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, 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     return idx;
 289 }
 290
 291 // this code was adapted from libopus
 292 static inline uint64_t celt_cwrsi(uint32_t N, uint32_t K, uint32_t i, int *y)
 293 {
 294     uint64_t norm = 0;
 295     uint32_t p;
 296     int s, val;
 297     int k0;
 298
 299     while (N > 2) {
 300         uint32_t q;
 301
 302         /*Lots of pulses case:*/
 303         if (K >= N) {
 304             const uint32_t *row = ff_celt_pvq_u_row[N];
 305
 306             /* Are the pulses in this dimension negative? */
 307             p  = row[K + 1];
 308             s  = -(i >= p);
 309             i -= p & s;
 310
 311             /*Count how many pulses were placed in this dimension.*/
 312             k0 = K;
 313             q = row[N];
 314             if (q > i) {
 315                 K = N;
 316                 do {
 317                     p = ff_celt_pvq_u_row[--K][N];
 318                 } while (p > i);
 319             } else
 320                 for (p = row[K]; p > i; p = row[K])
 321                     K--;
 322
 323             i    -= p;
 324             val   = (k0 - K + s) ^ s;
 325             norm += val * val;
 326             *y++  = val;
 327         } else { /*Lots of dimensions case:*/
 328             /*Are there any pulses in this dimension at all?*/
 329             p = ff_celt_pvq_u_row[K    ][N];
 330             q = ff_celt_pvq_u_row[K + 1][N];
 331
 332             if (p <= i && i < q) {
 333                 i -= p;
 334                 *y++ = 0;
 335             } else {
 336                 /*Are the pulses in this dimension negative?*/
 337                 s  = -(i >= q);
 338                 i -= q & s;
 339
 340                 /*Count how many pulses were placed in this dimension.*/
 341                 k0 = K;
 342                 do p = ff_celt_pvq_u_row[--K][N];
 343                 while (p > i);
 344
 345                 i    -= p;
 346                 val   = (k0 - K + s) ^ s;
 347                 norm += val * val;
 348                 *y++  = val;
 349             }
 350         }
 351         N--;
 352     }
 353
 354     /* N == 2 */
 355     p  = 2 * K + 1;
 356     s  = -(i >= p);
 357     i -= p & s;
 358     k0 = K;
 359     K  = (i + 1) / 2;
 360
 361     if (K)
 362         i -= 2 * K - 1;
 363
 364     val   = (k0 - K + s) ^ s;
 365     norm += val * val;
 366     *y++  = val;
 367
 368     /* N==1 */
 369     s     = -i;
 370     val   = (K + s) ^ s;
 371     norm += val * val;
 372     *y    = val;
 373
 374     return norm;
 375 }
 376
 377 static inline void celt_encode_pulses(OpusRangeCoder *rc, int *y, uint32_t N, uint32_t K)
 378 {
 379     ff_opus_rc_enc_uint(rc, celt_icwrsi(N, y), CELT_PVQ_V(N, K));
 380 }
 381
 382 static inline float celt_decode_pulses(OpusRangeCoder *rc, int *y, uint32_t N, uint32_t K)
 383 {
 384     const uint32_t idx = ff_opus_rc_dec_uint(rc, CELT_PVQ_V(N, K));
 385     return celt_cwrsi(N, K, idx, y);
 386 }
 387
 388 /*
 389  * Faster than libopus's search, operates entirely in the signed domain.
 390  * Slightly worse/better depending on N, K and the input vector.
