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

   1 /*
   2  * Enhanced Variable Rate Codec, Service Option 3 decoder
   3  * Copyright (c) 2013 Paul B Mahol
   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  * Enhanced Variable Rate Codec, Service Option 3 decoder
  25  * @author Paul B Mahol
  26  */
  27
  28 #include "libavutil/mathematics.h"
  29 #include "libavutil/opt.h"
  30 #include "avcodec.h"
  31 #include "internal.h"
  32 #include "get_bits.h"
  33 #include "evrcdata.h"
  34 #include "acelp_vectors.h"
  35 #include "lsp.h"
  36
  37 #define MIN_LSP_SEP (0.05 / (2.0 * M_PI))
  38 #define MIN_DELAY      20
  39 #define MAX_DELAY     120
  40 #define NB_SUBFRAMES    3
  41 #define SUBFRAME_SIZE  54
  42 #define FILTER_ORDER   10
  43 #define ACB_SIZE      128
  44
  45 typedef enum {
  46     RATE_ERRS = -1,
  47     SILENCE,
  48     RATE_QUANT,
  49     RATE_QUARTER,
  50     RATE_HALF,
  51     RATE_FULL,
  52 } evrc_packet_rate;
  53
  54 /**
  55  * EVRC-A unpacked data frame
  56  */
  57 typedef struct EVRCAFrame {
  58     uint8_t  lpc_flag;        ///< spectral change indicator
  59     uint16_t lsp[4];          ///< index into LSP codebook
  60     uint8_t  pitch_delay;     ///< pitch delay for entire frame
  61     uint8_t  delay_diff;      ///< delay difference for entire frame
  62     uint8_t  acb_gain[3];     ///< adaptive codebook gain
  63     uint16_t fcb_shape[3][4]; ///< fixed codebook shape
  64     uint8_t  fcb_gain[3];     ///< fixed codebook gain index
  65     uint8_t  energy_gain;     ///< frame energy gain index
  66     uint8_t  tty;             ///< tty baud rate bit
  67 } EVRCAFrame;
  68
  69 typedef struct EVRCContext {
  70     AVClass *class;
  71
  72     int              postfilter;
  73
  74     GetBitContext    gb;
  75     evrc_packet_rate bitrate;
  76     evrc_packet_rate last_valid_bitrate;
  77     EVRCAFrame       frame;
  78
  79     float            lspf[FILTER_ORDER];
  80     float            prev_lspf[FILTER_ORDER];
  81     float            synthesis[FILTER_ORDER];
  82     float            postfilter_fir[FILTER_ORDER];
  83     float            postfilter_iir[FILTER_ORDER];
  84     float            postfilter_residual[ACB_SIZE + SUBFRAME_SIZE];
  85     float            pitch_delay;
  86     float            prev_pitch_delay;
  87     float            avg_acb_gain;  ///< average adaptive codebook gain
  88     float            avg_fcb_gain;  ///< average fixed codebook gain
  89     float            pitch[ACB_SIZE + FILTER_ORDER + SUBFRAME_SIZE];
  90     float            pitch_back[ACB_SIZE];
  91     float            interpolation_coeffs[136];
  92     float            energy_vector[NB_SUBFRAMES];
  93     float            fade_scale;
  94     float            last;
  95
  96     uint8_t          prev_energy_gain;
  97     uint8_t          prev_error_flag;
  98     uint8_t          warned_buf_mismatch_bitrate;
  99 } EVRCContext;
 100
 101 /**
 102  * Frame unpacking for RATE_FULL, RATE_HALF and RATE_QUANT
 103  *
 104  * @param e the context
 105  *
 106  * TIA/IS-127 Table 4.21-1
 107  */
 108 static void unpack_frame(EVRCContext *e)
 109 {
 110     EVRCAFrame *frame = &e->frame;
 111     GetBitContext *gb = &e->gb;
 112
 113     switch (e->bitrate) {
 114     case RATE_FULL:
 115         frame->lpc_flag        = get_bits1(gb);
 116         frame->lsp[0]          = get_bits(gb,  6);
 117         frame->lsp[1]          = get_bits(gb,  6);
 118         frame->lsp[2]          = get_bits(gb,  9);
 119         frame->lsp[3]          = get_bits(gb,  7);
 120         frame->pitch_delay     = get_bits(gb,  7);
 121         frame->delay_diff      = get_bits(gb,  5);
 122         frame->acb_gain[0]     = get_bits(gb,  3);
 123         frame->fcb_shape[0][0] = get_bits(gb,  8);
 124         frame->fcb_shape[0][1] = get_bits(gb,  8);
 125         frame->fcb_shape[0][2] = get_bits(gb,  8);
 126         frame->fcb_shape[0][3] = get_bits(gb, 11);
 127         frame->fcb_gain[0]     = get_bits(gb,  5);
 128         frame->acb_gain[1]     = get_bits(gb,  3);
