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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2012 Andrew D'Addesio
   3  * Copyright (c) 2013-2014 Mozilla Corporation
   4  * Copyright (c) 2016 Rostislav Pehlivanov <atomnuker@gmail.com>
   5  *
   6  * This file is part of FFmpeg.
   7  *
   8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  10  * License as published by the Free Software Foundation; either
  11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * Lesser General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  21  */
  22
  23 /**
  24  * @file
  25  * Opus CELT decoder
  26  */
  27
  28 #include "opus_celt.h"
  29 #include "opustab.h"
  30 #include "opus_pvq.h"
  31
  32 /* Use the 2D z-transform to apply prediction in both the time domain (alpha)
  33  * and the frequency domain (beta) */
  34 static void celt_decode_coarse_energy(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc)
  35 {
  36     int i, j;
  37     float prev[2] = { 0 };
  38     float alpha = ff_celt_alpha_coef[f->size];
  39     float beta  = ff_celt_beta_coef[f->size];
  40     const uint8_t *model = ff_celt_coarse_energy_dist[f->size][0];
  41
  42     /* intra frame */
  43     if (opus_rc_tell(rc) + 3 <= f->framebits && ff_opus_rc_dec_log(rc, 3)) {
  44         alpha = 0.0f;
  45         beta  = 1.0f - (4915.0f/32768.0f);
  46         model = ff_celt_coarse_energy_dist[f->size][1];
  47     }
  48
  49     for (i = 0; i < CELT_MAX_BANDS; i++) {
  50         for (j = 0; j < f->channels; j++) {
  51             CeltBlock *block = &f->block[j];
  52             float value;
  53             int available;
  54
  55             if (i < f->start_band || i >= f->end_band) {
  56                 block->energy[i] = 0.0;
  57                 continue;
  58             }
  59
  60             available = f->framebits - opus_rc_tell(rc);
  61             if (available >= 15) {
  62                 /* decode using a Laplace distribution */
  63                 int k = FFMIN(i, 20) << 1;
  64                 value = ff_opus_rc_dec_laplace(rc, model[k] << 7, model[k+1] << 6);
  65             } else if (available >= 2) {
  66                 int x = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_celt_model_energy_small);
  67                 value = (x>>1) ^ -(x&1);
  68             } else if (available >= 1) {
  69                 value = -(float)ff_opus_rc_dec_log(rc, 1);
  70             } else value = -1;
  71
  72             block->energy[i] = FFMAX(-9.0f, block->energy[i]) * alpha + prev[j] + value;
  73             prev[j] += beta * value;
  74         }
  75     }
  76 }
  77
  78 static void celt_decode_fine_energy(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc)
  79 {
  80     int i;
  81     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
  82         int j;
  83         if (!f->fine_bits[i])
  84             continue;
  85
  86         for (j = 0; j < f->channels; j++) {
  87             CeltBlock *block = &f->block[j];
  88             int q2;
  89             float offset;
  90             q2 = ff_opus_rc_get_raw(rc, f->fine_bits[i]);
  91             offset = (q2 + 0.5f) * (1 << (14 - f->fine_bits[i])) / 16384.0f - 0.5f;
  92             block->energy[i] += offset;
  93         }
  94     }
  95 }
  96
  97 static void celt_decode_final_energy(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc)
  98 {
  99     int priority, i, j;
 100     int bits_left = f->framebits - opus_rc_tell(rc);
 101
 102     for (priority = 0; priority < 2; priority++) {
 103         for (i = f->start_band; i < f->end_band && bits_left >= f->channels; i++) {
 104             if (f->fine_priority[i] != priority || f->fine_bits[i] >= CELT_MAX_FINE_BITS)
 105                 continue;
 106
 107             for (j = 0; j < f->channels; j++) {
 108                 int q2;
 109                 float offset;
 110                 q2 = ff_opus_rc_get_raw(rc, 1);
 111                 offset = (q2 - 0.5f) * (1 << (14 - f->fine_bits[i] - 1)) / 16384.0f;
 112                 f->block[j].energy[i] += offset;
 113                 bits_left--;
 114             }
 115         }
 116     }
 117 }
 118
 119 static void celt_decode_tf_changes(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc)
 120 {
 121     int i, diff = 0, tf_select = 0, tf_changed = 0, tf_select_bit;
 122     int consumed, bits = f->transient ? 2 : 4;
 123
 124     consumed = opus_rc_tell(rc);
 125     tf_select_bit = (f->size != 0 && consumed+bits+1 <= f->framebits);
 126
 127     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
 128         if (consumed+bits+tf_select_bit <= f->framebits) {
 129             diff ^= ff_opus_rc_dec_log(rc, bits);
 130             consumed = opus_rc_tell(rc);
 131             tf_changed |= diff;
 132         }
 133         f->tf_change[i] = diff;
 134         bits = f->transient ? 4 : 5;
 135     }
 136
 137     if (tf_select_bit && ff_celt_tf_select[f->size][f->transient][0][tf_changed] !=
 138                          ff_celt_tf_select[f->size][f->transient][1][tf_changed])
 139         tf_select = ff_opus_rc_dec_log(rc, 1);
 140
 141     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
 142         f->tf_change[i] = ff_celt_tf_select[f->size][f->transient][tf_select][f->tf_change[i]];
 143     }
 144 }
 145