 391  */
 392 static void celt_pvq_search(float *X, int *y, int K, int N)
 393 {
 394     int i;
 395     float res = 0.0f, y_norm = 0.0f, xy_norm = 0.0f;
 396
 397     for (i = 0; i < N; i++)
 398         res += FFABS(X[i]);
 399
 400     res = K/res;
 401
 402     for (i = 0; i < N; i++) {
 403         y[i] = lrintf(res*X[i]);
 404         y_norm  += y[i]*y[i];
 405         xy_norm += y[i]*X[i];
 406         K -= FFABS(y[i]);
 407     }
 408
 409     while (K) {
 410         int max_idx = 0, phase = FFSIGN(K);
 411         float max_den = 1.0f, max_num = 0.0f;
 412         y_norm += 1.0f;
 413
 414         for (i = 0; i < N; i++) {
 415             float xy_new = xy_norm + 1*phase*FFABS(X[i]);
 416             float y_new  = y_norm  + 2*phase*FFABS(y[i]);
 417             xy_new = xy_new * xy_new;
 418             if ((max_den*xy_new) > (y_new*max_num)) {
 419                 max_den = y_new;
 420                 max_num = xy_new;
 421                 max_idx = i;
 422             }
 423         }
 424
 425         K -= phase;
 426
 427         phase *= FFSIGN(X[max_idx]);
 428         xy_norm += 1*phase*X[max_idx];
 429         y_norm  += 2*phase*y[max_idx];
 430         y[max_idx] += phase;
 431     }
 432 }
 433
 434 static uint32_t celt_alg_quant(OpusRangeCoder *rc, float *X, uint32_t N, uint32_t K,
 435                                enum CeltSpread spread, uint32_t blocks, float gain)
 436 {
 437     int y[176];
 438
 439     celt_exp_rotation(X, N, blocks, K, spread, 1);
 440     celt_pvq_search(X, y, K, N);
 441     celt_encode_pulses(rc, y,  N, K);
 442     return celt_extract_collapse_mask(y, N, blocks);
 443 }
 444
 445 /** Decode pulse vector and combine the result with the pitch vector to produce
 446     the final normalised signal in the current band. */
 447 static uint32_t celt_alg_unquant(OpusRangeCoder *rc, float *X, uint32_t N, uint32_t K,
 448                                  enum CeltSpread spread, uint32_t blocks, float gain)
 449 {
 450     int y[176];
 451
 452     gain /= sqrtf(celt_decode_pulses(rc, y, N, K));
 453     celt_normalize_residual(y, X, N, gain);
 454     celt_exp_rotation(X, N, blocks, K, spread, 0);
 455     return celt_extract_collapse_mask(y, N, blocks);
 456 }
 457
 458 uint32_t ff_celt_decode_band(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc, const int band,
 459                              float *X, float *Y, int N, int b, uint32_t blocks,
 460                              float *lowband, int duration, float *lowband_out, int level,
 461                              float gain, float *lowband_scratch, int fill)
 462 {
 463     const uint8_t *cache;
 464     int dualstereo, split;
 465     int imid = 0, iside = 0;
 466     uint32_t N0 = N;
 467     int N_B;
 468     int N_B0;
 469     int B0 = blocks;
 470     int time_divide = 0;
 471     int recombine = 0;
 472     int inv = 0;
 473     float mid = 0, side = 0;
 474     int longblocks = (B0 == 1);
 475     uint32_t cm = 0;
 476
 477     N_B0 = N_B = N / blocks;
 478     split = dualstereo = (Y != NULL);
 479
 480     if (N == 1) {
 481         /* special case for one sample */
 482         int i;
 483         float *x = X;
 484         for (i = 0; i <= dualstereo; i++) {
 485             int sign = 0;
 486             if (f->remaining2 >= 1<<3) {
 487                 sign           = ff_opus_rc_get_raw(rc, 1);
 488                 f->remaining2 -= 1 << 3;
 489                 b             -= 1 << 3;
 490             }
 491             x[0] = sign ? -1.0f : 1.0f;
 492             x = Y;
 493         }
 494         if (lowband_out)
 495             lowband_out[0] = X[0];
 496         return 1;
 497     }
 498
 499     if (!dualstereo && level == 0) {
 500         int tf_change = f->tf_change[band];
 501         int k;
 502         if (tf_change > 0)
 503             recombine = tf_change;
 504         /* Band recombining to increase frequency resolution */
 505
 506         if (lowband &&
 507             (recombine || ((N_B & 1) == 0 && tf_change < 0) || B0 > 1)) {
 508             int j;
 509             for (j = 0; j < N; j++)
 510                 lowband_scratch[j] = lowband[j];
 511             lowband = lowband_scratch;
 512         }
 513
 514         for (k = 0; k < recombine; k++) {
 515             if (lowband)
 516                 celt_haar1(lowband, N >> k, 1 << k);
 517             fill = ff_celt_bit_interleave[fill & 0xF] | ff_celt_bit_interleave[fill >> 4] << 2;
 518         }
 519         blocks >>= recombine;
 520         N_B <<= recombine;
 521
 522         /* Increasing the time resolution */
 523         while ((N_B & 1) == 0 && tf_change < 0) {
 524             if (lowband)
 525                 celt_haar1(lowband, N_B, blocks);
