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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2012 Andrew D'Addesio
   3  * Copyright (c) 2013-2014 Mozilla Corporation
   4  * Copyright (c) 2017 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 #include "opustab.h"
  24 #include "opus_pvq.h"
  25
  26 #define CELT_PVQ_U(n, k) (ff_celt_pvq_u_row[FFMIN(n, k)][FFMAX(n, k)])
  27 #define CELT_PVQ_V(n, k) (CELT_PVQ_U(n, k) + CELT_PVQ_U(n, (k) + 1))
  28
  29 static inline int16_t celt_cos(int16_t x)
  30 {
  31     x = (MUL16(x, x) + 4096) >> 13;
  32     x = (32767-x) + ROUND_MUL16(x, (-7651 + ROUND_MUL16(x, (8277 + ROUND_MUL16(-626, x)))));
  33     return 1+x;
  34 }
  35
  36 static inline int celt_log2tan(int isin, int icos)
  37 {
  38     int lc, ls;
  39     lc = opus_ilog(icos);
  40     ls = opus_ilog(isin);
  41     icos <<= 15 - lc;
  42     isin <<= 15 - ls;
  43     return (ls << 11) - (lc << 11) +
  44            ROUND_MUL16(isin, ROUND_MUL16(isin, -2597) + 7932) -
  45            ROUND_MUL16(icos, ROUND_MUL16(icos, -2597) + 7932);
  46 }
  47
  48 static inline int celt_bits2pulses(const uint8_t *cache, int bits)
  49 {
  50     // TODO: Find the size of cache and make it into an array in the parameters list
  51     int i, low = 0, high;
  52
  53     high = cache[0];
  54     bits--;
  55
  56     for (i = 0; i < 6; i++) {
  57         int center = (low + high + 1) >> 1;
  58         if (cache[center] >= bits)
  59             high = center;
  60         else
  61             low = center;
  62     }
  63
  64     return (bits - (low == 0 ? -1 : cache[low]) <= cache[high] - bits) ? low : high;
  65 }
  66
  67 static inline int celt_pulses2bits(const uint8_t *cache, int pulses)
  68 {
  69     // TODO: Find the size of cache and make it into an array in the parameters list
  70    return (pulses == 0) ? 0 : cache[pulses] + 1;
  71 }
  72
  73 static inline void celt_normalize_residual(const int * av_restrict iy, float * av_restrict X,
  74                                            int N, float g)
  75 {
  76     int i;
  77     for (i = 0; i < N; i++)
  78         X[i] = g * iy[i];
  79 }
  80
  81 static void celt_exp_rotation_impl(float *X, uint32_t len, uint32_t stride,
  82                                    float c, float s)
  83 {
  84     float *Xptr;
  85     int i;
  86
  87     Xptr = X;
  88     for (i = 0; i < len - stride; i++) {
  89         float x1, x2;
  90         x1           = Xptr[0];
  91         x2           = Xptr[stride];
  92         Xptr[stride] = c * x2 + s * x1;
  93         *Xptr++      = c * x1 - s * x2;
  94     }
  95
  96     Xptr = &X[len - 2 * stride - 1];
  97     for (i = len - 2 * stride - 1; i >= 0; i--) {
  98         float x1, x2;
  99         x1           = Xptr[0];
 100         x2           = Xptr[stride];
 101         Xptr[stride] = c * x2 + s * x1;
 102         *Xptr--      = c * x1 - s * x2;
 103     }
 104 }
 105
 106 static inline void celt_exp_rotation(float *X, uint32_t len,
 107                                      uint32_t stride, uint32_t K,
 108                                      enum CeltSpread spread, const int encode)
 109 {
 110     uint32_t stride2 = 0;
 111     float c, s;
 112     float gain, theta;
 113     int i;
 114
 115     if (2*K >= len || spread == CELT_SPREAD_NONE)
 116         return;
 117
 118     gain = (float)len / (len + (20 - 5*spread) * K);
 119     theta = M_PI * gain * gain / 4;
 120
 121     c = cosf(theta);
 122     s = sinf(theta);
 123
 124     if (len >= stride << 3) {
 125         stride2 = 1;
 126         /* This is just a simple (equivalent) way of computing sqrt(len/stride) with rounding.