 129         frame->fcb_shape[1][0] = get_bits(gb,  8);
 130         frame->fcb_shape[1][1] = get_bits(gb,  8);
 131         frame->fcb_shape[1][2] = get_bits(gb,  8);
 132         frame->fcb_shape[1][3] = get_bits(gb, 11);
 133         frame->fcb_gain    [1] = get_bits(gb,  5);
 134         frame->acb_gain    [2] = get_bits(gb,  3);
 135         frame->fcb_shape[2][0] = get_bits(gb,  8);
 136         frame->fcb_shape[2][1] = get_bits(gb,  8);
 137         frame->fcb_shape[2][2] = get_bits(gb,  8);
 138         frame->fcb_shape[2][3] = get_bits(gb, 11);
 139         frame->fcb_gain    [2] = get_bits(gb,  5);
 140         frame->tty             = get_bits1(gb);
 141         break;
 142     case RATE_HALF:
 143         frame->lsp         [0] = get_bits(gb,  7);
 144         frame->lsp         [1] = get_bits(gb,  7);
 145         frame->lsp         [2] = get_bits(gb,  8);
 146         frame->pitch_delay     = get_bits(gb,  7);
 147         frame->acb_gain    [0] = get_bits(gb,  3);
 148         frame->fcb_shape[0][0] = get_bits(gb, 10);
 149         frame->fcb_gain    [0] = get_bits(gb,  4);
 150         frame->acb_gain    [1] = get_bits(gb,  3);
 151         frame->fcb_shape[1][0] = get_bits(gb, 10);
 152         frame->fcb_gain    [1] = get_bits(gb,  4);
 153         frame->acb_gain    [2] = get_bits(gb,  3);
 154         frame->fcb_shape[2][0] = get_bits(gb, 10);
 155         frame->fcb_gain    [2] = get_bits(gb,  4);
 156         break;
 157     case RATE_QUANT:
 158         frame->lsp         [0] = get_bits(gb, 4);
 159         frame->lsp         [1] = get_bits(gb, 4);
 160         frame->energy_gain     = get_bits(gb, 8);
 161         break;
 162     }
 163 }
 164
 165 static evrc_packet_rate buf_size2bitrate(const int buf_size)
 166 {
 167     switch (buf_size) {
 168     case 23: return RATE_FULL;
 169     case 11: return RATE_HALF;
 170     case  6: return RATE_QUARTER;
 171     case  3: return RATE_QUANT;
 172     case  1: return SILENCE;
 173     }
 174
 175     return RATE_ERRS;
 176 }
 177
 178 /**
 179  * Determine the bitrate from the frame size and/or the first byte of the frame.
 180  *
 181  * @param avctx the AV codec context
 182  * @param buf_size length of the buffer
 183  * @param buf the bufffer
 184  *
 185  * @return the bitrate on success,
 186  *         RATE_ERRS  if the bitrate cannot be satisfactorily determined
 187  */
 188 static evrc_packet_rate determine_bitrate(AVCodecContext *avctx,
 189                                           int *buf_size,
 190                                           const uint8_t **buf)
 191 {
 192     evrc_packet_rate bitrate;
 193
 194     if ((bitrate = buf_size2bitrate(*buf_size)) >= 0) {
 195         if (bitrate > **buf) {
 196             EVRCContext *e = avctx->priv_data;
 197             if (!e->warned_buf_mismatch_bitrate) {
 198                 av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
 199                        "Claimed bitrate and buffer size mismatch.\n");
 200                 e->warned_buf_mismatch_bitrate = 1;
 201             }
 202             bitrate = **buf;
 203         } else if (bitrate < **buf) {
 204             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 205                    "Buffer is too small for the claimed bitrate.\n");
 206             return RATE_ERRS;
 207         }
 208         (*buf)++;
 209         *buf_size -= 1;
 210     } else if ((bitrate = buf_size2bitrate(*buf_size + 1)) >= 0) {
 211         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG,
 212                "Bitrate byte is missing, guessing the bitrate from packet size.\n");
 213     } else
 214         return RATE_ERRS;
 215
 216     return bitrate;
 217 }
 218
 219 static void warn_insufficient_frame_quality(AVCodecContext *avctx,
 220                                             const char *message)
 221 {
 222     av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "Frame #%d, %s\n",
 223            avctx->frame_number, message);
 224 }
 225
 226 /**
 227  * Initialize the speech codec according to the specification.