 526             fill |= fill << blocks;
 527             blocks <<= 1;
 528             N_B >>= 1;
 529             time_divide++;
 530             tf_change++;
 531         }
 532         B0 = blocks;
 533         N_B0 = N_B;
 534
 535         /* Reorganize the samples in time order instead of frequency order */
 536         if (B0 > 1 && lowband)
 537             celt_deinterleave_hadamard(f->scratch, lowband, N_B >> recombine,
 538                                        B0 << recombine, longblocks);
 539     }
 540
 541     /* If we need 1.5 more bit than we can produce, split the band in two. */
 542     cache = ff_celt_cache_bits +
 543             ff_celt_cache_index[(duration + 1) * CELT_MAX_BANDS + band];
 544     if (!dualstereo && duration >= 0 && b > cache[cache[0]] + 12 && N > 2) {
 545         N >>= 1;
 546         Y = X + N;
 547         split = 1;
 548         duration -= 1;
 549         if (blocks == 1)
 550             fill = (fill & 1) | (fill << 1);
 551         blocks = (blocks + 1) >> 1;
 552     }
 553
 554     if (split) {
 555         int qn;
 556         int itheta = 0;
 557         int mbits, sbits, delta;
 558         int qalloc;
 559         int pulse_cap;
 560         int offset;
 561         int orig_fill;
 562         int tell;
 563
 564         /* Decide on the resolution to give to the split parameter theta */
 565         pulse_cap = ff_celt_log_freq_range[band] + duration * 8;
 566         offset = (pulse_cap >> 1) - (dualstereo && N == 2 ? CELT_QTHETA_OFFSET_TWOPHASE :
 567                                                           CELT_QTHETA_OFFSET);
 568         qn = (dualstereo && band >= f->intensity_stereo) ? 1 :
 569              celt_compute_qn(N, b, offset, pulse_cap, dualstereo);
 570         tell = opus_rc_tell_frac(rc);
 571         if (qn != 1) {
 572             /* Entropy coding of the angle. We use a uniform pdf for the
 573             time split, a step for stereo, and a triangular one for the rest. */
 574             if (dualstereo && N > 2)
 575                 itheta = ff_opus_rc_dec_uint_step(rc, qn/2);
 576             else if (dualstereo || B0 > 1)
 577                 itheta = ff_opus_rc_dec_uint(rc, qn+1);
 578             else
 579                 itheta = ff_opus_rc_dec_uint_tri(rc, qn);
 580             itheta = itheta * 16384 / qn;
 581             /* NOTE: Renormalising X and Y *may* help fixed-point a bit at very high rate.
 582             Let's do that at higher complexity */
 583         } else if (dualstereo) {
 584             inv = (b > 2 << 3 && f->remaining2 > 2 << 3) ? ff_opus_rc_dec_log(rc, 2) : 0;
 585             itheta = 0;
 586         }
 587         qalloc = opus_rc_tell_frac(rc) - tell;
 588         b -= qalloc;
 589
 590         orig_fill = fill;
 591         if (itheta == 0) {
 592             imid = 32767;
 593             iside = 0;
 594             fill = av_mod_uintp2(fill, blocks);
 595             delta = -16384;
 596         } else if (itheta == 16384) {
 597             imid = 0;
 598             iside = 32767;
 599             fill &= ((1 << blocks) - 1) << blocks;
 600             delta = 16384;
 601         } else {
 602             imid = celt_cos(itheta);
 603             iside = celt_cos(16384-itheta);
 604             /* This is the mid vs side allocation that minimizes squared error
 605             in that band. */
 606             delta = ROUND_MUL16((N - 1) << 7, celt_log2tan(iside, imid));
 607         }
 608
 609         mid  = imid  / 32768.0f;
 610         side = iside / 32768.0f;
 611
 612         /* This is a special case for N=2 that only works for stereo and takes
 613         advantage of the fact that mid and side are orthogonal to encode
 614         the side with just one bit. */
 615         if (N == 2 && dualstereo) {
 616             int c;
 617             int sign = 0;
 618             float tmp;
 619             float *x2, *y2;
 620             mbits = b;
 621             /* Only need one bit for the side */
 622             sbits = (itheta != 0 && itheta != 16384) ? 1 << 3 : 0;
 623             mbits -= sbits;
 624             c = (itheta > 8192);
 625             f->remaining2 -= qalloc+sbits;
 626
 627             x2 = c ? Y : X;
 628             y2 = c ? X : Y;
 629             if (sbits)
 630                 sign = ff_opus_rc_get_raw(rc, 1);
 631             sign = 1 - 2 * sign;
 632             /* We use orig_fill here because we want to fold the side, but if
 633             itheta==16384, we'll have cleared the low bits of fill. */
 634             cm = ff_celt_decode_band(f, rc, band, x2, NULL, N, mbits, blocks,
 635                                      lowband, duration, lowband_out, level, gain,