 146 static void celt_decode_allocation(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc)
 147 {
 148     // approx. maximum bit allocation for each band before boost/trim
 149     int cap[CELT_MAX_BANDS];
 150     int boost[CELT_MAX_BANDS];
 151     int threshold[CELT_MAX_BANDS];
 152     int bits1[CELT_MAX_BANDS];
 153     int bits2[CELT_MAX_BANDS];
 154     int trim_offset[CELT_MAX_BANDS];
 155
 156     int skip_start_band = f->start_band;
 157     int dynalloc       = 6;
 158     int alloctrim      = 5;
 159     int extrabits      = 0;
 160
 161     int skip_bit             = 0;
 162     int intensity_stereo_bit = 0;
 163     int dual_stereo_bit      = 0;
 164
 165     int remaining, bandbits;
 166     int low, high, total, done;
 167     int totalbits;
 168     int consumed;
 169     int i, j;
 170
 171     consumed = opus_rc_tell(rc);
 172
 173     /* obtain spread flag */
 174     f->spread = CELT_SPREAD_NORMAL;
 175     if (consumed + 4 <= f->framebits)
 176         f->spread = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_celt_model_spread);
 177
 178     /* generate static allocation caps */
 179     for (i = 0; i < CELT_MAX_BANDS; i++) {
 180         cap[i] = (ff_celt_static_caps[f->size][f->channels - 1][i] + 64)
 181                  * ff_celt_freq_range[i] << (f->channels - 1) << f->size >> 2;
 182     }
 183
 184     /* obtain band boost */
 185     totalbits = f->framebits << 3; // convert to 1/8 bits
 186     consumed = opus_rc_tell_frac(rc);
 187     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
 188         int quanta, band_dynalloc;
 189
 190         boost[i] = 0;
 191
 192         quanta = ff_celt_freq_range[i] << (f->channels - 1) << f->size;
 193         quanta = FFMIN(quanta << 3, FFMAX(6 << 3, quanta));
 194         band_dynalloc = dynalloc;
 195         while (consumed + (band_dynalloc<<3) < totalbits && boost[i] < cap[i]) {
 196             int add = ff_opus_rc_dec_log(rc, band_dynalloc);
 197             consumed = opus_rc_tell_frac(rc);
 198             if (!add)
 199                 break;
 200
 201             boost[i]     += quanta;
 202             totalbits    -= quanta;
 203             band_dynalloc = 1;
 204         }
 205         /* dynalloc is more likely to occur if it's already been used for earlier bands */
 206         if (boost[i])
 207             dynalloc = FFMAX(2, dynalloc - 1);
 208     }
 209
 210     /* obtain allocation trim */
 211     if (consumed + (6 << 3) <= totalbits)
 212         alloctrim = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_celt_model_alloc_trim);
 213
 214     /* anti-collapse bit reservation */
 215     totalbits = (f->framebits << 3) - opus_rc_tell_frac(rc) - 1;
 216     f->anticollapse_needed = 0;
 217     if (f->blocks > 1 && f->size >= 2 &&
 218         totalbits >= ((f->size + 2) << 3))
 219         f->anticollapse_needed = 1 << 3;
 220     totalbits -= f->anticollapse_needed;
 221
 222     /* band skip bit reservation */
 223     if (totalbits >= 1 << 3)
 224         skip_bit = 1 << 3;
 225     totalbits -= skip_bit;
 226
 227     /* intensity/dual stereo bit reservation */
 228     if (f->channels == 2) {
 229         intensity_stereo_bit = ff_celt_log2_frac[f->end_band - f->start_band];
 230         if (intensity_stereo_bit <= totalbits) {
 231             totalbits -= intensity_stereo_bit;
 232             if (totalbits >= 1 << 3) {
 233                 dual_stereo_bit = 1 << 3;
 234                 totalbits -= 1 << 3;
 235             }
 236         } else
 237             intensity_stereo_bit = 0;
 238     }
 239
 240     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
 241         int trim     = alloctrim - 5 - f->size;
 242         int band     = ff_celt_freq_range[i] * (f->end_band - i - 1);
 243         int duration = f->size + 3;
 244         int scale    = duration + f->channels - 1;
 245
 246         /* PVQ minimum allocation threshold, below this value the band is
 247          * skipped */
 248         threshold[i] = FFMAX(3 * ff_celt_freq_range[i] << duration >> 4,
 249                              f->channels << 3);
 250
 251         trim_offset[i] = trim * (band << scale) >> 6;
 252
 253         if (ff_celt_freq_range[i] << f->size == 1)
 254             trim_offset[i] -= f->channels << 3;
 255     }
 256
 257     /* bisection */
 258     low  = 1;
 259     high = CELT_VECTORS - 1;
 260     while (low <= high) {
 261         int center = (low + high) >> 1;
 262         done = total = 0;
 263
 264         for (i = f->end_band - 1; i >= f->start_band; i--) {
 265             bandbits = ff_celt_freq_range[i] * ff_celt_static_alloc[center][i]
 266                        << (f->channels - 1) << f->size >> 2;
 267
 268             if (bandbits)
 269                 bandbits = FFMAX(0, bandbits + trim_offset[i]);
 270             bandbits += boost[i];
 271
 272             if (bandbits >= threshold[i] || done) {
 273                 done = 1;
 274                 total += FFMIN(bandbits, cap[i]);
 275             } else if (bandbits >= f->channels << 3)
 276                 total += f->channels << 3;
 277         }
 278
 279         if (total > totalbits)
 280             high = center - 1;
 281         else
 282             low = center + 1;
 283     }
 284     high = low--;
 285