 228  *
 229  * TIA/IS-127 5.2
 230  */
 231 static av_cold int evrc_decode_init(AVCodecContext *avctx)
 232 {
 233     EVRCContext *e = avctx->priv_data;
 234     int i, n, idx = 0;
 235     float denom = 2.0 / (2.0 * 8.0 + 1.0);
 236
 237     avctx->channels       = 1;
 238     avctx->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_MONO;
 239     avctx->sample_fmt     = AV_SAMPLE_FMT_FLT;
 240
 241     for (i = 0; i < FILTER_ORDER; i++) {
 242         e->prev_lspf[i] = (i + 1) * 0.048;
 243         e->synthesis[i] = 0.0;
 244     }
 245
 246     for (i = 0; i < ACB_SIZE; i++)
 247         e->pitch[i] = e->pitch_back[i] = 0.0;
 248
 249     e->last_valid_bitrate = RATE_QUANT;
 250     e->prev_pitch_delay   = 40.0;
 251     e->fade_scale         = 1.0;
 252     e->prev_error_flag    = 0;
 253     e->avg_acb_gain = e->avg_fcb_gain = 0.0;
 254
 255     for (i = 0; i < 8; i++) {
 256         float tt = ((float)i - 8.0 / 2.0) / 8.0;
 257
 258         for (n = -8; n <= 8; n++, idx++) {
 259             float arg1 = M_PI * 0.9 * (tt - n);
 260             float arg2 = M_PI * (tt - n);
 261
 262             e->interpolation_coeffs[idx] = 0.9;
 263             if (arg1)
 264                 e->interpolation_coeffs[idx] *= (0.54 + 0.46 * cos(arg2 * denom)) *
 265                                                  sin(arg1) / arg1;
 266         }
 267     }
 268
 269     return 0;
 270 }
 271
 272 /**
 273  * Decode the 10 vector quantized line spectral pair frequencies from the LSP
 274  * transmission codes of any bitrate and check for badly received packets.
 275  *
 276  * @param e the context
 277  *
 278  * @return 0 on success, -1 if the packet is badly received
 279  *
 280  * TIA/IS-127 5.2.1, 5.7.1
 281  */
 282 static int decode_lspf(EVRCContext *e)
 283 {
 284     const float * const *codebooks = evrc_lspq_codebooks[e->bitrate];
 285     int i, j, k = 0;
 286
 287     for (i = 0; i < evrc_lspq_nb_codebooks[e->bitrate]; i++) {
 288         int row_size = evrc_lspq_codebooks_row_sizes[e->bitrate][i];
 289         const float *codebook = codebooks[i];
 290
 291         for (j = 0; j < row_size; j++)
 292             e->lspf[k++] = codebook[e->frame.lsp[i] * row_size + j];
 293     }
 294
 295     // check for monotonic LSPs
 296     for (i = 1; i < FILTER_ORDER; i++)
 297         if (e->lspf[i] <= e->lspf[i - 1])
 298             return -1;
 299
 300     // check for minimum separation of LSPs at the splits
 301     for (i = 0, k = 0; i < evrc_lspq_nb_codebooks[e->bitrate] - 1; i++) {
 302         k += evrc_lspq_codebooks_row_sizes[e->bitrate][i];
 303         if (e->lspf[k] - e->lspf[k - 1] <= MIN_LSP_SEP)
 304             return -1;
 305     }
 306
 307     return 0;
 308 }
 309
 310 /*
 311  * Interpolation of LSP parameters.
 312  *
 313  * TIA/IS-127 5.2.3.1, 5.7.3.2
 314  */
 315 static void interpolate_lsp(float *ilsp, const float *lsp,
 316                             const float *prev, int index)
 317 {
 318     static const float lsp_interpolation_factors[] = { 0.1667, 0.5, 0.8333 };
 319     ff_weighted_vector_sumf(ilsp, prev, lsp,
 320                             1.0 - lsp_interpolation_factors[index],
 321                             lsp_interpolation_factors[index], FILTER_ORDER);
 322 }
 323
 324 /*
 325  * Reconstruction of the delay contour.
 326  *
 327  * TIA/IS-127 5.2.2.3.2
 328  */
 329 static void interpolate_delay(float *dst, float current, float prev, int index)
 330 {
 331     static const float d_interpolation_factors[] = { 0, 0.3313, 0.6625, 1, 1 };
 332     dst[0] = (1.0 - d_interpolation_factors[index    ]) * prev
 333                   + d_interpolation_factors[index    ]  * current;
 334     dst[1] = (1.0 - d_interpolation_factors[index + 1]) * prev
 335                   + d_interpolation_factors[index + 1]  * current;
 336     dst[2] = (1.0 - d_interpolation_factors[index + 2]) * prev
 337                   + d_interpolation_factors[index + 2]  * current;
 338 }
 339
 340 /*
 341  * Convert the quantized, interpolated line spectral frequencies,
 342  * to prediction coefficients.