 636                                      lowband_scratch, orig_fill);
 637             /* We don't split N=2 bands, so cm is either 1 or 0 (for a fold-collapse),
 638             and there's no need to worry about mixing with the other channel. */
 639             y2[0] = -sign * x2[1];
 640             y2[1] =  sign * x2[0];
 641             X[0] *= mid;
 642             X[1] *= mid;
 643             Y[0] *= side;
 644             Y[1] *= side;
 645             tmp = X[0];
 646             X[0] = tmp - Y[0];
 647             Y[0] = tmp + Y[0];
 648             tmp = X[1];
 649             X[1] = tmp - Y[1];
 650             Y[1] = tmp + Y[1];
 651         } else {
 652             /* "Normal" split code */
 653             float *next_lowband2     = NULL;
 654             float *next_lowband_out1 = NULL;
 655             int next_level = 0;
 656             int rebalance;
 657
 658             /* Give more bits to low-energy MDCTs than they would
 659              * otherwise deserve */
 660             if (B0 > 1 && !dualstereo && (itheta & 0x3fff)) {
 661                 if (itheta > 8192)
 662                     /* Rough approximation for pre-echo masking */
 663                     delta -= delta >> (4 - duration);
 664                 else
 665                     /* Corresponds to a forward-masking slope of
 666                      * 1.5 dB per 10 ms */
 667                     delta = FFMIN(0, delta + (N << 3 >> (5 - duration)));
 668             }
 669             mbits = av_clip((b - delta) / 2, 0, b);
 670             sbits = b - mbits;
 671             f->remaining2 -= qalloc;
 672
 673             if (lowband && !dualstereo)
 674                 next_lowband2 = lowband + N; /* >32-bit split case */
 675
 676             /* Only stereo needs to pass on lowband_out.
 677              * Otherwise, it's handled at the end */
 678             if (dualstereo)
 679                 next_lowband_out1 = lowband_out;
 680             else
 681                 next_level = level + 1;
 682
 683             rebalance = f->remaining2;
 684             if (mbits >= sbits) {
 685                 /* In stereo mode, we do not apply a scaling to the mid
 686                  * because we need the normalized mid for folding later */
 687                 cm = ff_celt_decode_band(f, rc, band, X, NULL, N, mbits, blocks,
 688                                          lowband, duration, next_lowband_out1,
 689                                          next_level, dualstereo ? 1.0f : (gain * mid),
 690                                          lowband_scratch, fill);
 691
 692                 rebalance = mbits - (rebalance - f->remaining2);
 693                 if (rebalance > 3 << 3 && itheta != 0)
 694                     sbits += rebalance - (3 << 3);
 695
 696                 /* For a stereo split, the high bits of fill are always zero,
 697                  * so no folding will be done to the side. */
 698                 cm |= ff_celt_decode_band(f, rc, band, Y, NULL, N, sbits, blocks,
 699                                           next_lowband2, duration, NULL,
 700                                           next_level, gain * side, NULL,
 701                                           fill >> blocks) << ((B0 >> 1) & (dualstereo - 1));
 702             } else {
 703                 /* For a stereo split, the high bits of fill are always zero,
 704                  * so no folding will be done to the side. */
 705                 cm = ff_celt_decode_band(f, rc, band, Y, NULL, N, sbits, blocks,
 706                                          next_lowband2, duration, NULL,
 707                                          next_level, gain * side, NULL,
 708                                          fill >> blocks) << ((B0 >> 1) & (dualstereo - 1));
 709
 710                 rebalance = sbits - (rebalance - f->remaining2);
 711                 if (rebalance > 3 << 3 && itheta != 16384)
 712                     mbits += rebalance - (3 << 3);
 713
 714                 /* In stereo mode, we do not apply a scaling to the mid because
 715                  * we need the normalized mid for folding later */
 716                 cm |= ff_celt_decode_band(f, rc, band, X, NULL, N, mbits, blocks,
 717                                           lowband, duration, next_lowband_out1,
 718                                           next_level, dualstereo ? 1.0f : (gain * mid),
 719                                           lowband_scratch, fill);
 720             }
 721         }
 722     } else {
 723         /* This is the basic no-split case */
 724         uint32_t q         = celt_bits2pulses(cache, b);
 725         uint32_t curr_bits = celt_pulses2bits(cache, q);
