
 705     // XXX: the following fixed-point constants used to in(de)crement
 706     // gain by 1.5dB were taken from the reference code, maybe it could
 707     // be simpler
 708     if (fixed_gain < *prev_tr_gain) {
 709         g0 = FFMIN(*prev_tr_gain, fixed_gain + fixed_gain *
 710                      (6226 * (1.0f / (1 << 15)))); // +1.5 dB
 711     } else
 712         g0 = FFMAX(*prev_tr_gain, fixed_gain *
 713                     (27536 * (1.0f / (1 << 15)))); // -1.5 dB
 714
 715     *prev_tr_gain = g0; // update next frame threshold
 716
 717     return sm_fac * g0 + (1 - sm_fac) * fixed_gain;
 718 }
 719
 720 /**
 721  * Filter the fixed_vector to emphasize the higher frequencies
 722  *
 723  * @param[in,out] fixed_vector     Fixed codebook vector
 724  * @param[in]     voice_fac        Frame voicing factor
 725  */
 726 static void pitch_enhancer(float *fixed_vector, float voice_fac)
 727 {
 728     int i;
 729     float cpe  = 0.125 * (1 + voice_fac);
 730     float last = fixed_vector[0]; // holds c(i - 1)
 731
 732     fixed_vector[0] -= cpe * fixed_vector[1];
 733
 734     for (i = 1; i < AMRWB_SFR_SIZE - 1; i++) {
 735         float cur = fixed_vector[i];
 736
 737         fixed_vector[i] -= cpe * (last + fixed_vector[i + 1]);
 738         last = cur;
 739     }
 740
 741     fixed_vector[AMRWB_SFR_SIZE - 1] -= cpe * last;
 742 }
 743
 744 /**
 745  * Conduct 16th order linear predictive coding synthesis from excitation
 746  *
 747  * @param[in]     ctx              Pointer to the AMRWBContext
 748  * @param[in]     lpc              Pointer to the LPC coefficients
 749  * @param[out]    excitation       Buffer for synthesis final excitation
 750  * @param[in]     fixed_gain       Fixed codebook gain for synthesis
 751  * @param[in]     fixed_vector     Algebraic codebook vector
 752  * @param[in,out] samples          Pointer to the output samples and memory
 753  */
 754 static void synthesis(AMRWBContext *ctx, float *lpc, float *excitation,
 755                       float fixed_gain, const float *fixed_vector,
 756                       float *samples)
 757 {
 758     ff_weighted_vector_sumf(excitation, ctx->pitch_vector, fixed_vector,
 759                             ctx->pitch_gain[0], fixed_gain, AMRWB_SFR_SIZE);
 760
 761     /* emphasize pitch vector contribution in low bitrate modes */
 762     if (ctx->pitch_gain[0] > 0.5 && ctx->fr_cur_mode <= MODE_8k85) {
 763         int i;
 764         float energy = ff_dot_productf(excitation, excitation,
 765                                        AMRWB_SFR_SIZE);
 766
 767         // XXX: Weird part in both ref code and spec. A unknown parameter
 768         // {beta} seems to be identical to the current pitch gain
 769         float pitch_factor = 0.25 * ctx->pitch_gain[0] * ctx->pitch_gain[0];
 770
 771         for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++)
 772             excitation[i] += pitch_factor * ctx->pitch_vector[i];
 773
 774         ff_scale_vector_to_given_sum_of_squares(excitation, excitation,
 775                                                 energy, AMRWB_SFR_SIZE);
 776     }
 777
 778     ff_celp_lp_synthesis_filterf(samples, lpc, excitation,
 779                                  AMRWB_SFR_SIZE, LP_ORDER);
 780 }
 781
 782 /**
 783  * Apply to synthesis a de-emphasis filter of the form:
 784  * H(z) = 1 / (1 - m * z^-1)
 785  *
 786  * @param[out]    out              Output buffer
 787  * @param[in]     in               Input samples array with in[-1]
 788  * @param[in]     m                Filter coefficient
 789  * @param[in,out] mem              State from last filtering
 790  */
 791 static void de_emphasis(float *out, float *in, float m, float mem[1])
 792 {
 793     int i;
 794
 795     out[0] = in[0] + m * mem[0];
 796