 343  *
 344  * TIA/IS-127 5.2.3.2, 4.7.2.2
 345  */
 346 static void decode_predictor_coeffs(const float *ilspf, float *ilpc)
 347 {
 348     double lsp[FILTER_ORDER];
 349     float a[FILTER_ORDER / 2 + 1], b[FILTER_ORDER / 2 + 1];
 350     float a1[FILTER_ORDER / 2] = { 0 };
 351     float a2[FILTER_ORDER / 2] = { 0 };
 352     float b1[FILTER_ORDER / 2] = { 0 };
 353     float b2[FILTER_ORDER / 2] = { 0 };
 354     int i, k;
 355
 356     ff_acelp_lsf2lspd(lsp, ilspf, FILTER_ORDER);
 357
 358     for (k = 0; k <= FILTER_ORDER; k++) {
 359         a[0] = k < 2 ? 0.25 : 0;
 360         b[0] = k < 2 ? k < 1 ? 0.25 : -0.25 : 0;
 361
 362         for (i = 0; i < FILTER_ORDER / 2; i++) {
 363             a[i + 1] = a[i] - 2 * lsp[i * 2    ] * a1[i] + a2[i];
 364             b[i + 1] = b[i] - 2 * lsp[i * 2 + 1] * b1[i] + b2[i];
 365             a2[i] = a1[i];
 366             a1[i] = a[i];
 367             b2[i] = b1[i];
 368             b1[i] = b[i];
 369         }
 370
 371         if (k)
 372             ilpc[k - 1] = 2.0 * (a[FILTER_ORDER / 2] + b[FILTER_ORDER / 2]);
 373     }
 374 }
 375
 376 static void bl_intrp(EVRCContext *e, float *ex, float delay)
 377 {
 378     float *f;
 379     int offset, i, coef_idx;
 380     int16_t t;
 381
 382     offset = lrintf(delay);
 383
 384     t = (offset - delay + 0.5) * 8.0 + 0.5;
 385     if (t == 8) {
 386         t = 0;
 387         offset--;
 388     }
 389
 390     f = ex - offset - 8;
 391
 392     coef_idx = t * (2 * 8 + 1);
 393
 394     ex[0] = 0.0;
 395     for (i = 0; i < 2 * 8 + 1; i++)
 396         ex[0] += e->interpolation_coeffs[coef_idx + i] * f[i];
 397 }
 398
 399 /*
 400  * Adaptive codebook excitation.
 401  *
 402  * TIA/IS-127 5.2.2.3.3, 4.12.5.2
 403  */
 404 static void acb_excitation(EVRCContext *e, float *excitation, float gain,
 405                            const float delay[3], int length)
 406 {
 407     float denom, locdelay, dpr, invl;
 408     int i;
 409
 410     invl = 1.0 / ((float) length);
 411     dpr = length;
 412
 413     /* first at-most extra samples */
 414     denom = (delay[1] - delay[0]) * invl;
 415     for (i = 0; i < dpr; i++) {
 416         locdelay = delay[0] + i * denom;
 417         bl_intrp(e, excitation + i, locdelay);
 418     }
 419
 420     denom = (delay[2] - delay[1]) * invl;
 421     /* interpolation */
 422     for (i = dpr; i < dpr + 10; i++) {
 423         locdelay = delay[1] + (i - dpr) * denom;
 424         bl_intrp(e, excitation + i, locdelay);
 425     }
 426
 427     for (i = 0; i < length; i++)
 428         excitation[i] *= gain;
 429 }
 430
 431 static void decode_8_pulses_35bits(const uint16_t *fixed_index, float *cod)
 432 {
 433     int i, pos1, pos2, offset;
 434
 435     offset = (fixed_index[3] >> 9) & 3;
 436
 437     for (i = 0; i < 3; i++) {
 438         pos1 = ((fixed_index[i] & 0x7f) / 11) * 5 + ((i + offset) % 5);
 439         pos2 = ((fixed_index[i] & 0x7f) % 11) * 5 + ((i + offset) % 5);
 440
 441         cod[pos1] = (fixed_index[i] & 0x80) ? -1.0 : 1.0;
 442
 443         if (pos2 < pos1)
 444             cod[pos2]  = -cod[pos1];
 445         else
 446             cod[pos2] +=  cod[pos1];
 447     }
 448
 449     pos1 = ((fixed_index[3] & 0x7f) / 11) * 5 + ((3 + offset) % 5);
 450     pos2 = ((fixed_index[3] & 0x7f) % 11) * 5 + ((4 + offset) % 5);
 451
 452     cod[pos1] = (fixed_index[3] & 0x100) ? -1.0 : 1.0;
 453     cod[pos2] = (fixed_index[3] & 0x80 ) ? -1.0 : 1.0;
 454 }
 455
 456 static void decode_3_pulses_10bits(uint16_t fixed_index, float *cod)
 457 {
 458     float sign;
 459     int pos;
 460
 461     sign = (fixed_index & 0x200) ? -1.0 : 1.0;
 462
 463     pos = ((fixed_index        & 0x7) * 7) + 4;
 464     cod[pos] += sign;
 465     pos = (((fixed_index >> 3) & 0x7) * 7) + 2;
 466     cod[pos] -= sign;
 467     pos = (((fixed_index >> 6) & 0x7) * 7);
 468     cod[pos] += sign;
 469 }
 470
 471 /*
 472  * Reconstruction of ACELP fixed codebook excitation for full and half rate.
 473  *
 474  * TIA/IS-127 5.2.3.7
 475  */
 476 static void fcb_excitation(EVRCContext *e, const uint16_t *codebook,
 477                            float *excitation, float pitch_gain,
 478                            int pitch_lag, int subframe_size)
 479 {
 480     int i;
 481
 482     if (e->bitrate == RATE_FULL)
 483         decode_8_pulses_35bits(codebook, excitation);
 484     else
 485         decode_3_pulses_10bits(*codebook, excitation);
 486
 487     pitch_gain = av_clipf(pitch_gain, 0.2, 0.9);
 488
 489     for (i = pitch_lag; i < subframe_size; i++)
 490         excitation[i] += pitch_gain * excitation[i - pitch_lag];
 491 }
 492
 493 /**
 494  * Synthesis of the decoder output signal.