 726         f->remaining2 -= curr_bits;
 727
 728         /* Ensures we can never bust the budget */
 729         while (f->remaining2 < 0 && q > 0) {
 730             f->remaining2 += curr_bits;
 731             curr_bits      = celt_pulses2bits(cache, --q);
 732             f->remaining2 -= curr_bits;
 733         }
 734
 735         if (q != 0) {
 736             /* Finally do the actual quantization */
 737             cm = celt_alg_unquant(rc, X, N, (q < 8) ? q : (8 + (q & 7)) << ((q >> 3) - 1),
 738                                   f->spread, blocks, gain);
 739         } else {
 740             /* If there's no pulse, fill the band anyway */
 741             int j;
 742             uint32_t cm_mask = (1 << blocks) - 1;
 743             fill &= cm_mask;
 744             if (!fill) {
 745                 for (j = 0; j < N; j++)
 746                     X[j] = 0.0f;
 747             } else {
 748                 if (!lowband) {
 749                     /* Noise */
 750                     for (j = 0; j < N; j++)
 751                         X[j] = (((int32_t)celt_rng(f)) >> 20);
 752                     cm = cm_mask;
 753                 } else {
 754                     /* Folded spectrum */
 755                     for (j = 0; j < N; j++) {
 756                         /* About 48 dB below the "normal" folding level */
 757                         X[j] = lowband[j] + (((celt_rng(f)) & 0x8000) ? 1.0f / 256 : -1.0f / 256);
 758                     }
 759                     cm = fill;
 760                 }
 761                 celt_renormalize_vector(X, N, gain);
 762             }
 763         }
 764     }
 765
 766     /* This code is used by the decoder and by the resynthesis-enabled encoder */
 767     if (dualstereo) {
 768         int j;
 769         if (N != 2)
 770             celt_stereo_merge(X, Y, mid, N);
 771         if (inv) {
 772             for (j = 0; j < N; j++)
 773                 Y[j] *= -1;
 774         }
 775     } else if (level == 0) {
 776         int k;
 777
 778         /* Undo the sample reorganization going from time order to frequency order */
 779         if (B0 > 1)
 780             celt_interleave_hadamard(f->scratch, X, N_B>>recombine,
 781                                      B0<<recombine, longblocks);
 782
 783         /* Undo time-freq changes that we did earlier */
 784         N_B = N_B0;
 785         blocks = B0;
 786         for (k = 0; k < time_divide; k++) {
 787             blocks >>= 1;
 788             N_B <<= 1;
 789             cm |= cm >> blocks;
 790             celt_haar1(X, N_B, blocks);
 791         }
 792
 793         for (k = 0; k < recombine; k++) {
 794             cm = ff_celt_bit_deinterleave[cm];
 795             celt_haar1(X, N0>>k, 1<<k);
 796         }
 797         blocks <<= recombine;
 798
 799         /* Scale output for later folding */
 800         if (lowband_out) {
 801             int j;
 802             float n = sqrtf(N0);
 803             for (j = 0; j < N0; j++)
 804                 lowband_out[j] = n * X[j];
 805         }
 806         cm = av_mod_uintp2(cm, blocks);
 807     }
 808
 809     return cm;
 810 }
 811
 812 /* This has to be, AND MUST BE done by the psychoacoustic system, this has a very
 813  * big impact on the entire quantization and especially huge on transients */
 814 static int celt_calc_theta(const float *X, const float *Y, int coupling, int N)
 815 {
 816     int j;
 817     float e[2] = { 0.0f, 0.0f };
 818     for (j = 0; j < N; j++) {
 819         if (coupling) { /* Coupling case */
 820             e[0] += (X[j] + Y[j])*(X[j] + Y[j]);
 821             e[1] += (X[j] - Y[j])*(X[j] - Y[j]);
 822         } else {
 823             e[0] += X[j]*X[j];
 824             e[1] += Y[j]*Y[j];
 825         }
 826     }
 827     return lrintf(32768.0f*atan2f(sqrtf(e[1]), sqrtf(e[0]))/M_PI);
 828 }
 829
 830 static void celt_stereo_is_decouple(float *X, float *Y, float e_l, float e_r, int N)
 831 {
 832     int i;
 833     const float energy_n = 1.0f/(sqrtf(e_l*e_l + e_r*e_r) + FLT_EPSILON);
 834     e_l *= energy_n;
 835     e_r *= energy_n;
 836     for (i = 0; i < N; i++)
 837         X[i] = e_l*X[i] + e_r*Y[i];
 838 }
 839
 840 static void celt_stereo_ms_decouple(float *X, float *Y, int N)
 841 {
 842     int i;
 843     const float decouple_norm = 1.0f/sqrtf(2.0f);
 844     for (i = 0; i < N; i++) {
 845         const float Xret = X[i];
 846         X[i] = (X[i] + Y[i])*decouple_norm;
 847         Y[i] = (Y[i] - Xret)*decouple_norm;
 848     }
 849 }
 850
 851 uint32_t ff_celt_encode_band(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc, const int band,
 852                              float *X, float *Y, int N, int b, uint32_t blocks,