 797     for (i = 1; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++)
 798          out[i] = in[i] + out[i - 1] * m;
 799
 800     mem[0] = out[AMRWB_SFR_SIZE - 1];
 801 }
 802
 803 /**
 804  * Upsample a signal by 5/4 ratio (from 12.8kHz to 16kHz) using
 805  * a FIR interpolation filter. Uses past data from before *in address
 806  *
 807  * @param[out] out                 Buffer for interpolated signal
 808  * @param[in]  in                  Current signal data (length 0.8*o_size)
 809  * @param[in]  o_size              Output signal length
 810  */
 811 static void upsample_5_4(float *out, const float *in, int o_size)
 812 {
 813     const float *in0 = in - UPS_FIR_SIZE + 1;
 814     int i, j, k;
 815     int int_part = 0, frac_part;
 816
 817     i = 0;
 818     for (j = 0; j < o_size / 5; j++) {
 819         out[i] = in[int_part];
 820         frac_part = 4;
 821         i++;
 822
 823         for (k = 1; k < 5; k++) {
 824             out[i] = ff_dot_productf(in0 + int_part, upsample_fir[4 - frac_part],
 825                                      UPS_MEM_SIZE);
 826             int_part++;
 827             frac_part--;
 828             i++;
 829         }
 830     }
 831 }
 832
 833 /**
 834  * Calculate the high-band gain based on encoded index (23k85 mode) or
 835  * on the low-band speech signal and the Voice Activity Detection flag
 836  *
 837  * @param[in] ctx                  The context
 838  * @param[in] synth                LB speech synthesis at 12.8k
 839  * @param[in] hb_idx               Gain index for mode 23k85 only
 840  * @param[in] vad                  VAD flag for the frame
 841  */
 842 static float find_hb_gain(AMRWBContext *ctx, const float *synth,
 843                           uint16_t hb_idx, uint8_t vad)
 844 {
 845     int wsp = (vad > 0);
 846     float tilt;
 847
 848     if (ctx->fr_cur_mode == MODE_23k85)
 849         return qua_hb_gain[hb_idx] * (1.0f / (1 << 14));
 850
 851     tilt = ff_dot_productf(synth, synth + 1, AMRWB_SFR_SIZE - 1) /
 852            ff_dot_productf(synth, synth, AMRWB_SFR_SIZE);
 853
 854     /* return gain bounded by [0.1, 1.0] */
 855     return av_clipf((1.0 - FFMAX(0.0, tilt)) * (1.25 - 0.25 * wsp), 0.1, 1.0);
 856 }
 857
 858 /**
 859  * Generate the high-band excitation with the same energy from the lower
 860  * one and scaled by the given gain
 861  *
 862  * @param[in]  ctx                 The context
 863  * @param[out] hb_exc              Buffer for the excitation
 864  * @param[in]  synth_exc           Low-band excitation used for synthesis
 865  * @param[in]  hb_gain             Wanted excitation gain
 866  */
 867 static void scaled_hb_excitation(AMRWBContext *ctx, float *hb_exc,
 868                                  const float *synth_exc, float hb_gain)
 869 {
 870     int i;
 871     float energy = ff_dot_productf(synth_exc, synth_exc, AMRWB_SFR_SIZE);
 872
 873     /* Generate a white-noise excitation */
 874     for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE_16k; i++)
 875         hb_exc[i] = 32768.0 - (uint16_t) av_lfg_get(&ctx->prng);
 876
 877     ff_scale_vector_to_given_sum_of_squares(hb_exc, hb_exc,
 878                                             energy * hb_gain * hb_gain,
 879                                             AMRWB_SFR_SIZE_16k);
 880 }
 881
 882 /**
 883  * Calculate the auto-correlation for the ISF difference vector
 884  */
 885 static float auto_correlation(float *diff_isf, float mean, int lag)
 886 {
 887     int i;
 888     float sum = 0.0;
 889
 890     for (i = 7; i < LP_ORDER - 2; i++) {
 891         float prod = (diff_isf[i] - mean) * (diff_isf[i - lag] - mean);
 892         sum += prod * prod;
 893     }
 894     return sum;
 895 }
 896
 897 /**
 898  * Extrapolate a ISF vector to the 16kHz range (20th order LP)
 899  * used at mode 6k60 LP filter for the high frequency band