 286     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
 287         bits1[i] = ff_celt_freq_range[i] * ff_celt_static_alloc[low][i]
 288                    << (f->channels - 1) << f->size >> 2;
 289         bits2[i] = high >= CELT_VECTORS ? cap[i] :
 290                    ff_celt_freq_range[i] * ff_celt_static_alloc[high][i]
 291                    << (f->channels - 1) << f->size >> 2;
 292
 293         if (bits1[i])
 294             bits1[i] = FFMAX(0, bits1[i] + trim_offset[i]);
 295         if (bits2[i])
 296             bits2[i] = FFMAX(0, bits2[i] + trim_offset[i]);
 297         if (low)
 298             bits1[i] += boost[i];
 299         bits2[i] += boost[i];
 300
 301         if (boost[i])
 302             skip_start_band = i;
 303         bits2[i] = FFMAX(0, bits2[i] - bits1[i]);
 304     }
 305
 306     /* bisection */
 307     low  = 0;
 308     high = 1 << CELT_ALLOC_STEPS;
 309     for (i = 0; i < CELT_ALLOC_STEPS; i++) {
 310         int center = (low + high) >> 1;
 311         done = total = 0;
 312
 313         for (j = f->end_band - 1; j >= f->start_band; j--) {
 314             bandbits = bits1[j] + (center * bits2[j] >> CELT_ALLOC_STEPS);
 315
 316             if (bandbits >= threshold[j] || done) {
 317                 done = 1;
 318                 total += FFMIN(bandbits, cap[j]);
 319             } else if (bandbits >= f->channels << 3)
 320                 total += f->channels << 3;
 321         }
 322         if (total > totalbits)
 323             high = center;
 324         else
 325             low = center;
 326     }
 327
 328     done = total = 0;
 329     for (i = f->end_band - 1; i >= f->start_band; i--) {
 330         bandbits = bits1[i] + (low * bits2[i] >> CELT_ALLOC_STEPS);
 331
 332         if (bandbits >= threshold[i] || done)
 333             done = 1;
 334         else
 335             bandbits = (bandbits >= f->channels << 3) ?
 336                        f->channels << 3 : 0;
 337
 338         bandbits     = FFMIN(bandbits, cap[i]);
 339         f->pulses[i] = bandbits;
 340         total      += bandbits;
 341     }
 342
 343     /* band skipping */
 344     for (f->coded_bands = f->end_band; ; f->coded_bands--) {
 345         int allocation;
 346         j = f->coded_bands - 1;
 347
 348         if (j == skip_start_band) {
 349             /* all remaining bands are not skipped */
 350             totalbits += skip_bit;
 351             break;
 352         }
 353
 354         /* determine the number of bits available for coding "do not skip" markers */
 355         remaining   = totalbits - total;
 356         bandbits    = remaining / (ff_celt_freq_bands[j+1] - ff_celt_freq_bands[f->start_band]);
 357         remaining  -= bandbits  * (ff_celt_freq_bands[j+1] - ff_celt_freq_bands[f->start_band]);
 358         allocation  = f->pulses[j] + bandbits * ff_celt_freq_range[j]
 359                       + FFMAX(0, remaining - (ff_celt_freq_bands[j] - ff_celt_freq_bands[f->start_band]));
 360
 361         /* a "do not skip" marker is only coded if the allocation is
 362            above the chosen threshold */
 363         if (allocation >= FFMAX(threshold[j], (f->channels + 1) <<3 )) {
 364             if (ff_opus_rc_dec_log(rc, 1))
 365                 break;
 366
 367             total      += 1 << 3;
 368             allocation -= 1 << 3;
 369         }
 370
 371         /* the band is skipped, so reclaim its bits */
 372         total -= f->pulses[j];
 373         if (intensity_stereo_bit) {
 374             total -= intensity_stereo_bit;
 375             intensity_stereo_bit = ff_celt_log2_frac[j - f->start_band];
 376             total += intensity_stereo_bit;
 377         }
 378
 379         total += f->pulses[j] = (allocation >= f->channels << 3) ?
 380                               f->channels << 3 : 0;
 381     }
 382
 383     /* obtain stereo flags */
 384     f->intensity_stereo = 0;
 385     f->dual_stereo      = 0;
 386     if (intensity_stereo_bit)
 387         f->intensity_stereo = f->start_band +
 388                           ff_opus_rc_dec_uint(rc, f->coded_bands + 1 - f->start_band);
 389     if (f->intensity_stereo <= f->start_band)
 390         totalbits += dual_stereo_bit; /* no intensity stereo means no dual stereo */
 391     else if (dual_stereo_bit)
 392         f->dual_stereo = ff_opus_rc_dec_log(rc, 1);
 393
 394     /* supply the remaining bits in this frame to lower bands */
 395     remaining = totalbits - total;
 396     bandbits  = remaining / (ff_celt_freq_bands[f->coded_bands] - ff_celt_freq_bands[f->start_band]);
 397     remaining -= bandbits * (ff_celt_freq_bands[f->coded_bands] - ff_celt_freq_bands[f->start_band]);
 398     for (i = f->start_band; i < f->coded_bands; i++) {
 399         int bits = FFMIN(remaining, ff_celt_freq_range[i]);
 400
 401         f->pulses[i] += bits + bandbits * ff_celt_freq_range[i];
 402         remaining    -= bits;
 403     }
 404
 405     for (i = f->start_band; i < f->coded_bands; i++) {
 406         int N = ff_celt_freq_range[i] << f->size;
 407         int prev_extra = extrabits;
 408         f->pulses[i] += extrabits;
 409
 410         if (N > 1) {
 411             int dof;        // degrees of freedom
 412             int temp;       // dof * channels * log(dof)
 413             int offset;     // fine energy quantization offset, i.e.