 853                              float *lowband, int duration, float *lowband_out, int level,
 854                              float gain, float *lowband_scratch, int fill)
 855 {
 856     const uint8_t *cache;
 857     int dualstereo, split;
 858     int imid = 0, iside = 0;
 859     //uint32_t N0 = N;
 860     int N_B;
 861     //int N_B0;
 862     int B0 = blocks;
 863     int time_divide = 0;
 864     int recombine = 0;
 865     int inv = 0;
 866     float mid = 0, side = 0;
 867     int longblocks = (B0 == 1);
 868     uint32_t cm = 0;
 869
 870     //N_B0 = N_B = N / blocks;
 871     split = dualstereo = (Y != NULL);
 872
 873     if (N == 1) {
 874         /* special case for one sample - the decoder's output will be +- 1.0f!!! */
 875         int i;
 876         float *x = X;
 877         for (i = 0; i <= dualstereo; i++) {
 878             if (f->remaining2 >= 1<<3) {
 879                 ff_opus_rc_put_raw(rc, x[0] < 0, 1);
 880                 f->remaining2 -= 1 << 3;
 881                 b             -= 1 << 3;
 882             }
 883             x = Y;
 884         }
 885         if (lowband_out)
 886             lowband_out[0] = X[0];
 887         return 1;
 888     }
 889
 890     if (!dualstereo && level == 0) {
 891         int tf_change = f->tf_change[band];
 892         int k;
 893         if (tf_change > 0)
 894             recombine = tf_change;
 895         /* Band recombining to increase frequency resolution */
 896
 897         if (lowband &&
 898             (recombine || ((N_B & 1) == 0 && tf_change < 0) || B0 > 1)) {
 899             int j;
 900             for (j = 0; j < N; j++)
 901                 lowband_scratch[j] = lowband[j];
 902             lowband = lowband_scratch;
 903         }
 904
 905         for (k = 0; k < recombine; k++) {
 906             celt_haar1(X, N >> k, 1 << k);
 907             fill = ff_celt_bit_interleave[fill & 0xF] | ff_celt_bit_interleave[fill >> 4] << 2;
 908         }
 909         blocks >>= recombine;
 910         N_B <<= recombine;
 911
 912         /* Increasing the time resolution */
 913         while ((N_B & 1) == 0 && tf_change < 0) {
 914             celt_haar1(X, N_B, blocks);
 915             fill |= fill << blocks;
 916             blocks <<= 1;
 917             N_B >>= 1;
 918             time_divide++;
 919             tf_change++;
 920         }
 921         B0 = blocks;
 922         //N_B0 = N_B;
 923
 924         /* Reorganize the samples in time order instead of frequency order */
 925         if (B0 > 1)
 926             celt_deinterleave_hadamard(f->scratch, X, N_B >> recombine,
 927                                        B0 << recombine, longblocks);
 928     }
 929
 930     /* If we need 1.5 more bit than we can produce, split the band in two. */
 931     cache = ff_celt_cache_bits +
 932             ff_celt_cache_index[(duration + 1) * CELT_MAX_BANDS + band];
 933     if (!dualstereo && duration >= 0 && b > cache[cache[0]] + 12 && N > 2) {
 934         N >>= 1;
 935         Y = X + N;
 936         split = 1;
 937         duration -= 1;
 938         if (blocks == 1)
 939             fill = (fill & 1) | (fill << 1);
 940         blocks = (blocks + 1) >> 1;
 941     }
 942
 943     if (split) {
 944         int qn;
 945         int itheta = celt_calc_theta(X, Y, dualstereo, N);
 946         int mbits, sbits, delta;
 947         int qalloc;
 948         int pulse_cap;
 949         int offset;
 950         int orig_fill;
 951         int tell;
 952
 953         /* Decide on the resolution to give to the split parameter theta */
 954         pulse_cap = ff_celt_log_freq_range[band] + duration * 8;
 955         offset = (pulse_cap >> 1) - (dualstereo && N == 2 ? CELT_QTHETA_OFFSET_TWOPHASE :
 956                                                           CELT_QTHETA_OFFSET);
 957         qn = (dualstereo && band >= f->intensity_stereo) ? 1 :
 958              celt_compute_qn(N, b, offset, pulse_cap, dualstereo);
 959         tell = opus_rc_tell_frac(rc);
 960
 961         if (qn != 1) {
 962
 963             itheta = (itheta*qn + 8192) >> 14;
 964
 965             /* Entropy coding of the angle. We use a uniform pdf for the
 966              * time split, a step for stereo, and a triangular one for the rest. */
 967             if (dualstereo && N > 2)
 968                 ff_opus_rc_enc_uint_step(rc, itheta, qn / 2);
 969             else if (dualstereo || B0 > 1)
 970                 ff_opus_rc_enc_uint(rc, itheta, qn + 1);
 971             else
 972                 ff_opus_rc_enc_uint_tri(rc, itheta, qn);
 973             itheta = itheta * 16384 / qn;
 974
 975             if (dualstereo) {
 976                 if (itheta == 0)