 900  *
 901  * @param[out] out                 Buffer for extrapolated isf
 902  * @param[in]  isf                 Input isf vector
 903  */
 904 static void extrapolate_isf(float out[LP_ORDER_16k], float isf[LP_ORDER])
 905 {
 906     float diff_isf[LP_ORDER - 2], diff_mean;
 907     float *diff_hi = diff_isf - LP_ORDER + 1; // diff array for extrapolated indexes
 908     float corr_lag[3];
 909     float est, scale;
 910     int i, i_max_corr;
 911
 912     memcpy(out, isf, (LP_ORDER - 1) * sizeof(float));
 913     out[LP_ORDER_16k - 1] = isf[LP_ORDER - 1];
 914
 915     /* Calculate the difference vector */
 916     for (i = 0; i < LP_ORDER - 2; i++)
 917         diff_isf[i] = isf[i + 1] - isf[i];
 918
 919     diff_mean = 0.0;
 920     for (i = 2; i < LP_ORDER - 2; i++)
 921         diff_mean += diff_isf[i] * (1.0f / (LP_ORDER - 4));
 922
 923     /* Find which is the maximum autocorrelation */
 924     i_max_corr = 0;
 925     for (i = 0; i < 3; i++) {
 926         corr_lag[i] = auto_correlation(diff_isf, diff_mean, i + 2);
 927
 928         if (corr_lag[i] > corr_lag[i_max_corr])
 929             i_max_corr = i;
 930     }
 931     i_max_corr++;
 932
 933     for (i = LP_ORDER - 1; i < LP_ORDER_16k - 1; i++)
 934         out[i] = isf[i - 1] + isf[i - 1 - i_max_corr]
 935                             - isf[i - 2 - i_max_corr];
 936
 937     /* Calculate an estimate for ISF(18) and scale ISF based on the error */
 938     est   = 7965 + (out[2] - out[3] - out[4]) / 6.0;
 939     scale = 0.5 * (FFMIN(est, 7600) - out[LP_ORDER - 2]) /
 940             (out[LP_ORDER_16k - 2] - out[LP_ORDER - 2]);
 941
 942     for (i = LP_ORDER - 1; i < LP_ORDER_16k - 1; i++)
 943         diff_hi[i] = scale * (out[i] - out[i - 1]);
 944
 945     /* Stability insurance */
 946     for (i = LP_ORDER; i < LP_ORDER_16k - 1; i++)
 947         if (diff_hi[i] + diff_hi[i - 1] < 5.0) {
 948             if (diff_hi[i] > diff_hi[i - 1]) {
 949                 diff_hi[i - 1] = 5.0 - diff_hi[i];
 950             } else
 951                 diff_hi[i] = 5.0 - diff_hi[i - 1];
 952         }
 953
 954     for (i = LP_ORDER - 1; i < LP_ORDER_16k - 1; i++)
 955         out[i] = out[i - 1] + diff_hi[i] * (1.0f / (1 << 15));
 956
 957     /* Scale the ISF vector for 16000 Hz */
 958     for (i = 0; i < LP_ORDER_16k - 1; i++)
 959         out[i] *= 0.8;
 960 }
 961
 962 /**
 963  * Spectral expand the LP coefficients using the equation:
 964  *   y[i] = x[i] * (gamma ** i)
 965  *
 966  * @param[out] out                 Output buffer (may use input array)
 967  * @param[in]  lpc                 LP coefficients array
 968  * @param[in]  gamma               Weighting factor
 969  * @param[in]  size                LP array size
 970  */
 971 static void lpc_weighting(float *out, const float *lpc, float gamma, int size)
 972 {
 973     int i;
 974     float fac = gamma;
 975
 976     for (i = 0; i < size; i++) {
 977         out[i] = lpc[i] * fac;
 978         fac   *= gamma;
 979     }
 980 }
 981
 982 /**
 983  * Conduct 20th order linear predictive coding synthesis for the high
 984  * frequency band excitation at 16kHz
 985  *
 986  * @param[in]     ctx              The context
 987  * @param[in]     subframe         Current subframe index (0 to 3)
 988  * @param[in,out] samples          Pointer to the output speech samples
 989  * @param[in]     exc              Generated white-noise scaled excitation
 990  * @param[in]     isf              Current frame isf vector
 991  * @param[in]     isf_past         Past frame final isf vector
 992  */
 993 static void hb_synthesis(AMRWBContext *ctx, int subframe, float *samples,
 994                          const float *exc, const float *isf, const float *isf_past)
 995 {
 996     float hb_lpc[LP_ORDER_16k];
 997     enum Mode mode = ctx->fr_cur_mode;
 998