 127         It's basically incrementing long as (stride2+0.5)^2 < len/stride. */
 128         while ((stride2 * stride2 + stride2) * stride + (stride >> 2) < len)
 129             stride2++;
 130     }
 131
 132     /*NOTE: As a minor optimization, we could be passing around log2(B), not B, for both this and for
 133     extract_collapse_mask().*/
 134     len /= stride;
 135     for (i = 0; i < stride; i++) {
 136         if (encode) {
 137             celt_exp_rotation_impl(X + i * len, len, 1, c, -s);
 138             if (stride2)
 139                 celt_exp_rotation_impl(X + i * len, len, stride2, s, -c);
 140         } else {
 141             if (stride2)
 142                 celt_exp_rotation_impl(X + i * len, len, stride2, s, c);
 143             celt_exp_rotation_impl(X + i * len, len, 1, c, s);
 144         }
 145     }
 146 }
 147
 148 static inline uint32_t celt_extract_collapse_mask(const int *iy, uint32_t N, uint32_t B)
 149 {
 150     uint32_t collapse_mask;
 151     int N0;
 152     int i, j;
 153
 154     if (B <= 1)
 155         return 1;
 156
 157     /*NOTE: As a minor optimization, we could be passing around log2(B), not B, for both this and for
 158     exp_rotation().*/
 159     N0 = N/B;
 160     collapse_mask = 0;
 161     for (i = 0; i < B; i++)
 162         for (j = 0; j < N0; j++)
 163             collapse_mask |= (iy[i*N0+j]!=0)<<i;
 164     return collapse_mask;
 165 }
 166
 167 static inline void celt_stereo_merge(float *X, float *Y, float mid, int N)
 168 {
 169     int i;
 170     float xp = 0, side = 0;
 171     float E[2];
 172     float mid2;
 173     float t, gain[2];
 174
 175     /* Compute the norm of X+Y and X-Y as |X|^2 + |Y|^2 +/- sum(xy) */
 176     for (i = 0; i < N; i++) {
 177         xp   += X[i] * Y[i];
 178         side += Y[i] * Y[i];
 179     }
 180
 181     /* Compensating for the mid normalization */
 182     xp *= mid;
 183     mid2 = mid;
 184     E[0] = mid2 * mid2 + side - 2 * xp;
 185     E[1] = mid2 * mid2 + side + 2 * xp;
 186     if (E[0] < 6e-4f || E[1] < 6e-4f) {
 187         for (i = 0; i < N; i++)
 188             Y[i] = X[i];
 189         return;
 190     }
 191
 192     t = E[0];
 193     gain[0] = 1.0f / sqrtf(t);
 194     t = E[1];
 195     gain[1] = 1.0f / sqrtf(t);
 196
 197     for (i = 0; i < N; i++) {
 198         float value[2];
 199         /* Apply mid scaling (side is already scaled) */
 200         value[0] = mid * X[i];
 201         value[1] = Y[i];
 202         X[i] = gain[0] * (value[0] - value[1]);
 203         Y[i] = gain[1] * (value[0] + value[1]);
 204     }
 205 }
 206
 207 static void celt_interleave_hadamard(float *tmp, float *X, int N0,
 208                                      int stride, int hadamard)
 209 {
 210     int i, j;
 211     int N = N0*stride;
 212
 213     if (hadamard) {
 214         const uint8_t *ordery = ff_celt_hadamard_ordery + stride - 2;
 215         for (i = 0; i < stride; i++)
 216             for (j = 0; j < N0; j++)
 217                 tmp[j*stride+i] = X[ordery[i]*N0+j];
 218     } else {
 219         for (i = 0; i < stride; i++)
 220             for (j = 0; j < N0; j++)
 221                 tmp[j*stride+i] = X[i*N0+j];
 222     }
 223
 224     for (i = 0; i < N; i++)
 225         X[i] = tmp[i];
 226 }
 227
 228 static void celt_deinterleave_hadamard(float *tmp, float *X, int N0,
 229                                        int stride, int hadamard)
 230 {
 231     int i, j;
 232     int N = N0*stride;
 233
 234     if (hadamard) {
 235         const uint8_t *ordery = ff_celt_hadamard_ordery + stride - 2;
 236         for (i = 0; i < stride; i++)
 237             for (j = 0; j < N0; j++)
 238                 tmp[ordery[i]*N0+j] = X[j*stride+i];
 239     } else {
 240         for (i = 0; i < stride; i++)
 241             for (j = 0; j < N0; j++)
 242                 tmp[i*N0+j] = X[j*stride+i];
 243     }
 244
 245     for (i = 0; i < N; i++)
 246         X[i] = tmp[i];
 247 }
 248
 249 static void celt_haar1(float *X, int N0, int stride)
 250 {
 251     int i, j;
 252     N0 >>= 1;
 253     for (i = 0; i < stride; i++) {
 254         for (j = 0; j < N0; j++) {
 255             float x0 = X[stride * (2 * j + 0) + i];
 256             float x1 = X[stride * (2 * j + 1) + i];
 257             X[stride * (2 * j + 0) + i] = (x0 + x1) * M_SQRT1_2;
 258             X[stride * (2 * j + 1) + i] = (x0 - x1) * M_SQRT1_2;
 259         }
 260     }
 261 }
 262
 263 static inline int celt_compute_qn(int N, int b, int offset, int pulse_cap,
 264                                   int dualstereo)
 265 {
 266     int qn, qb;
 267     int N2 = 2 * N - 1;
 268     if (dualstereo && N == 2)
 269         N2--;
 270
 271     /* The upper limit ensures that in a stereo split with itheta==16384, we'll
 272      * always have enough bits left over to code at least one pulse in the
 273      * side; otherwise it would collapse, since it doesn't get folded. */
 274     qb = FFMIN3(b - pulse_cap - (4 << 3), (b + N2 * offset) / N2, 8 << 3);
 275     qn = (qb < (1 << 3 >> 1)) ? 1 : ((ff_celt_qn_exp2[qb & 0x7] >> (14 - (qb >> 3))) + 1) >> 1 << 1;
 276     return qn;
 277 }
 278
 279 /* Convert the quantized vector to an index */
 280 static inline uint32_t celt_icwrsi(uint32_t N, uint32_t K, const int *y)
 281 {
 282     int i, idx = 0, sum = 0;