 495  *
 496  * param[in]     in              input signal
 497  * param[in]     filter_coeffs   LPC coefficients
 498  * param[in/out] memory          synthesis filter memory
 499  * param         buffer_length   amount of data to process
 500  * param[out]    samples         output samples
 501  *
 502  * TIA/IS-127 5.2.3.15, 5.7.3.4
 503  */
 504 static void synthesis_filter(const float *in, const float *filter_coeffs,
 505                              float *memory, int buffer_length, float *samples)
 506 {
 507     int i, j;
 508
 509     for (i = 0; i < buffer_length; i++) {
 510         samples[i] = in[i];
 511         for (j = FILTER_ORDER - 1; j > 0; j--) {
 512             samples[i] -= filter_coeffs[j] * memory[j];
 513             memory[j]   = memory[j - 1];
 514         }
 515         samples[i] -= filter_coeffs[0] * memory[0];
 516         memory[0]   = samples[i];
 517     }
 518 }
 519
 520 static void bandwidth_expansion(float *coeff, const float *inbuf, float gamma)
 521 {
 522     double fac = gamma;
 523     int i;
 524
 525     for (i = 0; i < FILTER_ORDER; i++) {
 526         coeff[i] = inbuf[i] * fac;
 527         fac *= gamma;
 528     }
 529 }
 530
 531 static void residual_filter(float *output, const float *input,
 532                             const float *coef, float *memory, int length)
 533 {
 534     float sum;
 535     int i, j;
 536
 537     for (i = 0; i < length; i++) {
 538         sum = input[i];
 539
 540         for (j = FILTER_ORDER - 1; j > 0; j--) {
 541             sum      += coef[j] * memory[j];
 542             memory[j] = memory[j - 1];
 543         }
 544         sum += coef[0] * memory[0];
 545         memory[0] = input[i];
 546         output[i] = sum;
 547     }
 548 }
 549
 550 /*
 551  * TIA/IS-127 Table 5.9.1-1.
 552  */
 553 static const struct PfCoeff {
 554     float tilt;
 555     float ltgain;
 556     float p1;
 557     float p2;
 558 } postfilter_coeffs[5] = {
 559     { 0.0 , 0.0 , 0.0 , 0.0  },
 560     { 0.0 , 0.0 , 0.57, 0.57 },
 561     { 0.0 , 0.0 , 0.0 , 0.0  },
 562     { 0.35, 0.50, 0.50, 0.75 },
 563     { 0.20, 0.50, 0.57, 0.75 },
 564 };
 565
 566 /*
 567  * Adaptive postfilter.
 568  *
 569  * TIA/IS-127 5.9
 570  */
 571 static void postfilter(EVRCContext *e, float *in, const float *coeff,
 572                        float *out, int idx, const struct PfCoeff *pfc,
 573                        int length)
 574 {
 575     float wcoef1[FILTER_ORDER], wcoef2[FILTER_ORDER],
 576           scratch[SUBFRAME_SIZE], temp[SUBFRAME_SIZE],
 577           mem[SUBFRAME_SIZE];
 578     float sum1 = 0.0, sum2 = 0.0, gamma, gain;
 579     float tilt = pfc->tilt;
 580     int i, n, best;
 581
 582     bandwidth_expansion(wcoef1, coeff, pfc->p1);
 583     bandwidth_expansion(wcoef2, coeff, pfc->p2);
 584
 585     /* Tilt compensation filter, TIA/IS-127 5.9.1 */
 586     for (i = 0; i < length - 1; i++)
 587         sum2 += in[i] * in[i + 1];
 588     if (sum2 < 0.0)
 589         tilt = 0.0;
 590
 591     for (i = 0; i < length; i++) {
 592         scratch[i] = in[i] - tilt * e->last;
 593         e->last = in[i];
 594     }
 595
 596     /* Short term residual filter, TIA/IS-127 5.9.2 */
 597     residual_filter(&e->postfilter_residual[ACB_SIZE], scratch, wcoef1, e->postfilter_fir, length);
 598
 599     /* Long term postfilter */
 600     best = idx;
 601     for (i = FFMIN(MIN_DELAY, idx - 3); i <= FFMAX(MAX_DELAY, idx + 3); i++) {
 602         for (n = ACB_SIZE, sum2 = 0; n < ACB_SIZE + length; n++)
 603             sum2 += e->postfilter_residual[n] * e->postfilter_residual[n - i];
 604         if (sum2 > sum1) {
 605             sum1 = sum2;
 606             best = i;
 607         }
 608     }
 609
 610     for (i = ACB_SIZE, sum1 = 0; i < ACB_SIZE + length; i++)
 611         sum1 += e->postfilter_residual[i - best] * e->postfilter_residual[i - best];
 612     for (i = ACB_SIZE, sum2 = 0; i < ACB_SIZE + length; i++)
 613         sum2 += e->postfilter_residual[i] * e->postfilter_residual[i - best];
 614
 615     if (sum2 * sum1 == 0 || e->bitrate == RATE_QUANT) {
 616         memcpy(temp, e->postfilter_residual + ACB_SIZE, length * sizeof(float));
 617     } else {
 618         gamma = sum2 / sum1;
 619         if (gamma < 0.5)