 977                     celt_stereo_is_decouple(X, Y, f->block[0].lin_energy[band], f->block[1].lin_energy[band], N);
 978                 else
 979                     celt_stereo_ms_decouple(X, Y, N);
 980             }
 981         } else if (dualstereo) {
 982              inv = itheta > 8192;
 983              if (inv)
 984              {
 985                 int j;
 986                 for (j=0;j<N;j++)
 987                    Y[j] = -Y[j];
 988              }
 989              celt_stereo_is_decouple(X, Y, f->block[0].lin_energy[band], f->block[1].lin_energy[band], N);
 990
 991             if (b > 2 << 3 && f->remaining2 > 2 << 3) {
 992                 ff_opus_rc_enc_log(rc, inv, 2);
 993             } else {
 994                 inv = 0;
 995             }
 996
 997             itheta = 0;
 998         }
 999         qalloc = opus_rc_tell_frac(rc) - tell;
1000         b -= qalloc;
1001
1002         orig_fill = fill;
1003         if (itheta == 0) {
1004             imid = 32767;
1005             iside = 0;
1006             fill = av_mod_uintp2(fill, blocks);
1007             delta = -16384;
1008         } else if (itheta == 16384) {
1009             imid = 0;
1010             iside = 32767;
1011             fill &= ((1 << blocks) - 1) << blocks;
1012             delta = 16384;
1013         } else {
1014             imid = celt_cos(itheta);
1015             iside = celt_cos(16384-itheta);
1016             /* This is the mid vs side allocation that minimizes squared error
1017             in that band. */
1018             delta = ROUND_MUL16((N - 1) << 7, celt_log2tan(iside, imid));
1019         }
1020
1021         mid  = imid  / 32768.0f;
1022         side = iside / 32768.0f;
1023
1024         /* This is a special case for N=2 that only works for stereo and takes
1025         advantage of the fact that mid and side are orthogonal to encode
1026         the side with just one bit. */
1027         if (N == 2 && dualstereo) {
1028             int c;
1029             int sign = 0;
1030             float tmp;
1031             float *x2, *y2;
1032             mbits = b;
1033             /* Only need one bit for the side */
1034             sbits = (itheta != 0 && itheta != 16384) ? 1 << 3 : 0;
1035             mbits -= sbits;
1036             c = (itheta > 8192);
1037             f->remaining2 -= qalloc+sbits;
1038
1039             x2 = c ? Y : X;
1040             y2 = c ? X : Y;
1041             if (sbits) {
1042                 sign = x2[0]*y2[1] - x2[1]*y2[0] < 0;
1043                 ff_opus_rc_put_raw(rc, sign, 1);
1044             }
1045             sign = 1 - 2 * sign;
1046             /* We use orig_fill here because we want to fold the side, but if
1047             itheta==16384, we'll have cleared the low bits of fill. */
1048             cm = ff_celt_encode_band(f, rc, band, x2, NULL, N, mbits, blocks,
1049                                      lowband, duration, lowband_out, level, gain,
1050                                      lowband_scratch, orig_fill);
1051             /* We don't split N=2 bands, so cm is either 1 or 0 (for a fold-collapse),
1052             and there's no need to worry about mixing with the other channel. */
1053             y2[0] = -sign * x2[1];
1054             y2[1] =  sign * x2[0];
1055             X[0] *= mid;
1056             X[1] *= mid;
1057             Y[0] *= side;
1058             Y[1] *= side;
1059             tmp = X[0];
1060             X[0] = tmp - Y[0];
1061             Y[0] = tmp + Y[0];
1062             tmp = X[1];
1063             X[1] = tmp - Y[1];
1064             Y[1] = tmp + Y[1];
1065         } else {
1066             /* "Normal" split code */
1067             float *next_lowband2     = NULL;
1068             float *next_lowband_out1 = NULL;
1069             int next_level = 0;
1070             int rebalance;
1071
1072             /* Give more bits to low-energy MDCTs than they would
1073              * otherwise deserve */
1074             if (B0 > 1 && !dualstereo && (itheta & 0x3fff)) {
1075                 if (itheta > 8192)
1076                     /* Rough approximation for pre-echo masking */
1077                     delta -= delta >> (4 - duration);
1078                 else
1079                     /* Corresponds to a forward-masking slope of
1080                      * 1.5 dB per 10 ms */
1081                     delta = FFMIN(0, delta + (N << 3 >> (5 - duration)));
1082             }
1083             mbits = av_clip((b - delta) / 2, 0, b);
1084             sbits = b - mbits;
1085             f->remaining2 -= qalloc;
1086
1087             if (lowband && !dualstereo)
1088                 next_lowband2 = lowband + N; /* >32-bit split case */
1089
1090             /* Only stereo needs to pass on lowband_out.