 283     for (i = N - 1; i >= 0; i--) {
 284         const uint32_t i_s = CELT_PVQ_U(N - i, sum + FFABS(y[i]) + 1);
 285         idx += CELT_PVQ_U(N - i, sum) + (y[i] < 0)*i_s;
 286         sum += FFABS(y[i]);
 287     }
 288     av_assert0(sum == K);
 289     return idx;
 290 }
 291
 292 // this code was adapted from libopus
 293 static inline uint64_t celt_cwrsi(uint32_t N, uint32_t K, uint32_t i, int *y)
 294 {
 295     uint64_t norm = 0;
 296     uint32_t p;
 297     int s, val;
 298     int k0;
 299
 300     while (N > 2) {
 301         uint32_t q;
 302
 303         /*Lots of pulses case:*/
 304         if (K >= N) {
 305             const uint32_t *row = ff_celt_pvq_u_row[N];
 306
 307             /* Are the pulses in this dimension negative? */
 308             p  = row[K + 1];
 309             s  = -(i >= p);
 310             i -= p & s;
 311
 312             /*Count how many pulses were placed in this dimension.*/
 313             k0 = K;
 314             q = row[N];
 315             if (q > i) {
 316                 K = N;
 317                 do {
 318                     p = ff_celt_pvq_u_row[--K][N];
 319                 } while (p > i);
 320             } else
 321                 for (p = row[K]; p > i; p = row[K])
 322                     K--;
 323
 324             i    -= p;
 325             val   = (k0 - K + s) ^ s;
 326             norm += val * val;
 327             *y++  = val;
 328         } else { /*Lots of dimensions case:*/
 329             /*Are there any pulses in this dimension at all?*/
 330             p = ff_celt_pvq_u_row[K    ][N];
 331             q = ff_celt_pvq_u_row[K + 1][N];
 332
 333             if (p <= i && i < q) {
 334                 i -= p;
 335                 *y++ = 0;
 336             } else {
 337                 /*Are the pulses in this dimension negative?*/
 338                 s  = -(i >= q);
 339                 i -= q & s;
 340
 341                 /*Count how many pulses were placed in this dimension.*/
 342                 k0 = K;
 343                 do p = ff_celt_pvq_u_row[--K][N];
 344                 while (p > i);
 345
 346                 i    -= p;
 347                 val   = (k0 - K + s) ^ s;
 348                 norm += val * val;
 349                 *y++  = val;
 350             }
 351         }
 352         N--;
 353     }
 354
 355     /* N == 2 */
 356     p  = 2 * K + 1;
 357     s  = -(i >= p);
 358     i -= p & s;
 359     k0 = K;
 360     K  = (i + 1) / 2;
 361
 362     if (K)
 363         i -= 2 * K - 1;
 364
 365     val   = (k0 - K + s) ^ s;
 366     norm += val * val;
 367     *y++  = val;
 368
 369     /* N==1 */
 370     s     = -i;
 371     val   = (K + s) ^ s;
 372     norm += val * val;
 373     *y    = val;
 374
 375     return norm;
 376 }
 377
 378 static inline void celt_encode_pulses(OpusRangeCoder *rc, int *y, uint32_t N, uint32_t K)
 379 {
 380     ff_opus_rc_enc_uint(rc, celt_icwrsi(N, K, y), CELT_PVQ_V(N, K));
 381 }
 382
 383 static inline float celt_decode_pulses(OpusRangeCoder *rc, int *y, uint32_t N, uint32_t K)
 384 {
 385     const uint32_t idx = ff_opus_rc_dec_uint(rc, CELT_PVQ_V(N, K));
 386     return celt_cwrsi(N, K, idx, y);
 387 }
 388
 389 /*
 390  * Faster than libopus's search, operates entirely in the signed domain.
 391  * Slightly worse/better depending on N, K and the input vector.
 392  */
 393 static void celt_pvq_search(float *X, int *y, int K, int N)
 394 {
 395     int i;
 396     float res = 0.0f, y_norm = 0.0f, xy_norm = 0.0f;
 397
 398     for (i = 0; i < N; i++)
 399         res += FFABS(X[i]);
 400
 401     res = K/res;
 402
 403     for (i = 0; i < N; i++) {
 404         y[i] = lrintf(res*X[i]);
 405         y_norm  += y[i]*y[i];
 406         xy_norm += y[i]*X[i];
 407         K -= FFABS(y[i]);
 408     }
 409
 410     while (K) {
 411         int max_idx = 0, phase = FFSIGN(K);
 412         float max_den = 1.0f, max_num = 0.0f;
 413         y_norm += 1.0f;
 414
 415         for (i = 0; i < N; i++) {
 416             float xy_new = xy_norm + 1*phase*FFABS(X[i]);
 417             float y_new  = y_norm  + 2*phase*FFABS(y[i]);
 418             xy_new = xy_new * xy_new;
 419             /* FIXME: the y[i] check makes the search slightly worse at Ks below 5 */
 420             if (y[i] && (max_den*xy_new) > (y_new*max_num)) {
 421                 max_den = y_new;
 422                 max_num = xy_new;
 423                 max_idx = i;
 424             }
 425         }
 426
 427         K -= phase;
 428
 429         phase *= FFSIGN(X[max_idx]);
 430         xy_norm += 1*phase*X[max_idx];
 431         y_norm  += 2*phase*y[max_idx];
 432         y[max_idx] += phase;
 433     }
 434 }
 435
 436 static uint32_t celt_alg_quant(OpusRangeCoder *rc, float *X, uint32_t N, uint32_t K,
 437                                enum CeltSpread spread, uint32_t blocks, float gain)
 438 {
 439     int y[176];
 440
 441     celt_exp_rotation(X, N, blocks, K, spread, 1);
 442     celt_pvq_search(X, y, K, N);
 443     celt_encode_pulses(rc, y,  N, K);
 444     return celt_extract_collapse_mask(y, N, blocks);
 445 }
 446
 447 /** Decode pulse vector and combine the result with the pitch vector to produce
 448     the final normalised signal in the current band. */
 449 static uint32_t celt_alg_unquant(OpusRangeCoder *rc, float *X, uint32_t N, uint32_t K,