 999     if (mode == MODE_6k60) {
1000         float e_isf[LP_ORDER_16k]; // ISF vector for extrapolation
1001         double e_isp[LP_ORDER_16k];
1002
1003         ff_weighted_vector_sumf(e_isf, isf_past, isf, isfp_inter[subframe],
1004                                 1.0 - isfp_inter[subframe], LP_ORDER);
1005
1006         extrapolate_isf(e_isf, e_isf);
1007
1008         e_isf[LP_ORDER_16k - 1] *= 2.0;
1009         ff_acelp_lsf2lspd(e_isp, e_isf, LP_ORDER_16k);
1010         ff_amrwb_lsp2lpc(e_isp, hb_lpc, LP_ORDER_16k);
1011
1012         lpc_weighting(hb_lpc, hb_lpc, 0.9, LP_ORDER_16k);
1013     } else {
1014         lpc_weighting(hb_lpc, ctx->lp_coef[subframe], 0.6, LP_ORDER);
1015     }
1016
1017     ff_celp_lp_synthesis_filterf(samples, hb_lpc, exc, AMRWB_SFR_SIZE_16k,
1018                                  (mode == MODE_6k60) ? LP_ORDER_16k : LP_ORDER);
1019 }
1020
1021 /**
1022  * Apply to high-band samples a 15th order filter
1023  * The filter characteristic depends on the given coefficients
1024  *
1025  * @param[out]    out              Buffer for filtered output
1026  * @param[in]     fir_coef         Filter coefficients
1027  * @param[in,out] mem              State from last filtering (updated)
1028  * @param[in]     in               Input speech data (high-band)
1029  *
1030  * @remark It is safe to pass the same array in in and out parameters
1031  */
1032 static void hb_fir_filter(float *out, const float fir_coef[HB_FIR_SIZE + 1],
1033                           float mem[HB_FIR_SIZE], const float *in)
1034 {
1035     int i, j;
1036     float data[AMRWB_SFR_SIZE_16k + HB_FIR_SIZE]; // past and current samples
1037
1038     memcpy(data, mem, HB_FIR_SIZE * sizeof(float));
1039     memcpy(data + HB_FIR_SIZE, in, AMRWB_SFR_SIZE_16k * sizeof(float));
1040
1041     for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE_16k; i++) {
1042         out[i] = 0.0;
1043         for (j = 0; j <= HB_FIR_SIZE; j++)
1044             out[i] += data[i + j] * fir_coef[j];
1045     }
1046
1047     memcpy(mem, data + AMRWB_SFR_SIZE_16k, HB_FIR_SIZE * sizeof(float));
1048 }
1049
1050 /**
1051  * Update context state before the next subframe
1052  */
1053 static void update_sub_state(AMRWBContext *ctx)
1054 {
1055     memmove(&ctx->excitation_buf[0], &ctx->excitation_buf[AMRWB_SFR_SIZE],
1056             (AMRWB_P_DELAY_MAX + LP_ORDER + 1) * sizeof(float));
1057
1058     memmove(&ctx->pitch_gain[1], &ctx->pitch_gain[0], 5 * sizeof(float));
1059     memmove(&ctx->fixed_gain[1], &ctx->fixed_gain[0], 1 * sizeof(float));
1060
1061     memmove(&ctx->samples_az[0], &ctx->samples_az[AMRWB_SFR_SIZE],
1062             LP_ORDER * sizeof(float));
1063     memmove(&ctx->samples_up[0], &ctx->samples_up[AMRWB_SFR_SIZE],
1064             UPS_MEM_SIZE * sizeof(float));
1065     memmove(&ctx->samples_hb[0], &ctx->samples_hb[AMRWB_SFR_SIZE_16k],
1066             LP_ORDER_16k * sizeof(float));
1067 }
1068
1069 static int amrwb_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
1070                               int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
1071 {
1072     AMRWBContext *ctx  = avctx->priv_data;
1073     AMRWBFrame   *cf   = &ctx->frame;
1074     const uint8_t *buf = avpkt->data;
1075     int buf_size       = avpkt->size;
1076     int expected_fr_size, header_size;
1077     float *buf_out;
1078     float spare_vector[AMRWB_SFR_SIZE];      // extra stack space to hold result from anti-sparseness processing
1079     float fixed_gain_factor;                 // fixed gain correction factor (gamma)
1080     float *synth_fixed_vector;               // pointer to the fixed vector that synthesis should use
1081     float synth_fixed_gain;                  // the fixed gain that synthesis should use
1082     float voice_fac, stab_fac;               // parameters used for gain smoothing