1091              * Otherwise, it's handled at the end */
1092             if (dualstereo)
1093                 next_lowband_out1 = lowband_out;
1094             else
1095                 next_level = level + 1;
1096
1097             rebalance = f->remaining2;
1098             if (mbits >= sbits) {
1099                 /* In stereo mode, we do not apply a scaling to the mid
1100                  * because we need the normalized mid for folding later */
1101                 cm = ff_celt_encode_band(f, rc, band, X, NULL, N, mbits, blocks,
1102                                          lowband, duration, next_lowband_out1,
1103                                          next_level, dualstereo ? 1.0f : (gain * mid),
1104                                          lowband_scratch, fill);
1105
1106                 rebalance = mbits - (rebalance - f->remaining2);
1107                 if (rebalance > 3 << 3 && itheta != 0)
1108                     sbits += rebalance - (3 << 3);
1109
1110                 /* For a stereo split, the high bits of fill are always zero,
1111                  * so no folding will be done to the side. */
1112                 cm |= ff_celt_encode_band(f, rc, band, Y, NULL, N, sbits, blocks,
1113                                           next_lowband2, duration, NULL,
1114                                           next_level, gain * side, NULL,
1115                                           fill >> blocks) << ((B0 >> 1) & (dualstereo - 1));
1116             } else {
1117                 /* For a stereo split, the high bits of fill are always zero,
1118                  * so no folding will be done to the side. */
1119                 cm = ff_celt_encode_band(f, rc, band, Y, NULL, N, sbits, blocks,
1120                                          next_lowband2, duration, NULL,
1121                                          next_level, gain * side, NULL,
1122                                          fill >> blocks) << ((B0 >> 1) & (dualstereo - 1));
1123
1124                 rebalance = sbits - (rebalance - f->remaining2);
1125                 if (rebalance > 3 << 3 && itheta != 16384)
1126                     mbits += rebalance - (3 << 3);
1127
1128                 /* In stereo mode, we do not apply a scaling to the mid because
1129                  * we need the normalized mid for folding later */
1130                 cm |= ff_celt_encode_band(f, rc, band, X, NULL, N, mbits, blocks,
1131                                           lowband, duration, next_lowband_out1,
1132                                           next_level, dualstereo ? 1.0f : (gain * mid),
1133                                           lowband_scratch, fill);
1134             }
1135         }
1136     } else {
1137         /* This is the basic no-split case */
1138         uint32_t q         = celt_bits2pulses(cache, b);
1139         uint32_t curr_bits = celt_pulses2bits(cache, q);
1140         f->remaining2 -= curr_bits;
1141
1142         /* Ensures we can never bust the budget */
1143         while (f->remaining2 < 0 && q > 0) {
1144             f->remaining2 += curr_bits;
1145             curr_bits      = celt_pulses2bits(cache, --q);
1146             f->remaining2 -= curr_bits;
1147         }
1148
1149         if (q != 0) {
1150             /* Finally do the actual quantization */
1151             cm = celt_alg_quant(rc, X, N, (q < 8) ? q : (8 + (q & 7)) << ((q >> 3) - 1),
1152                                 f->spread, blocks, gain);
1153         }
1154     }
1155
1156     return cm;
1157 }