 450                                  enum CeltSpread spread, uint32_t blocks, float gain)
 451 {
 452     int y[176];
 453
 454     gain /= sqrtf(celt_decode_pulses(rc, y, N, K));
 455     celt_normalize_residual(y, X, N, gain);
 456     celt_exp_rotation(X, N, blocks, K, spread, 0);
 457     return celt_extract_collapse_mask(y, N, blocks);
 458 }
 459
 460 uint32_t ff_celt_decode_band(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc, const int band,
 461                              float *X, float *Y, int N, int b, uint32_t blocks,
 462                              float *lowband, int duration, float *lowband_out, int level,
 463                              float gain, float *lowband_scratch, int fill)
 464 {
 465     const uint8_t *cache;
 466     int dualstereo, split;
 467     int imid = 0, iside = 0;
 468     uint32_t N0 = N;
 469     int N_B;
 470     int N_B0;
 471     int B0 = blocks;
 472     int time_divide = 0;
 473     int recombine = 0;
 474     int inv = 0;
 475     float mid = 0, side = 0;
 476     int longblocks = (B0 == 1);
 477     uint32_t cm = 0;
 478
 479     N_B0 = N_B = N / blocks;
 480     split = dualstereo = (Y != NULL);
 481
 482     if (N == 1) {
 483         /* special case for one sample */
 484         int i;
 485         float *x = X;
 486         for (i = 0; i <= dualstereo; i++) {
 487             int sign = 0;
 488             if (f->remaining2 >= 1<<3) {
 489                 sign           = ff_opus_rc_get_raw(rc, 1);
 490                 f->remaining2 -= 1 << 3;
 491                 b             -= 1 << 3;
 492             }
 493             x[0] = sign ? -1.0f : 1.0f;
 494             x = Y;
 495         }
 496         if (lowband_out)
 497             lowband_out[0] = X[0];
 498         return 1;
 499     }
 500
 501     if (!dualstereo && level == 0) {
 502         int tf_change = f->tf_change[band];
 503         int k;
 504         if (tf_change > 0)
 505             recombine = tf_change;
 506         /* Band recombining to increase frequency resolution */
 507
 508         if (lowband &&
 509             (recombine || ((N_B & 1) == 0 && tf_change < 0) || B0 > 1)) {
 510             int j;
 511             for (j = 0; j < N; j++)
 512                 lowband_scratch[j] = lowband[j];
 513             lowband = lowband_scratch;
 514         }
 515
 516         for (k = 0; k < recombine; k++) {
 517             if (lowband)
 518                 celt_haar1(lowband, N >> k, 1 << k);
 519             fill = ff_celt_bit_interleave[fill & 0xF] | ff_celt_bit_interleave[fill >> 4] << 2;
 520         }
 521         blocks >>= recombine;
 522         N_B <<= recombine;
 523
 524         /* Increasing the time resolution */
 525         while ((N_B & 1) == 0 && tf_change < 0) {
 526             if (lowband)
 527                 celt_haar1(lowband, N_B, blocks);
 528             fill |= fill << blocks;
 529             blocks <<= 1;
 530             N_B >>= 1;
 531             time_divide++;
 532             tf_change++;
 533         }
 534         B0 = blocks;
 535         N_B0 = N_B;
 536
 537         /* Reorganize the samples in time order instead of frequency order */
 538         if (B0 > 1 && lowband)
 539             celt_deinterleave_hadamard(f->scratch, lowband, N_B >> recombine,
 540                                        B0 << recombine, longblocks);
 541     }
 542
 543     /* If we need 1.5 more bit than we can produce, split the band in two. */
 544     cache = ff_celt_cache_bits +
 545             ff_celt_cache_index[(duration + 1) * CELT_MAX_BANDS + band];
 546     if (!dualstereo && duration >= 0 && b > cache[cache[0]] + 12 && N > 2) {
 547         N >>= 1;
 548         Y = X + N;
 549         split = 1;
 550         duration -= 1;
 551         if (blocks == 1)
 552             fill = (fill & 1) | (fill << 1);
 553         blocks = (blocks + 1) >> 1;
 554     }
 555
 556     if (split) {
 557         int qn;
 558         int itheta = 0;
 559         int mbits, sbits, delta;
 560         int qalloc;
 561         int pulse_cap;
 562         int offset;
 563         int orig_fill;
 564         int tell;
 565
 566         /* Decide on the resolution to give to the split parameter theta */
 567         pulse_cap = ff_celt_log_freq_range[band] + duration * 8;
 568         offset = (pulse_cap >> 1) - (dualstereo && N == 2 ? CELT_QTHETA_OFFSET_TWOPHASE :
 569                                                           CELT_QTHETA_OFFSET);
 570         qn = (dualstereo && band >= f->intensity_stereo) ? 1 :
 571              celt_compute_qn(N, b, offset, pulse_cap, dualstereo);
 572         tell = opus_rc_tell_frac(rc);
 573         if (qn != 1) {
 574             /* Entropy coding of the angle. We use a uniform pdf for the
 575             time split, a step for stereo, and a triangular one for the rest. */
 576             if (dualstereo && N > 2)
 577                 itheta = ff_opus_rc_dec_uint_step(rc, qn/2);
 578             else if (dualstereo || B0 > 1)
 579                 itheta = ff_opus_rc_dec_uint(rc, qn+1);
 580             else
 581                 itheta = ff_opus_rc_dec_uint_tri(rc, qn);
 582             itheta = itheta * 16384 / qn;
 583             /* NOTE: Renormalising X and Y *may* help fixed-point a bit at very high rate.