1083     float synth_exc[AMRWB_SFR_SIZE];         // post-processed excitation for synthesis
1084     float hb_exc[AMRWB_SFR_SIZE_16k];        // excitation for the high frequency band
1085     float hb_samples[AMRWB_SFR_SIZE_16k];    // filtered high-band samples from synthesis
1086     float hb_gain;
1087     int sub, i, ret;
1088
1089     /* get output buffer */
1090     ctx->avframe.nb_samples = 4 * AMRWB_SFR_SIZE_16k;
1091     if ((ret = avctx->get_buffer(avctx, &ctx->avframe)) < 0) {
1092         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
1093         return ret;
1094     }
1095     buf_out = (float *)ctx->avframe.data[0];
1096
1097     header_size      = decode_mime_header(ctx, buf);
1098     expected_fr_size = ((cf_sizes_wb[ctx->fr_cur_mode] + 7) >> 3) + 1;
1099
1100     if (buf_size < expected_fr_size) {
1101         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
1102             "Frame too small (%d bytes). Truncated file?\n", buf_size);
1103         *got_frame_ptr = 0;
1104         return buf_size;
1105     }
1106
1107     if (!ctx->fr_quality || ctx->fr_cur_mode > MODE_SID)
1108         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Encountered a bad or corrupted frame\n");
1109
1110     if (ctx->fr_cur_mode == MODE_SID) /* Comfort noise frame */
1111         av_log_missing_feature(avctx, "SID mode", 1);
1112
1113     if (ctx->fr_cur_mode >= MODE_SID)
1114         return -1;
1115
1116     ff_amr_bit_reorder((uint16_t *) &ctx->frame, sizeof(AMRWBFrame),
1117         buf + header_size, amr_bit_orderings_by_mode[ctx->fr_cur_mode]);
1118
1119     /* Decode the quantized ISF vector */
1120     if (ctx->fr_cur_mode == MODE_6k60) {
1121         decode_isf_indices_36b(cf->isp_id, ctx->isf_cur);
1122     } else {
1123         decode_isf_indices_46b(cf->isp_id, ctx->isf_cur);
1124     }
1125
1126     isf_add_mean_and_past(ctx->isf_cur, ctx->isf_q_past);
1127     ff_set_min_dist_lsf(ctx->isf_cur, MIN_ISF_SPACING, LP_ORDER - 1);
1128
1129     stab_fac = stability_factor(ctx->isf_cur, ctx->isf_past_final);
1130
1131     ctx->isf_cur[LP_ORDER - 1] *= 2.0;
1132     ff_acelp_lsf2lspd(ctx->isp[3], ctx->isf_cur, LP_ORDER);
1133
1134     /* Generate a ISP vector for each subframe */
1135     if (ctx->first_frame) {
1136         ctx->first_frame = 0;
1137         memcpy(ctx->isp_sub4_past, ctx->isp[3], LP_ORDER * sizeof(double));
1138     }
1139     interpolate_isp(ctx->isp, ctx->isp_sub4_past);
1140
1141     for (sub = 0; sub < 4; sub++)
1142         ff_amrwb_lsp2lpc(ctx->isp[sub], ctx->lp_coef[sub], LP_ORDER);
1143
1144     for (sub = 0; sub < 4; sub++) {
1145         const AMRWBSubFrame *cur_subframe = &cf->subframe[sub];
1146         float *sub_buf = buf_out + sub * AMRWB_SFR_SIZE_16k;
1147
1148         /* Decode adaptive codebook (pitch vector) */
1149         decode_pitch_vector(ctx, cur_subframe, sub);
1150         /* Decode innovative codebook (fixed vector) */
1151         decode_fixed_vector(ctx->fixed_vector, cur_subframe->pul_ih,
1152                             cur_subframe->pul_il, ctx->fr_cur_mode);
1153
1154         pitch_sharpening(ctx, ctx->fixed_vector);
1155
1156         decode_gains(cur_subframe->vq_gain, ctx->fr_cur_mode,
1157                      &fixed_gain_factor, &ctx->pitch_gain[0]);
1158
1159         ctx->fixed_gain[0] =
1160             ff_amr_set_fixed_gain(fixed_gain_factor,
1161                        ff_dot_productf(ctx->fixed_vector, ctx->fixed_vector,
1162                                        AMRWB_SFR_SIZE) / AMRWB_SFR_SIZE,
1163                        ctx->prediction_error,
1164                        ENERGY_MEAN, energy_pred_fac);
1165
1166         /* Calculate voice factor and store tilt for next subframe */
1167         voice_fac      = voice_factor(ctx->pitch_vector, ctx->pitch_gain[0],