 414                             // extra bits assigned over the standard
 415                             // totalbits/dof
 416             int fine_bits, max_bits;
 417
 418             extrabits = FFMAX(0, f->pulses[i] - cap[i]);
 419             f->pulses[i] -= extrabits;
 420
 421             /* intensity stereo makes use of an extra degree of freedom */
 422             dof = N * f->channels
 423                   + (f->channels == 2 && N > 2 && !f->dual_stereo && i < f->intensity_stereo);
 424             temp = dof * (ff_celt_log_freq_range[i] + (f->size<<3));
 425             offset = (temp >> 1) - dof * CELT_FINE_OFFSET;
 426             if (N == 2) /* dof=2 is the only case that doesn't fit the model */
 427                 offset += dof<<1;
 428
 429             /* grant an additional bias for the first and second pulses */
 430             if (f->pulses[i] + offset < 2 * (dof << 3))
 431                 offset += temp >> 2;
 432             else if (f->pulses[i] + offset < 3 * (dof << 3))
 433                 offset += temp >> 3;
 434
 435             fine_bits = (f->pulses[i] + offset + (dof << 2)) / (dof << 3);
 436             max_bits  = FFMIN((f->pulses[i]>>3) >> (f->channels - 1),
 437                               CELT_MAX_FINE_BITS);
 438
 439             max_bits  = FFMAX(max_bits, 0);
 440
 441             f->fine_bits[i] = av_clip(fine_bits, 0, max_bits);
 442
 443             /* if fine_bits was rounded down or capped,
 444                give priority for the final fine energy pass */
 445             f->fine_priority[i] = (f->fine_bits[i] * (dof<<3) >= f->pulses[i] + offset);
 446
 447             /* the remaining bits are assigned to PVQ */
 448             f->pulses[i] -= f->fine_bits[i] << (f->channels - 1) << 3;
 449         } else {
 450             /* all bits go to fine energy except for the sign bit */
 451             extrabits = FFMAX(0, f->pulses[i] - (f->channels << 3));
 452             f->pulses[i] -= extrabits;
 453             f->fine_bits[i] = 0;
 454             f->fine_priority[i] = 1;
 455         }
 456
 457         /* hand back a limited number of extra fine energy bits to this band */
 458         if (extrabits > 0) {
 459             int fineextra = FFMIN(extrabits >> (f->channels + 2),
 460                                   CELT_MAX_FINE_BITS - f->fine_bits[i]);
 461             f->fine_bits[i] += fineextra;
 462
 463             fineextra <<= f->channels + 2;
 464             f->fine_priority[i] = (fineextra >= extrabits - prev_extra);
 465             extrabits -= fineextra;
 466         }
 467     }
 468     f->remaining = extrabits;
 469
 470     /* skipped bands dedicate all of their bits for fine energy */
 471     for (; i < f->end_band; i++) {
 472         f->fine_bits[i]     = f->pulses[i] >> (f->channels - 1) >> 3;
 473         f->pulses[i]        = 0;
 474         f->fine_priority[i] = f->fine_bits[i] < 1;
 475     }
 476 }
 477
 478 static void celt_denormalize(CeltFrame *f, CeltBlock *block, float *data)
 479 {
 480     int i, j;
 481
 482     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
 483         float *dst = data + (ff_celt_freq_bands[i] << f->size);
 484         float log_norm = block->energy[i] + ff_celt_mean_energy[i];
 485         float norm = exp2f(FFMIN(log_norm, 32.0f));
 486
 487         for (j = 0; j < ff_celt_freq_range[i] << f->size; j++)
 488             dst[j] *= norm;
 489     }
 490 }
 491
 492 static void celt_postfilter_apply_transition(CeltBlock *block, float *data)
 493 {
 494     const int T0 = block->pf_period_old;
 495     const int T1 = block->pf_period;
 496
 497     float g00, g01, g02;
 498     float g10, g11, g12;
 499
 500     float x0, x1, x2, x3, x4;
 501
 502     int i;
 503
 504     if (block->pf_gains[0]     == 0.0 &&
 505         block->pf_gains_old[0] == 0.0)
 506         return;
 507
 508     g00 = block->pf_gains_old[0];
 509     g01 = block->pf_gains_old[1];
 510     g02 = block->pf_gains_old[2];
 511     g10 = block->pf_gains[0];
 512     g11 = block->pf_gains[1];
 513     g12 = block->pf_gains[2];
 514
 515     x1 = data[-T1 + 1];
 516     x2 = data[-T1];
 517     x3 = data[-T1 - 1];
 518     x4 = data[-T1 - 2];
 519
 520     for (i = 0; i < CELT_OVERLAP; i++) {
 521         float w = ff_celt_window2[i];
 522         x0 = data[i - T1 + 2];
 523
 524         data[i] +=  (1.0 - w) * g00 * data[i - T0]                          +
 525                     (1.0 - w) * g01 * (data[i - T0 - 1] + data[i - T0 + 1]) +
 526                     (1.0 - w) * g02 * (data[i - T0 - 2] + data[i - T0 + 2]) +
 527                     w         * g10 * x2                                    +
 528                     w         * g11 * (x1 + x3)                             +
 529                     w         * g12 * (x0 + x4);