 584             Let's do that at higher complexity */
 585         } else if (dualstereo) {
 586             inv = (b > 2 << 3 && f->remaining2 > 2 << 3) ? ff_opus_rc_dec_log(rc, 2) : 0;
 587             itheta = 0;
 588         }
 589         qalloc = opus_rc_tell_frac(rc) - tell;
 590         b -= qalloc;
 591
 592         orig_fill = fill;
 593         if (itheta == 0) {
 594             imid = 32767;
 595             iside = 0;
 596             fill = av_mod_uintp2(fill, blocks);
 597             delta = -16384;
 598         } else if (itheta == 16384) {
 599             imid = 0;
 600             iside = 32767;
 601             fill &= ((1 << blocks) - 1) << blocks;
 602             delta = 16384;
 603         } else {
 604             imid = celt_cos(itheta);
 605             iside = celt_cos(16384-itheta);
 606             /* This is the mid vs side allocation that minimizes squared error
 607             in that band. */
 608             delta = ROUND_MUL16((N - 1) << 7, celt_log2tan(iside, imid));
 609         }
 610
 611         mid  = imid  / 32768.0f;
 612         side = iside / 32768.0f;
 613
 614         /* This is a special case for N=2 that only works for stereo and takes
 615         advantage of the fact that mid and side are orthogonal to encode
 616         the side with just one bit. */
 617         if (N == 2 && dualstereo) {
 618             int c;
 619             int sign = 0;
 620             float tmp;
 621             float *x2, *y2;
 622             mbits = b;
 623             /* Only need one bit for the side */
 624             sbits = (itheta != 0 && itheta != 16384) ? 1 << 3 : 0;
 625             mbits -= sbits;
 626             c = (itheta > 8192);
 627             f->remaining2 -= qalloc+sbits;
 628
 629             x2 = c ? Y : X;
 630             y2 = c ? X : Y;
 631             if (sbits)
 632                 sign = ff_opus_rc_get_raw(rc, 1);
 633             sign = 1 - 2 * sign;
 634             /* We use orig_fill here because we want to fold the side, but if
 635             itheta==16384, we'll have cleared the low bits of fill. */
 636             cm = ff_celt_decode_band(f, rc, band, x2, NULL, N, mbits, blocks,
 637                                      lowband, duration, lowband_out, level, gain,
 638                                      lowband_scratch, orig_fill);
 639             /* We don't split N=2 bands, so cm is either 1 or 0 (for a fold-collapse),
 640             and there's no need to worry about mixing with the other channel. */
 641             y2[0] = -sign * x2[1];
 642             y2[1] =  sign * x2[0];
 643             X[0] *= mid;
 644             X[1] *= mid;
 645             Y[0] *= side;
 646             Y[1] *= side;
 647             tmp = X[0];
 648             X[0] = tmp - Y[0];
 649             Y[0] = tmp + Y[0];
 650             tmp = X[1];
 651             X[1] = tmp - Y[1];
 652             Y[1] = tmp + Y[1];
 653         } else {
 654             /* "Normal" split code */
 655             float *next_lowband2     = NULL;
 656             float *next_lowband_out1 = NULL;
 657             int next_level = 0;
 658             int rebalance;
 659
 660             /* Give more bits to low-energy MDCTs than they would
 661              * otherwise deserve */
 662             if (B0 > 1 && !dualstereo && (itheta & 0x3fff)) {
 663                 if (itheta > 8192)
 664                     /* Rough approximation for pre-echo masking */
 665                     delta -= delta >> (4 - duration);
 666                 else
 667                     /* Corresponds to a forward-masking slope of
 668                      * 1.5 dB per 10 ms */
 669                     delta = FFMIN(0, delta + (N << 3 >> (5 - duration)));
 670             }
 671             mbits = av_clip((b - delta) / 2, 0, b);
 672             sbits = b - mbits;
 673             f->remaining2 -= qalloc;
 674
 675             if (lowband && !dualstereo)
 676                 next_lowband2 = lowband + N; /* >32-bit split case */
 677
 678             /* Only stereo needs to pass on lowband_out.
 679              * Otherwise, it's handled at the end */
 680             if (dualstereo)
 681                 next_lowband_out1 = lowband_out;
 682             else
 683                 next_level = level + 1;
 684
 685             rebalance = f->remaining2;
 686             if (mbits >= sbits) {
 687                 /* In stereo mode, we do not apply a scaling to the mid
 688                  * because we need the normalized mid for folding later */
 689                 cm = ff_celt_decode_band(f, rc, band, X, NULL, N, mbits, blocks,
 690                                          lowband, duration, next_lowband_out1,
 691                                          next_level, dualstereo ? 1.0f : (gain * mid),
 692                                          lowband_scratch, fill);
 693
 694                 rebalance = mbits - (rebalance - f->remaining2);
 695                 if (rebalance > 3 << 3 && itheta != 0)
 696                     sbits += rebalance - (3 << 3);
 697
 698                 /* For a stereo split, the high bits of fill are always zero,
 699                  * so no folding will be done to the side. */
 700                 cm |= ff_celt_decode_band(f, rc, band, Y, NULL, N, sbits, blocks,
 701                                           next_lowband2, duration, NULL,
 702                                           next_level, gain * side, NULL,
 703                                           fill >> blocks) << ((B0 >> 1) & (dualstereo - 1));
 704             } else {
 705                 /* For a stereo split, the high bits of fill are always zero,
 706                  * so no folding will be done to the side. */
 707                 cm = ff_celt_decode_band(f, rc, band, Y, NULL, N, sbits, blocks,
 708                                          next_lowband2, duration, NULL,
 709                                          next_level, gain * side, NULL,
 710                                          fill >> blocks) << ((B0 >> 1) & (dualstereo - 1));
 711
 712                 rebalance = sbits - (rebalance - f->remaining2);