 620             memcpy(temp, e->postfilter_residual + ACB_SIZE, length * sizeof(float));
 621         else {
 622             gamma = FFMIN(gamma, 1.0);
 623
 624             for (i = 0; i < length; i++) {
 625                 temp[i] = e->postfilter_residual[ACB_SIZE + i] + gamma *
 626                     pfc->ltgain * e->postfilter_residual[ACB_SIZE + i - best];
 627             }
 628         }
 629     }
 630
 631     memcpy(scratch, temp, length * sizeof(float));
 632     memcpy(mem, e->postfilter_iir, FILTER_ORDER * sizeof(float));
 633     synthesis_filter(scratch, wcoef2, mem, length, scratch);
 634
 635     /* Gain computation, TIA/IS-127 5.9.4-2 */
 636     for (i = 0, sum1 = 0, sum2 = 0; i < length; i++) {
 637         sum1 += in[i] * in[i];
 638         sum2 += scratch[i] * scratch[i];
 639     }
 640     gain = sum2 ? sqrt(sum1 / sum2) : 1.0;
 641
 642     for (i = 0; i < length; i++)
 643         temp[i] *= gain;
 644
 645     /* Short term postfilter */
 646     synthesis_filter(temp, wcoef2, e->postfilter_iir, length, out);
 647
 648     memmove(e->postfilter_residual,
 649            e->postfilter_residual + length, ACB_SIZE * sizeof(float));
 650 }
 651
 652 static void frame_erasure(EVRCContext *e, float *samples)
 653 {
 654     float ilspf[FILTER_ORDER], ilpc[FILTER_ORDER], idelay[NB_SUBFRAMES],
 655           tmp[SUBFRAME_SIZE + 6], f;
 656     int i, j;
 657
 658     for (i = 0; i < FILTER_ORDER; i++) {
 659         if (e->bitrate != RATE_QUANT)
 660             e->lspf[i] = e->prev_lspf[i] * 0.875 + 0.125 * (i + 1) * 0.048;
 661         else
 662             e->lspf[i] = e->prev_lspf[i];
 663     }
 664
 665     if (e->prev_error_flag)
 666         e->avg_acb_gain *= 0.75;
 667     if (e->bitrate == RATE_FULL)
 668         memcpy(e->pitch_back, e->pitch, ACB_SIZE * sizeof(float));
 669     if (e->last_valid_bitrate == RATE_QUANT)
 670         e->bitrate = RATE_QUANT;
 671     else
 672         e->bitrate = RATE_FULL;
 673
 674     if (e->bitrate == RATE_FULL || e->bitrate == RATE_HALF) {
 675         e->pitch_delay = e->prev_pitch_delay;
 676     } else {
 677         float sum = 0;
 678
 679         idelay[0] = idelay[1] = idelay[2] = MIN_DELAY;
 680
 681         for (i = 0; i < NB_SUBFRAMES; i++)
 682             sum += evrc_energy_quant[e->prev_energy_gain][i];
 683         sum /= (float) NB_SUBFRAMES;
 684         sum  = pow(10, sum);
 685         for (i = 0; i < NB_SUBFRAMES; i++)
 686             e->energy_vector[i] = sum;
 687     }
 688
 689     if (fabs(e->pitch_delay - e->prev_pitch_delay) > 15)
 690         e->prev_pitch_delay = e->pitch_delay;
 691
 692     for (i = 0; i < NB_SUBFRAMES; i++) {
 693         int subframe_size = subframe_sizes[i];
 694         int pitch_lag;
 695
 696         interpolate_lsp(ilspf, e->lspf, e->prev_lspf, i);
 697
 698         if (e->bitrate != RATE_QUANT) {
 699             if (e->avg_acb_gain < 0.3) {
 700                 idelay[0] = estimation_delay[i];
 701                 idelay[1] = estimation_delay[i + 1];
 702                 idelay[2] = estimation_delay[i + 2];
 703             } else {
 704                 interpolate_delay(idelay, e->pitch_delay, e->prev_pitch_delay, i);
 705             }
 706         }
 707
 708         pitch_lag = lrintf((idelay[1] + idelay[0]) / 2.0);
 709         decode_predictor_coeffs(ilspf, ilpc);
 710
 711         if (e->bitrate != RATE_QUANT) {
 712             acb_excitation(e, e->pitch + ACB_SIZE,
 713                            e->avg_acb_gain, idelay, subframe_size);
 714             for (j = 0; j < subframe_size; j++)
 715                 e->pitch[ACB_SIZE + j] *= e->fade_scale;
 716             e->fade_scale = FFMAX(e->fade_scale - 0.05, 0.0);
 717         } else {
 718             for (j = 0; j < subframe_size; j++)
 719                 e->pitch[ACB_SIZE + j] = e->energy_vector[i];
 720         }
 721
 722         memmove(e->pitch, e->pitch + subframe_size, ACB_SIZE * sizeof(float));
 723
 724         if (e->bitrate != RATE_QUANT && e->avg_acb_gain < 0.4) {
 725             f = 0.1 * e->avg_fcb_gain;
 726             for (j = 0; j < subframe_size; j++)
 727                 e->pitch[ACB_SIZE + j] += f;
 728         } else if (e->bitrate == RATE_QUANT) {