 530         x4 = x3;
 531         x3 = x2;
 532         x2 = x1;
 533         x1 = x0;
 534     }
 535 }
 536
 537 static void celt_postfilter_apply(CeltBlock *block, float *data, int len)
 538 {
 539     const int T = block->pf_period;
 540     float g0, g1, g2;
 541     float x0, x1, x2, x3, x4;
 542     int i;
 543
 544     if (block->pf_gains[0] == 0.0 || len <= 0)
 545         return;
 546
 547     g0 = block->pf_gains[0];
 548     g1 = block->pf_gains[1];
 549     g2 = block->pf_gains[2];
 550
 551     x4 = data[-T - 2];
 552     x3 = data[-T - 1];
 553     x2 = data[-T];
 554     x1 = data[-T + 1];
 555
 556     for (i = 0; i < len; i++) {
 557         x0 = data[i - T + 2];
 558         data[i] += g0 * x2        +
 559                    g1 * (x1 + x3) +
 560                    g2 * (x0 + x4);
 561         x4 = x3;
 562         x3 = x2;
 563         x2 = x1;
 564         x1 = x0;
 565     }
 566 }
 567
 568 static void celt_postfilter(CeltFrame *f, CeltBlock *block)
 569 {
 570     int len = f->blocksize * f->blocks;
 571
 572     celt_postfilter_apply_transition(block, block->buf + 1024);
 573
 574     block->pf_period_old = block->pf_period;
 575     memcpy(block->pf_gains_old, block->pf_gains, sizeof(block->pf_gains));
 576
 577     block->pf_period = block->pf_period_new;
 578     memcpy(block->pf_gains, block->pf_gains_new, sizeof(block->pf_gains));
 579
 580     if (len > CELT_OVERLAP) {
 581         celt_postfilter_apply_transition(block, block->buf + 1024 + CELT_OVERLAP);
 582         celt_postfilter_apply(block, block->buf + 1024 + 2 * CELT_OVERLAP,
 583                               len - 2 * CELT_OVERLAP);
 584
 585         block->pf_period_old = block->pf_period;
 586         memcpy(block->pf_gains_old, block->pf_gains, sizeof(block->pf_gains));
 587     }
 588
 589     memmove(block->buf, block->buf + len, (1024 + CELT_OVERLAP / 2) * sizeof(float));
 590 }
 591
 592 static int parse_postfilter(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc, int consumed)
 593 {
 594     int i;
 595
 596     memset(f->block[0].pf_gains_new, 0, sizeof(f->block[0].pf_gains_new));
 597     memset(f->block[1].pf_gains_new, 0, sizeof(f->block[1].pf_gains_new));
 598
 599     if (f->start_band == 0 && consumed + 16 <= f->framebits) {
 600         int has_postfilter = ff_opus_rc_dec_log(rc, 1);
 601         if (has_postfilter) {
 602             float gain;
 603             int tapset, octave, period;
 604
 605             octave = ff_opus_rc_dec_uint(rc, 6);
 606             period = (16 << octave) + ff_opus_rc_get_raw(rc, 4 + octave) - 1;
 607             gain   = 0.09375f * (ff_opus_rc_get_raw(rc, 3) + 1);
 608             tapset = (opus_rc_tell(rc) + 2 <= f->framebits) ?
 609                      ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_celt_model_tapset) : 0;
 610
 611             for (i = 0; i < 2; i++) {
 612                 CeltBlock *block = &f->block[i];
 613
 614                 block->pf_period_new = FFMAX(period, CELT_POSTFILTER_MINPERIOD);
 615                 block->pf_gains_new[0] = gain * ff_celt_postfilter_taps[tapset][0];
 616                 block->pf_gains_new[1] = gain * ff_celt_postfilter_taps[tapset][1];
 617                 block->pf_gains_new[2] = gain * ff_celt_postfilter_taps[tapset][2];
 618             }
 619         }
 620
 621         consumed = opus_rc_tell(rc);
 622     }
 623
 624     return consumed;
 625 }
 626
 627 static void process_anticollapse(CeltFrame *f, CeltBlock *block, float *X)
 628 {
 629     int i, j, k;
 630
 631     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
 632         int renormalize = 0;
 633         float *xptr;
 634         float prev[2];
 635         float Ediff, r;
 636         float thresh, sqrt_1;
 637         int depth;
 638
 639         /* depth in 1/8 bits */
 640         depth = (1 + f->pulses[i]) / (ff_celt_freq_range[i] << f->size);
 641         thresh = exp2f(-1.0 - 0.125f * depth);
 642         sqrt_1 = 1.0f / sqrtf(ff_celt_freq_range[i] << f->size);
 643
 644         xptr = X + (ff_celt_freq_bands[i] << f->size);
 645
 646         prev[0] = block->prev_energy[0][i];
 647         prev[1] = block->prev_energy[1][i];
 648         if (f->channels == 1) {
 649             CeltBlock *block1 = &f->block[1];
 650
 651             prev[0] = FFMAX(prev[0], block1->prev_energy[0][i]);
 652             prev[1] = FFMAX(prev[1], block1->prev_energy[1][i]);
 653         }
 654         Ediff = block->energy[i] - FFMIN(prev[0], prev[1]);
 655         Ediff = FFMAX(0, Ediff);
 656
 657         /* r needs to be multiplied by 2 or 2*sqrt(2) depending on LM because
 658         short blocks don't have the same energy as long */
 659         r = exp2f(1 - Ediff);
 660         if (f->size == 3)
 661             r *= M_SQRT2;
 662         r = FFMIN(thresh, r) * sqrt_1;