 713                 if (rebalance > 3 << 3 && itheta != 16384)
 714                     mbits += rebalance - (3 << 3);
 715
 716                 /* In stereo mode, we do not apply a scaling to the mid because
 717                  * we need the normalized mid for folding later */
 718                 cm |= ff_celt_decode_band(f, rc, band, X, NULL, N, mbits, blocks,
 719                                           lowband, duration, next_lowband_out1,
 720                                           next_level, dualstereo ? 1.0f : (gain * mid),
 721                                           lowband_scratch, fill);
 722             }
 723         }
 724     } else {
 725         /* This is the basic no-split case */
 726         uint32_t q         = celt_bits2pulses(cache, b);
 727         uint32_t curr_bits = celt_pulses2bits(cache, q);
 728         f->remaining2 -= curr_bits;
 729
 730         /* Ensures we can never bust the budget */
 731         while (f->remaining2 < 0 && q > 0) {
 732             f->remaining2 += curr_bits;
 733             curr_bits      = celt_pulses2bits(cache, --q);
 734             f->remaining2 -= curr_bits;
 735         }
 736
 737         if (q != 0) {
 738             /* Finally do the actual quantization */
 739             cm = celt_alg_unquant(rc, X, N, (q < 8) ? q : (8 + (q & 7)) << ((q >> 3) - 1),
 740                                   f->spread, blocks, gain);
 741         } else {
 742             /* If there's no pulse, fill the band anyway */
 743             int j;
 744             uint32_t cm_mask = (1 << blocks) - 1;
 745             fill &= cm_mask;
 746             if (!fill) {
 747                 for (j = 0; j < N; j++)
 748                     X[j] = 0.0f;
 749             } else {
 750                 if (!lowband) {
 751                     /* Noise */
 752                     for (j = 0; j < N; j++)
 753                         X[j] = (((int32_t)celt_rng(f)) >> 20);
 754                     cm = cm_mask;
 755                 } else {
 756                     /* Folded spectrum */
 757                     for (j = 0; j < N; j++) {
 758                         /* About 48 dB below the "normal" folding level */
 759                         X[j] = lowband[j] + (((celt_rng(f)) & 0x8000) ? 1.0f / 256 : -1.0f / 256);
 760                     }
 761                     cm = fill;
 762                 }
 763                 celt_renormalize_vector(X, N, gain);
 764             }
 765         }
 766     }
 767
 768     /* This code is used by the decoder and by the resynthesis-enabled encoder */
 769     if (dualstereo) {
 770         int j;
 771         if (N != 2)
 772             celt_stereo_merge(X, Y, mid, N);
 773         if (inv) {
 774             for (j = 0; j < N; j++)
 775                 Y[j] *= -1;
 776         }
 777     } else if (level == 0) {
 778         int k;
 779
 780         /* Undo the sample reorganization going from time order to frequency order */
 781         if (B0 > 1)
 782             celt_interleave_hadamard(f->scratch, X, N_B>>recombine,
 783                                      B0<<recombine, longblocks);
 784
 785         /* Undo time-freq changes that we did earlier */
 786         N_B = N_B0;
 787         blocks = B0;
 788         for (k = 0; k < time_divide; k++) {
 789             blocks >>= 1;
 790             N_B <<= 1;
 791             cm |= cm >> blocks;
 792             celt_haar1(X, N_B, blocks);
 793         }
 794
 795         for (k = 0; k < recombine; k++) {
 796             cm = ff_celt_bit_deinterleave[cm];
 797             celt_haar1(X, N0>>k, 1<<k);
 798         }
 799         blocks <<= recombine;
 800
 801         /* Scale output for later folding */
 802         if (lowband_out) {
 803             int j;
 804             float n = sqrtf(N0);
 805             for (j = 0; j < N0; j++)
 806                 lowband_out[j] = n * X[j];
 807         }
 808         cm = av_mod_uintp2(cm, blocks);
 809     }
 810
 811     return cm;
 812 }
 813
 814 /* This has to be, AND MUST BE done by the psychoacoustic system, this has a very
 815  * big impact on the entire quantization and especially huge on transients */
 816 static int celt_calc_theta(const float *X, const float *Y, int coupling, int N)
 817 {
 818     int j;
 819     float e[2] = { 0.0f, 0.0f };
 820     for (j = 0; j < N; j++) {
 821         if (coupling) { /* Coupling case */
 822             e[0] += (X[j] + Y[j])*(X[j] + Y[j]);
 823             e[1] += (X[j] - Y[j])*(X[j] - Y[j]);
 824         } else {
 825             e[0] += X[j]*X[j];
 826             e[1] += Y[j]*Y[j];
 827         }
 828     }
 829     return lrintf(32768.0f*atan2f(sqrtf(e[1]), sqrtf(e[0]))/M_PI);
 830 }
 831
 832 static void celt_stereo_is_decouple(float *X, float *Y, float e_l, float e_r, int N)
 833 {
 834     int i;
 835     const float energy_n = 1.0f/(sqrtf(e_l*e_l + e_r*e_r) + FLT_EPSILON);
 836     e_l *= energy_n;
 837     e_r *= energy_n;
 838     for (i = 0; i < N; i++)
 839         X[i] = e_l*X[i] + e_r*Y[i];
 840 }
 841
 842 static void celt_stereo_ms_decouple(float *X, float *Y, int N)
 843 {
 844     int i;
 845     const float decouple_norm = 1.0f/sqrtf(2.0f);
 846     for (i = 0; i < N; i++) {
 847         const float Xret = X[i];
 848         X[i] = (X[i] + Y[i])*decouple_norm;
 849         Y[i] = (Y[i] - Xret)*decouple_norm;
 850     }
 851 }
 852
 853 uint32_t ff_celt_encode_band(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc, const int band,
 854                              float *X, float *Y, int N, int b, uint32_t blocks,
 855                              float *lowband, int duration, float *lowband_out, int level,
 856                              float gain, float *lowband_scratch, int fill)
 857 {
 858     const uint8_t *cache;
 859     int dualstereo, split;
 860     int imid = 0, iside = 0;
 861     //uint32_t N0 = N;
 862     int N_B = N / blocks;
 863     //int N_B0 = N_B;
 864     int B0 = blocks;
 865     int time_divide = 0;
 866     int recombine = 0;
 867     int inv = 0;
 868     float mid = 0, side = 0;
 869     int longblocks = (B0 == 1);
 870     uint32_t cm = 0;
 871
 872     split = dualstereo = (Y != NULL);
 873