1168                                       ctx->fixed_vector, ctx->fixed_gain[0]);
1169         ctx->tilt_coef = voice_fac * 0.25 + 0.25;
1170
1171         /* Construct current excitation */
1172         for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++) {
1173             ctx->excitation[i] *= ctx->pitch_gain[0];
1174             ctx->excitation[i] += ctx->fixed_gain[0] * ctx->fixed_vector[i];
1175             ctx->excitation[i] = truncf(ctx->excitation[i]);
1176         }
1177
1178         /* Post-processing of excitation elements */
1179         synth_fixed_gain = noise_enhancer(ctx->fixed_gain[0], &ctx->prev_tr_gain,
1180                                           voice_fac, stab_fac);
1181
1182         synth_fixed_vector = anti_sparseness(ctx, ctx->fixed_vector,
1183                                              spare_vector);
1184
1185         pitch_enhancer(synth_fixed_vector, voice_fac);
1186
1187         synthesis(ctx, ctx->lp_coef[sub], synth_exc, synth_fixed_gain,
1188                   synth_fixed_vector, &ctx->samples_az[LP_ORDER]);
1189
1190         /* Synthesis speech post-processing */
1191         de_emphasis(&ctx->samples_up[UPS_MEM_SIZE],
1192                     &ctx->samples_az[LP_ORDER], PREEMPH_FAC, ctx->demph_mem);
1193
1194         ff_acelp_apply_order_2_transfer_function(&ctx->samples_up[UPS_MEM_SIZE],
1195             &ctx->samples_up[UPS_MEM_SIZE], hpf_zeros, hpf_31_poles,
1196             hpf_31_gain, ctx->hpf_31_mem, AMRWB_SFR_SIZE);
1197
1198         upsample_5_4(sub_buf, &ctx->samples_up[UPS_FIR_SIZE],
1199                      AMRWB_SFR_SIZE_16k);
1200
1201         /* High frequency band (6.4 - 7.0 kHz) generation part */
1202         ff_acelp_apply_order_2_transfer_function(hb_samples,
1203             &ctx->samples_up[UPS_MEM_SIZE], hpf_zeros, hpf_400_poles,
1204             hpf_400_gain, ctx->hpf_400_mem, AMRWB_SFR_SIZE);
1205
1206         hb_gain = find_hb_gain(ctx, hb_samples,
1207                                cur_subframe->hb_gain, cf->vad);
1208
1209         scaled_hb_excitation(ctx, hb_exc, synth_exc, hb_gain);
1210
1211         hb_synthesis(ctx, sub, &ctx->samples_hb[LP_ORDER_16k],
1212                      hb_exc, ctx->isf_cur, ctx->isf_past_final);
1213
1214         /* High-band post-processing filters */
1215         hb_fir_filter(hb_samples, bpf_6_7_coef, ctx->bpf_6_7_mem,
1216                       &ctx->samples_hb[LP_ORDER_16k]);
1217
1218         if (ctx->fr_cur_mode == MODE_23k85)
1219             hb_fir_filter(hb_samples, lpf_7_coef, ctx->lpf_7_mem,
1220                           hb_samples);
1221
1222         /* Add the low and high frequency bands */
1223         for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE_16k; i++)
1224             sub_buf[i] = (sub_buf[i] + hb_samples[i]) * (1.0f / (1 << 15));
1225
1226         /* Update buffers and history */
1227         update_sub_state(ctx);
1228     }
1229
1230     /* update state for next frame */
1231     memcpy(ctx->isp_sub4_past, ctx->isp[3], LP_ORDER * sizeof(ctx->isp[3][0]));
1232     memcpy(ctx->isf_past_final, ctx->isf_cur, LP_ORDER * sizeof(float));
1233
1234     *got_frame_ptr   = 1;
1235     *(AVFrame *)data = ctx->avframe;
1236
1237     return expected_fr_size;
1238 }
1239
1240 AVCodec ff_amrwb_decoder = {
1241     .name           = "amrwb",
1242     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1243     .id             = CODEC_ID_AMR_WB,
1244     .priv_data_size = sizeof(AMRWBContext),
1245     .init           = amrwb_decode_init,
1246     .decode         = amrwb_decode_frame,
1247     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1,
1248     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Adaptive Multi-Rate WideBand"),
1249     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){AV_SAMPLE_FMT_FLT,AV_SAMPLE_FMT_NONE},
1250 };