 729             for (j = 0; j < subframe_size; j++)
 730                 e->pitch[ACB_SIZE + j] = e->energy_vector[i];
 731         }
 732
 733         synthesis_filter(e->pitch + ACB_SIZE, ilpc,
 734                          e->synthesis, subframe_size, tmp);
 735         postfilter(e, tmp, ilpc, samples, pitch_lag,
 736                    &postfilter_coeffs[e->bitrate], subframe_size);
 737
 738         samples += subframe_size;
 739     }
 740 }
 741
 742 static int evrc_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 743                              int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 744 {
 745     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 746     AVFrame *frame     = data;
 747     EVRCContext *e     = avctx->priv_data;
 748     int buf_size       = avpkt->size;
 749     float ilspf[FILTER_ORDER], ilpc[FILTER_ORDER], idelay[NB_SUBFRAMES];
 750     float *samples;
 751     int   i, j, ret, error_flag = 0;
 752
 753     frame->nb_samples = 160;
 754     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
 755         return ret;
 756     samples = (float *)frame->data[0];
 757
 758     if ((e->bitrate = determine_bitrate(avctx, &buf_size, &buf)) == RATE_ERRS) {
 759         warn_insufficient_frame_quality(avctx, "bitrate cannot be determined.");
 760         goto erasure;
 761     }
 762     if (e->bitrate <= SILENCE || e->bitrate == RATE_QUARTER)
 763         goto erasure;
 764     if (e->bitrate == RATE_QUANT && e->last_valid_bitrate == RATE_FULL
 765                                  && !e->prev_error_flag)
 766         goto erasure;
 767
 768     if ((ret = init_get_bits8(&e->gb, buf, buf_size)) < 0)
 769         return ret;
 770     memset(&e->frame, 0, sizeof(EVRCAFrame));
 771
 772     unpack_frame(e);
 773
 774     if (e->bitrate != RATE_QUANT) {
 775         uint8_t *p = (uint8_t *) &e->frame;
 776         for (i = 0; i < sizeof(EVRCAFrame); i++) {
 777             if (p[i])
 778                 break;
 779         }
 780         if (i == sizeof(EVRCAFrame))
 781             goto erasure;
 782     } else if (e->frame.lsp[0] == 0xf &&
 783                e->frame.lsp[1] == 0xf &&
 784                e->frame.energy_gain == 0xff) {
 785         goto erasure;
 786     }
 787
 788     if (decode_lspf(e) < 0)
 789         goto erasure;
 790
 791     if (e->bitrate == RATE_FULL || e->bitrate == RATE_HALF) {
 792         /* Pitch delay parameter checking as per TIA/IS-127 5.1.5.1 */
 793         if (e->frame.pitch_delay > MAX_DELAY - MIN_DELAY)
 794             goto erasure;
 795
 796         e->pitch_delay = e->frame.pitch_delay + MIN_DELAY;
 797
 798         /* Delay diff parameter checking as per TIA/IS-127 5.1.5.2 */
 799         if (e->frame.delay_diff) {
 800             int p = e->pitch_delay - e->frame.delay_diff + 16;
 801             if (p < MIN_DELAY || p > MAX_DELAY)
 802                 goto erasure;
 803         }
 804
 805         /* Delay contour reconstruction as per TIA/IS-127 5.2.2.2 */
 806         if (e->frame.delay_diff &&
 807             e->bitrate == RATE_FULL && e->prev_error_flag) {
 808             float delay;
 809
 810             memcpy(e->pitch, e->pitch_back, ACB_SIZE * sizeof(float));
 811
 812             delay = e->prev_pitch_delay;
 813             e->prev_pitch_delay = delay - e->frame.delay_diff + 16.0;
 814
 815             if (fabs(e->pitch_delay - delay) > 15)
 816                 delay = e->pitch_delay;
 817
 818             for (i = 0; i < NB_SUBFRAMES; i++) {
 819                 int subframe_size = subframe_sizes[i];
 820
 821                 interpolate_delay(idelay, delay, e->prev_pitch_delay, i);
 822                 acb_excitation(e, e->pitch + ACB_SIZE, e->avg_acb_gain, idelay, subframe_size);
 823                 memmove(e->pitch, e->pitch + subframe_size, ACB_SIZE * sizeof(float));
 824             }
 825         }
 826
 827         /* Smoothing of the decoded delay as per TIA/IS-127 5.2.2.5 */
 828         if (fabs(e->pitch_delay - e->prev_pitch_delay) > 15)
 829             e->prev_pitch_delay = e->pitch_delay;
 830
 831         e->avg_acb_gain = e->avg_fcb_gain = 0.0;
 832     } else {
 833         idelay[0] = idelay[1] = idelay[2] = MIN_DELAY;
 834
 835         /* Decode frame energy vectors as per TIA/IS-127 5.7.2 */