 874     if (N == 1) {
 875         /* special case for one sample - the decoder's output will be +- 1.0f!!! */
 876         int i;
 877         float *x = X;
 878         for (i = 0; i <= dualstereo; i++) {
 879             if (f->remaining2 >= 1<<3) {
 880                 ff_opus_rc_put_raw(rc, x[0] < 0, 1);
 881                 f->remaining2 -= 1 << 3;
 882                 b             -= 1 << 3;
 883             }
 884             x = Y;
 885         }
 886         if (lowband_out)
 887             lowband_out[0] = X[0];
 888         return 1;
 889     }
 890
 891     if (!dualstereo && level == 0) {
 892         int tf_change = f->tf_change[band];
 893         int k;
 894         if (tf_change > 0)
 895             recombine = tf_change;
 896         /* Band recombining to increase frequency resolution */
 897
 898         if (lowband &&
 899             (recombine || ((N_B & 1) == 0 && tf_change < 0) || B0 > 1)) {
 900             int j;
 901             for (j = 0; j < N; j++)
 902                 lowband_scratch[j] = lowband[j];
 903             lowband = lowband_scratch;
 904         }
 905
 906         for (k = 0; k < recombine; k++) {
 907             celt_haar1(X, N >> k, 1 << k);
 908             fill = ff_celt_bit_interleave[fill & 0xF] | ff_celt_bit_interleave[fill >> 4] << 2;
 909         }
 910         blocks >>= recombine;
 911         N_B <<= recombine;
 912
 913         /* Increasing the time resolution */
 914         while ((N_B & 1) == 0 && tf_change < 0) {
 915             celt_haar1(X, N_B, blocks);
 916             fill |= fill << blocks;
 917             blocks <<= 1;
 918             N_B >>= 1;
 919             time_divide++;
 920             tf_change++;
 921         }
 922         B0 = blocks;
 923         //N_B0 = N_B;
 924
 925         /* Reorganize the samples in time order instead of frequency order */
 926         if (B0 > 1)
 927             celt_deinterleave_hadamard(f->scratch, X, N_B >> recombine,
 928                                        B0 << recombine, longblocks);
 929     }
 930
 931     /* If we need 1.5 more bit than we can produce, split the band in two. */
 932     cache = ff_celt_cache_bits +
 933             ff_celt_cache_index[(duration + 1) * CELT_MAX_BANDS + band];
 934     if (!dualstereo && duration >= 0 && b > cache[cache[0]] + 12 && N > 2) {
 935         N >>= 1;
 936         Y = X + N;
 937         split = 1;
 938         duration -= 1;
 939         if (blocks == 1)
 940             fill = (fill & 1) | (fill << 1);
 941         blocks = (blocks + 1) >> 1;
 942     }
 943
 944     if (split) {
 945         int qn;
 946         int itheta = celt_calc_theta(X, Y, dualstereo, N);
 947         int mbits, sbits, delta;
 948         int qalloc;
 949         int pulse_cap;
 950         int offset;
 951         int orig_fill;
 952         int tell;
 953
 954         /* Decide on the resolution to give to the split parameter theta */
 955         pulse_cap = ff_celt_log_freq_range[band] + duration * 8;
 956         offset = (pulse_cap >> 1) - (dualstereo && N == 2 ? CELT_QTHETA_OFFSET_TWOPHASE :
 957                                                           CELT_QTHETA_OFFSET);
 958         qn = (dualstereo && band >= f->intensity_stereo) ? 1 :
 959              celt_compute_qn(N, b, offset, pulse_cap, dualstereo);
 960         tell = opus_rc_tell_frac(rc);
 961
 962         if (qn != 1) {
 963
 964             itheta = (itheta*qn + 8192) >> 14;
 965
 966             /* Entropy coding of the angle. We use a uniform pdf for the
 967              * time split, a step for stereo, and a triangular one for the rest. */
 968             if (dualstereo && N > 2)
 969                 ff_opus_rc_enc_uint_step(rc, itheta, qn / 2);
 970             else if (dualstereo || B0 > 1)
 971                 ff_opus_rc_enc_uint(rc, itheta, qn + 1);
 972             else
 973                 ff_opus_rc_enc_uint_tri(rc, itheta, qn);
 974             itheta = itheta * 16384 / qn;
 975
 976             if (dualstereo) {
 977                 if (itheta == 0)
 978                     celt_stereo_is_decouple(X, Y, f->block[0].lin_energy[band], f->block[1].lin_energy[band], N);
 979                 else
 980                     celt_stereo_ms_decouple(X, Y, N);
 981             }
 982         } else if (dualstereo) {
 983              inv = itheta > 8192;
 984              if (inv)
 985              {
 986                 int j;
 987                 for (j=0;j<N;j++)
 988                    Y[j] = -Y[j];
 989              }
 990              celt_stereo_is_decouple(X, Y, f->block[0].lin_energy[band], f->block[1].lin_energy[band], N);
 991
 992             if (b > 2 << 3 && f->remaining2 > 2 << 3) {
 993                 ff_opus_rc_enc_log(rc, inv, 2);
 994             } else {
 995                 inv = 0;
 996             }
 997
 998             itheta = 0;
 999         }
1000         qalloc = opus_rc_tell_frac(rc) - tell;
1001         b -= qalloc;
1002
1003         orig_fill = fill;
1004         if (itheta == 0) {
1005             imid = 32767;
1006             iside = 0;
1007             fill = av_mod_uintp2(fill, blocks);
1008             delta = -16384;
1009         } else if (itheta == 16384) {
1010             imid = 0;
1011             iside = 32767;
1012             fill &= ((1 << blocks) - 1) << blocks;
1013             delta = 16384;
1014         } else {
1015             imid = celt_cos(itheta);
1016             iside = celt_cos(16384-itheta);
1017             /* This is the mid vs side allocation that minimizes squared error
1018             in that band. */
1019             delta = ROUND_MUL16((N - 1) << 7, celt_log2tan(iside, imid));
1020         }
1021
1022         mid  = imid  / 32768.0f;
1023         side = iside / 32768.0f;
1024
1025         /* This is a special case for N=2 that only works for stereo and takes
1026         advantage of the fact that mid and side are orthogonal to encode
1027         the side with just one bit. */
1028         if (N == 2 && dualstereo) {
1029             int c;
1030             int sign = 0;
1031             float tmp;
1032             float *x2, *y2;
1033             mbits = b;