 663         for (k = 0; k < 1 << f->size; k++) {
 664             /* Detect collapse */
 665             if (!(block->collapse_masks[i] & 1 << k)) {
 666                 /* Fill with noise */
 667                 for (j = 0; j < ff_celt_freq_range[i]; j++)
 668                     xptr[(j << f->size) + k] = (celt_rng(f) & 0x8000) ? r : -r;
 669                 renormalize = 1;
 670             }
 671         }
 672
 673         /* We just added some energy, so we need to renormalize */
 674         if (renormalize)
 675             celt_renormalize_vector(xptr, ff_celt_freq_range[i] << f->size, 1.0f);
 676     }
 677 }
 678
 679 static void celt_decode_bands(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc)
 680 {
 681     float lowband_scratch[8 * 22];
 682     float norm[2 * 8 * 100];
 683
 684     int totalbits = (f->framebits << 3) - f->anticollapse_needed;
 685
 686     int update_lowband = 1;
 687     int lowband_offset = 0;
 688
 689     int i, j;
 690
 691     memset(f->block[0].coeffs, 0, sizeof(f->block[0].coeffs));
 692     memset(f->block[1].coeffs, 0, sizeof(f->block[0].coeffs));
 693
 694     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
 695         uint32_t cm[2] = { (1 << f->blocks) - 1, (1 << f->blocks) - 1 };
 696         int band_offset = ff_celt_freq_bands[i] << f->size;
 697         int band_size   = ff_celt_freq_range[i] << f->size;
 698         float *X = f->block[0].coeffs + band_offset;
 699         float *Y = (f->channels == 2) ? f->block[1].coeffs + band_offset : NULL;
 700
 701         int consumed = opus_rc_tell_frac(rc);
 702         float *norm2 = norm + 8 * 100;
 703         int effective_lowband = -1;
 704         int b = 0;
 705
 706         /* Compute how many bits we want to allocate to this band */
 707         if (i != f->start_band)
 708             f->remaining -= consumed;
 709         f->remaining2 = totalbits - consumed - 1;
 710         if (i <= f->coded_bands - 1) {
 711             int curr_balance = f->remaining / FFMIN(3, f->coded_bands-i);
 712             b = av_clip_uintp2(FFMIN(f->remaining2 + 1, f->pulses[i] + curr_balance), 14);
 713         }
 714
 715         if (ff_celt_freq_bands[i] - ff_celt_freq_range[i] >= ff_celt_freq_bands[f->start_band] &&
 716             (update_lowband || lowband_offset == 0))
 717             lowband_offset = i;
 718
 719         /* Get a conservative estimate of the collapse_mask's for the bands we're
 720            going to be folding from. */
 721         if (lowband_offset != 0 && (f->spread != CELT_SPREAD_AGGRESSIVE ||
 722                                     f->blocks > 1 || f->tf_change[i] < 0)) {
 723             int foldstart, foldend;
 724
 725             /* This ensures we never repeat spectral content within one band */
 726             effective_lowband = FFMAX(ff_celt_freq_bands[f->start_band],
 727                                       ff_celt_freq_bands[lowband_offset] - ff_celt_freq_range[i]);
 728             foldstart = lowband_offset;
 729             while (ff_celt_freq_bands[--foldstart] > effective_lowband);
 730             foldend = lowband_offset - 1;
 731             while (ff_celt_freq_bands[++foldend] < effective_lowband + ff_celt_freq_range[i]);
 732
 733             cm[0] = cm[1] = 0;
 734             for (j = foldstart; j < foldend; j++) {
 735                 cm[0] |= f->block[0].collapse_masks[j];
 736                 cm[1] |= f->block[f->channels - 1].collapse_masks[j];
 737             }
 738         }
 739
 740         if (f->dual_stereo && i == f->intensity_stereo) {
 741             /* Switch off dual stereo to do intensity */
 742             f->dual_stereo = 0;
 743             for (j = ff_celt_freq_bands[f->start_band] << f->size; j < band_offset; j++)
 744                 norm[j] = (norm[j] + norm2[j]) / 2;
 745         }
 746
 747         if (f->dual_stereo) {
 748             cm[0] = f->pvq->decode_band(f->pvq, f, rc, i, X, NULL, band_size, b / 2, f->blocks,
 749                                         effective_lowband != -1 ? norm + (effective_lowband << f->size) : NULL, f->size,
 750                                         norm + band_offset, 0, 1.0f, lowband_scratch, cm[0]);
 751
 752             cm[1] = f->pvq->decode_band(f->pvq, f, rc, i, Y, NULL, band_size, b/2, f->blocks,
 753                                         effective_lowband != -1 ? norm2 + (effective_lowband << f->size) : NULL, f->size,
 754                                         norm2 + band_offset, 0, 1.0f, lowband_scratch, cm[1]);
 755         } else {
 756             cm[0] = f->pvq->decode_band(f->pvq, f, rc, i, X, Y, band_size, b, f->blocks,
 757                                         effective_lowband != -1 ? norm + (effective_lowband << f->size) : NULL, f->size,