 836         for (i = 0; i < NB_SUBFRAMES; i++)
 837             e->energy_vector[i] = pow(10, evrc_energy_quant[e->frame.energy_gain][i]);
 838         e->prev_energy_gain = e->frame.energy_gain;
 839     }
 840
 841     for (i = 0; i < NB_SUBFRAMES; i++) {
 842         float tmp[SUBFRAME_SIZE + 6] = { 0 };
 843         int subframe_size = subframe_sizes[i];
 844         int pitch_lag;
 845
 846         interpolate_lsp(ilspf, e->lspf, e->prev_lspf, i);
 847
 848         if (e->bitrate != RATE_QUANT)
 849             interpolate_delay(idelay, e->pitch_delay, e->prev_pitch_delay, i);
 850
 851         pitch_lag = lrintf((idelay[1] + idelay[0]) / 2.0);
 852         decode_predictor_coeffs(ilspf, ilpc);
 853
 854         /* Bandwidth expansion as per TIA/IS-127 5.2.3.3 */
 855         if (e->frame.lpc_flag && e->prev_error_flag)
 856             bandwidth_expansion(ilpc, ilpc, 0.75);
 857
 858         if (e->bitrate != RATE_QUANT) {
 859             float acb_sum, f;
 860
 861             f = exp((e->bitrate == RATE_HALF ? 0.5 : 0.25)
 862                          * (e->frame.fcb_gain[i] + 1));
 863             acb_sum = pitch_gain_vq[e->frame.acb_gain[i]];
 864             e->avg_acb_gain += acb_sum / NB_SUBFRAMES;
 865             e->avg_fcb_gain += f / NB_SUBFRAMES;
 866
 867             acb_excitation(e, e->pitch + ACB_SIZE,
 868                            acb_sum, idelay, subframe_size);
 869             fcb_excitation(e, e->frame.fcb_shape[i], tmp,
 870                            acb_sum, pitch_lag, subframe_size);
 871
 872             /* Total excitation generation as per TIA/IS-127 5.2.3.9 */
 873             for (j = 0; j < subframe_size; j++)
 874                 e->pitch[ACB_SIZE + j] += f * tmp[j];
 875             e->fade_scale = FFMIN(e->fade_scale + 0.2, 1.0);
 876         } else {
 877             for (j = 0; j < subframe_size; j++)
 878                 e->pitch[ACB_SIZE + j] = e->energy_vector[i];
 879         }
 880
 881         memmove(e->pitch, e->pitch + subframe_size, ACB_SIZE * sizeof(float));
 882
 883         synthesis_filter(e->pitch + ACB_SIZE, ilpc,
 884                          e->synthesis, subframe_size,
 885                          e->postfilter ? tmp : samples);
 886         if (e->postfilter)
 887             postfilter(e, tmp, ilpc, samples, pitch_lag,
 888                        &postfilter_coeffs[e->bitrate], subframe_size);
 889
 890         samples += subframe_size;
 891     }
 892
 893     if (error_flag) {
 894 erasure:
 895         error_flag = 1;
 896         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "frame erasure\n");
 897         frame_erasure(e, samples);
 898     }
 899
 900     memcpy(e->prev_lspf, e->lspf, sizeof(e->prev_lspf));
 901     e->prev_error_flag    = error_flag;
 902     e->last_valid_bitrate = e->bitrate;
 903
 904     if (e->bitrate != RATE_QUANT)
 905         e->prev_pitch_delay = e->pitch_delay;
 906
 907     samples = (float *)frame->data[0];
 908     for (i = 0; i < 160; i++)
 909         samples[i] /= 32768;
 910
 911     *got_frame_ptr   = 1;
 912
 913     return avpkt->size;
 914 }
 915
 916 #define OFFSET(x) offsetof(EVRCContext, x)
 917 #define AD AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM | AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM
 918
 919 static const AVOption options[] = {
 920     { "postfilter", "enable postfilter", OFFSET(postfilter), AV_OPT_TYPE_BOOL, {.i64 = 1}, 0, 1, AD },
 921     { NULL }
 922 };
 923
 924 static const AVClass evrcdec_class = {
 925     .class_name = "evrc",
 926     .item_name  = av_default_item_name,
 927     .option     = options,
 928     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
 929 };
 930
 931 AVCodec ff_evrc_decoder = {
 932     .name           = "evrc",
 933     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("EVRC (Enhanced Variable Rate Codec)"),
 934     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 935     .id             = AV_CODEC_ID_EVRC,
 936     .init           = evrc_decode_init,
 937     .decode         = evrc_decode_frame,
 938     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DR1,
 939     .priv_data_size = sizeof(EVRCContext),
 940     .priv_class     = &evrcdec_class,
 941 };