1034             /* Only need one bit for the side */
1035             sbits = (itheta != 0 && itheta != 16384) ? 1 << 3 : 0;
1036             mbits -= sbits;
1037             c = (itheta > 8192);
1038             f->remaining2 -= qalloc+sbits;
1039
1040             x2 = c ? Y : X;
1041             y2 = c ? X : Y;
1042             if (sbits) {
1043                 sign = x2[0]*y2[1] - x2[1]*y2[0] < 0;
1044                 ff_opus_rc_put_raw(rc, sign, 1);
1045             }
1046             sign = 1 - 2 * sign;
1047             /* We use orig_fill here because we want to fold the side, but if
1048             itheta==16384, we'll have cleared the low bits of fill. */
1049             cm = ff_celt_encode_band(f, rc, band, x2, NULL, N, mbits, blocks,
1050                                      lowband, duration, lowband_out, level, gain,
1051                                      lowband_scratch, orig_fill);
1052             /* We don't split N=2 bands, so cm is either 1 or 0 (for a fold-collapse),
1053             and there's no need to worry about mixing with the other channel. */
1054             y2[0] = -sign * x2[1];
1055             y2[1] =  sign * x2[0];
1056             X[0] *= mid;
1057             X[1] *= mid;
1058             Y[0] *= side;
1059             Y[1] *= side;
1060             tmp = X[0];
1061             X[0] = tmp - Y[0];
1062             Y[0] = tmp + Y[0];
1063             tmp = X[1];
1064             X[1] = tmp - Y[1];
1065             Y[1] = tmp + Y[1];
1066         } else {
1067             /* "Normal" split code */
1068             float *next_lowband2     = NULL;
1069             float *next_lowband_out1 = NULL;
1070             int next_level = 0;
1071             int rebalance;
1072
1073             /* Give more bits to low-energy MDCTs than they would
1074              * otherwise deserve */
1075             if (B0 > 1 && !dualstereo && (itheta & 0x3fff)) {
1076                 if (itheta > 8192)
1077                     /* Rough approximation for pre-echo masking */
1078                     delta -= delta >> (4 - duration);
1079                 else
1080                     /* Corresponds to a forward-masking slope of
1081                      * 1.5 dB per 10 ms */
1082                     delta = FFMIN(0, delta + (N << 3 >> (5 - duration)));
1083             }
1084             mbits = av_clip((b - delta) / 2, 0, b);
1085             sbits = b - mbits;
1086             f->remaining2 -= qalloc;
1087
1088             if (lowband && !dualstereo)
1089                 next_lowband2 = lowband + N; /* >32-bit split case */
1090
1091             /* Only stereo needs to pass on lowband_out.
1092              * Otherwise, it's handled at the end */
1093             if (dualstereo)
1094                 next_lowband_out1 = lowband_out;
1095             else
1096                 next_level = level + 1;
1097
1098             rebalance = f->remaining2;
1099             if (mbits >= sbits) {
1100                 /* In stereo mode, we do not apply a scaling to the mid
1101                  * because we need the normalized mid for folding later */
1102                 cm = ff_celt_encode_band(f, rc, band, X, NULL, N, mbits, blocks,
1103                                          lowband, duration, next_lowband_out1,
1104                                          next_level, dualstereo ? 1.0f : (gain * mid),
1105                                          lowband_scratch, fill);
1106
1107                 rebalance = mbits - (rebalance - f->remaining2);
1108                 if (rebalance > 3 << 3 && itheta != 0)
1109                     sbits += rebalance - (3 << 3);
1110
1111                 /* For a stereo split, the high bits of fill are always zero,
1112                  * so no folding will be done to the side. */
1113                 cm |= ff_celt_encode_band(f, rc, band, Y, NULL, N, sbits, blocks,
1114                                           next_lowband2, duration, NULL,
1115                                           next_level, gain * side, NULL,
1116                                           fill >> blocks) << ((B0 >> 1) & (dualstereo - 1));
1117             } else {
1118                 /* For a stereo split, the high bits of fill are always zero,
1119                  * so no folding will be done to the side. */
1120                 cm = ff_celt_encode_band(f, rc, band, Y, NULL, N, sbits, blocks,
1121                                          next_lowband2, duration, NULL,
1122                                          next_level, gain * side, NULL,
1123                                          fill >> blocks) << ((B0 >> 1) & (dualstereo - 1));
1124
1125                 rebalance = sbits - (rebalance - f->remaining2);
1126                 if (rebalance > 3 << 3 && itheta != 16384)
1127                     mbits += rebalance - (3 << 3);
1128
1129                 /* In stereo mode, we do not apply a scaling to the mid because
1130                  * we need the normalized mid for folding later */
1131                 cm |= ff_celt_encode_band(f, rc, band, X, NULL, N, mbits, blocks,
1132                                           lowband, duration, next_lowband_out1,
1133                                           next_level, dualstereo ? 1.0f : (gain * mid),
1134                                           lowband_scratch, fill);
1135             }
1136         }
1137     } else {
1138         /* This is the basic no-split case */
1139         uint32_t q         = celt_bits2pulses(cache, b);
1140         uint32_t curr_bits = celt_pulses2bits(cache, q);
1141         f->remaining2 -= curr_bits;
1142
1143         /* Ensures we can never bust the budget */
1144         while (f->remaining2 < 0 && q > 0) {
1145             f->remaining2 += curr_bits;
1146             curr_bits      = celt_pulses2bits(cache, --q);
1147             f->remaining2 -= curr_bits;
1148         }
1149
1150         if (q != 0) {
1151             /* Finally do the actual quantization */
1152             cm = celt_alg_quant(rc, X, N, (q < 8) ? q : (8 + (q & 7)) << ((q >> 3) - 1),
1153                                 f->spread, blocks, gain);
1154         }
1155     }
1156
1157     return cm;
1158 }