 758                                         norm + band_offset, 0, 1.0f, lowband_scratch, cm[0]|cm[1]);
 759             cm[1] = cm[0];
 760         }
 761
 762         f->block[0].collapse_masks[i]               = (uint8_t)cm[0];
 763         f->block[f->channels - 1].collapse_masks[i] = (uint8_t)cm[1];
 764         f->remaining += f->pulses[i] + consumed;
 765
 766         /* Update the folding position only as long as we have 1 bit/sample depth */
 767         update_lowband = (b > band_size << 3);
 768     }
 769 }
 770
 771 int ff_celt_decode_frame(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc,
 772                          float **output, int channels, int frame_size,
 773                          int start_band,  int end_band)
 774 {
 775     int i, j, downmix = 0;
 776     int consumed;           // bits of entropy consumed thus far for this frame
 777     MDCT15Context *imdct;
 778
 779     if (channels != 1 && channels != 2) {
 780         av_log(f->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid number of coded channels: %d\n",
 781                channels);
 782         return AVERROR_INVALIDDATA;
 783     }
 784     if (start_band < 0 || start_band > end_band || end_band > CELT_MAX_BANDS) {
 785         av_log(f->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid start/end band: %d %d\n",
 786                start_band, end_band);
 787         return AVERROR_INVALIDDATA;
 788     }
 789
 790     f->silence        = 0;
 791     f->transient      = 0;
 792     f->anticollapse   = 0;
 793     f->flushed        = 0;
 794     f->channels       = channels;
 795     f->start_band     = start_band;
 796     f->end_band       = end_band;
 797     f->framebits      = rc->rb.bytes * 8;
 798
 799     f->size = av_log2(frame_size / CELT_SHORT_BLOCKSIZE);
 800     if (f->size > CELT_MAX_LOG_BLOCKS ||
 801         frame_size != CELT_SHORT_BLOCKSIZE * (1 << f->size)) {
 802         av_log(f->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid CELT frame size: %d\n",
 803                frame_size);
 804         return AVERROR_INVALIDDATA;
 805     }
 806
 807     if (!f->output_channels)
 808         f->output_channels = channels;
 809
 810     memset(f->block[0].collapse_masks, 0, sizeof(f->block[0].collapse_masks));
 811     memset(f->block[1].collapse_masks, 0, sizeof(f->block[1].collapse_masks));
 812
 813     consumed = opus_rc_tell(rc);
 814
 815     /* obtain silence flag */
 816     if (consumed >= f->framebits)
 817         f->silence = 1;
 818     else if (consumed == 1)
 819         f->silence = ff_opus_rc_dec_log(rc, 15);
 820
 821
 822     if (f->silence) {
 823         consumed = f->framebits;
 824         rc->total_bits += f->framebits - opus_rc_tell(rc);
 825     }
 826
 827     /* obtain post-filter options */
 828     consumed = parse_postfilter(f, rc, consumed);
 829
 830     /* obtain transient flag */
 831     if (f->size != 0 && consumed+3 <= f->framebits)
 832         f->transient = ff_opus_rc_dec_log(rc, 3);
 833
 834     f->blocks    = f->transient ? 1 << f->size : 1;
 835     f->blocksize = frame_size / f->blocks;
 836
 837     imdct = f->imdct[f->transient ? 0 : f->size];
 838
 839     if (channels == 1) {
 840         for (i = 0; i < CELT_MAX_BANDS; i++)
 841             f->block[0].energy[i] = FFMAX(f->block[0].energy[i], f->block[1].energy[i]);
 842     }
 843
 844     celt_decode_coarse_energy(f, rc);
 845     celt_decode_tf_changes   (f, rc);
 846     celt_decode_allocation   (f, rc);
 847     celt_decode_fine_energy  (f, rc);
 848     celt_decode_bands        (f, rc);
 849
 850     if (f->anticollapse_needed)
 851         f->anticollapse = ff_opus_rc_get_raw(rc, 1);
 852
 853     celt_decode_final_energy(f, rc);
 854
 855     /* apply anti-collapse processing and denormalization to
 856      * each coded channel */
 857     for (i = 0; i < f->channels; i++) {
 858         CeltBlock *block = &f->block[i];
 859
 860         if (f->anticollapse)
 861             process_anticollapse(f, block, f->block[i].coeffs);
 862
 863         celt_denormalize(f, block, f->block[i].coeffs);
 864     }
 865
 866     /* stereo -> mono downmix */
 867     if (f->output_channels < f->channels) {
 868         f->dsp->vector_fmac_scalar(f->block[0].coeffs, f->block[1].coeffs, 1.0, FFALIGN(frame_size, 16));
 869         downmix = 1;
 870     } else if (f->output_channels > f->channels)
 871         memcpy(f->block[1].coeffs, f->block[0].coeffs, frame_size * sizeof(float));
 872
 873     if (f->silence) {
 874         for (i = 0; i < 2; i++) {
 875             CeltBlock *block = &f->block[i];
 876
 877             for (j = 0; j < FF_ARRAY_ELEMS(block->energy); j++)
 878                 block->energy[j] = CELT_ENERGY_SILENCE;
 879         }
 880         memset(f->block[0].coeffs, 0, sizeof(f->block[0].coeffs));
 881         memset(f->block[1].coeffs, 0, sizeof(f->block[1].coeffs));
 882     }
 883
 884     /* transform and output for each output channel */
 885     for (i = 0; i < f->output_channels; i++) {
 886         CeltBlock *block = &f->block[i];
 887         float m = block->emph_coeff;
 888
 889         /* iMDCT and overlap-add */
 890         for (j = 0; j < f->blocks; j++) {
 891             float *dst  = block->buf + 1024 + j * f->blocksize;
 892
 893             imdct->imdct_half(imdct, dst + CELT_OVERLAP / 2, f->block[i].coeffs + j,
 894                               f->blocks);
 895             f->dsp->vector_fmul_window(dst, dst, dst + CELT_OVERLAP / 2,
 896                                        ff_celt_window, CELT_OVERLAP / 2);
 897         }
 898
 899         if (downmix)
 900             f->dsp->vector_fmul_scalar(&block->buf[1024], &block->buf[1024], 0.5f, frame_size);
 901
 902         /* postfilter */
 903         celt_postfilter(f, block);
 904
 905         /* deemphasis and output scaling */
 906         for (j = 0; j < frame_size; j++) {
 907             const float tmp = block->buf[1024 - frame_size + j] + m;
 908             m = tmp * CELT_EMPH_COEFF;
 909             output[i][j] = tmp;
 910         }
 911
 912         block->emph_coeff = m;
 913     }
 914
 915     if (channels == 1)
 916         memcpy(f->block[1].energy, f->block[0].energy, sizeof(f->block[0].energy));
 917
 918     for (i = 0; i < 2; i++ ) {
 919         CeltBlock *block = &f->block[i];
 920
 921         if (!f->transient) {
 922             memcpy(block->prev_energy[1], block->prev_energy[0], sizeof(block->prev_energy[0]));
 923             memcpy(block->prev_energy[0], block->energy,         sizeof(block->prev_energy[0]));
 924         } else {
 925             for (j = 0; j < CELT_MAX_BANDS; j++)
 926                 block->prev_energy[0][j] = FFMIN(block->prev_energy[0][j], block->energy[j]);
 927         }
 928
 929         for (j = 0; j < f->start_band; j++) {
 930             block->prev_energy[0][j] = CELT_ENERGY_SILENCE;
 931             block->energy[j]         = 0.0;
 932         }
 933         for (j = f->end_band; j < CELT_MAX_BANDS; j++) {
 934             block->prev_energy[0][j] = CELT_ENERGY_SILENCE;
 935             block->energy[j]         = 0.0;
 936         }
 937     }
 938
 939     f->seed = rc->range;
 940
 941     return 0;
 942 }
 943
 944 void ff_celt_flush(CeltFrame *f)
 945 {
 946     int i, j;
 947
 948     if (f->flushed)
 949         return;
 950
 951     for (i = 0; i < 2; i++) {
 952         CeltBlock *block = &f->block[i];
 953
 954         for (j = 0; j < CELT_MAX_BANDS; j++)
 955             block->prev_energy[0][j] = block->prev_energy[1][j] = CELT_ENERGY_SILENCE;
 956
 957         memset(block->energy, 0, sizeof(block->energy));
 958         memset(block->buf,    0, sizeof(block->buf));
 959
 960         memset(block->pf_gains,     0, sizeof(block->pf_gains));
 961         memset(block->pf_gains_old, 0, sizeof(block->pf_gains_old));
 962         memset(block->pf_gains_new, 0, sizeof(block->pf_gains_new));
 963
 964         block->emph_coeff = 0.0;
 965     }
 966     f->seed = 0;
 967
 968     f->flushed = 1;
 969 }
 970
 971 void ff_celt_free(CeltFrame **f)
 972 {
 973     CeltFrame *frm = *f;
 974     int i;
 975
 976     if (!frm)
 977         return;
 978
 979     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(frm->imdct); i++)
 980         ff_mdct15_uninit(&frm->imdct[i]);
 981
 982     ff_celt_pvq_uninit(&frm->pvq);
 983
 984     av_freep(&frm->dsp);
 985     av_freep(f);
 986 }
 987
 988 int ff_celt_init(AVCodecContext *avctx, CeltFrame **f, int output_channels)
 989 {
 990     CeltFrame *frm;
 991     int i, ret;
 992
 993     if (output_channels != 1 && output_channels != 2) {
 994         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid number of output channels: %d\n",
 995                output_channels);
 996         return AVERROR(EINVAL);
 997     }
 998
 999     frm = av_mallocz(sizeof(*frm));
1000     if (!frm)
1001         return AVERROR(ENOMEM);
1002
1003     frm->avctx           = avctx;
1004     frm->output_channels = output_channels;
1005
1006     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(frm->imdct); i++)
1007         if ((ret = ff_mdct15_init(&frm->imdct[i], 1, i + 3, -1.0f/32768)) < 0)
1008             goto fail;
1009
1010     if ((ret = ff_celt_pvq_init(&frm->pvq)) < 0)
1011         goto fail;
1012
1013     frm->dsp = avpriv_float_dsp_alloc(avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_BITEXACT);
1014     if (!frm->dsp) {
1015         ret = AVERROR(ENOMEM);
1016         goto fail;
1017     }
1018
1019     ff_celt_flush(frm);
1020
1021     *f = frm;
1022
1023     return 0;
1024 fail:
1025     ff_celt_free(&frm);
1026     return ret;
1027 }