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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2012 Andrew D'Addesio
   3  * Copyright (c) 2013-2014 Mozilla Corporation
   4  *
   5  * This file is part of FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 /**
  23  * @file
  24  * Opus SILK decoder
  25  */
  26
  27 #include <stdint.h>
  28
  29 #include "opus.h"
  30 #include "opustab.h"
  31
  32 typedef struct SilkFrame {
  33     int coded;
  34     int log_gain;
  35     int16_t nlsf[16];
  36     float    lpc[16];
  37
  38     float output     [2 * SILK_HISTORY];
  39     float lpc_history[2 * SILK_HISTORY];
  40     int primarylag;
  41
  42     int prev_voiced;
  43 } SilkFrame;
  44
  45 struct SilkContext {
  46     AVCodecContext *avctx;
  47     int output_channels;
  48
  49     int midonly;
  50     int subframes;
  51     int sflength;
  52     int flength;
  53     int nlsf_interp_factor;
  54
  55     enum OpusBandwidth bandwidth;
  56     int wb;
  57
  58     SilkFrame frame[2];
  59     float prev_stereo_weights[2];
  60     float stereo_weights[2];
  61
  62     int prev_coded_channels;
  63 };
  64
  65 static inline void silk_stabilize_lsf(int16_t nlsf[16], int order, const uint16_t min_delta[17])
  66 {
  67     int pass, i;
  68     for (pass = 0; pass < 20; pass++) {
  69         int k, min_diff = 0;
  70         for (i = 0; i < order+1; i++) {
  71             int low  = i != 0     ? nlsf[i-1] : 0;
  72             int high = i != order ? nlsf[i]   : 32768;
  73             int diff = (high - low) - (min_delta[i]);
  74
  75             if (diff < min_diff) {
  76                 min_diff = diff;
  77                 k = i;
  78
  79                 if (pass == 20)
  80                     break;
  81             }
  82         }
  83         if (min_diff == 0) /* no issues; stabilized */
  84             return;
  85
  86         /* wiggle one or two LSFs */
  87         if (k == 0) {
  88             /* repel away from lower bound */
  89             nlsf[0] = min_delta[0];
  90         } else if (k == order) {
  91             /* repel away from higher bound */
  92             nlsf[order-1] = 32768 - min_delta[order];
  93         } else {
  94             /* repel away from current position */
  95             int min_center = 0, max_center = 32768, center_val;
  96
  97             /* lower extent */
  98             for (i = 0; i < k; i++)
  99                 min_center += min_delta[i];
 100             min_center += min_delta[k] >> 1;
 101
 102             /* upper extent */
 103             for (i = order; i > k; i--)
 104                 max_center -= min_delta[i];
 105             max_center -= min_delta[k] >> 1;
 106
 107             /* move apart */
 108             center_val = nlsf[k - 1] + nlsf[k];
 109             center_val = (center_val >> 1) + (center_val & 1); // rounded divide by 2
 110             center_val = FFMIN(max_center, FFMAX(min_center, center_val));
 111
 112             nlsf[k - 1] = center_val - (min_delta[k] >> 1);
 113             nlsf[k]     = nlsf[k - 1] + min_delta[k];
 114         }
 115     }
 116
 117     /* resort to the fall-back method, the standard method for LSF stabilization */
 118
 119     /* sort; as the LSFs should be nearly sorted, use insertion sort */
 120     for (i = 1; i < order; i++) {
 121         int j, value = nlsf[i];
 122         for (j = i - 1; j >= 0 && nlsf[j] > value; j--)
 123             nlsf[j + 1] = nlsf[j];
 124         nlsf[j + 1] = value;
 125     }
 126
 127     /* push forwards to increase distance */
 128     if (nlsf[0] < min_delta[0])
 129         nlsf[0] = min_delta[0];
 130     for (i = 1; i < order; i++)
 131         if (nlsf[i] < nlsf[i - 1] + min_delta[i])
 132             nlsf[i] = nlsf[i - 1] + min_delta[i];
 133
 134     /* push backwards to increase distance */
 135     if (nlsf[order-1] > 32768 - min_delta[order])
 136         nlsf[order-1] = 32768 - min_delta[order];
 137     for (i = order-2; i >= 0; i--)
 138         if (nlsf[i] > nlsf[i + 1] - min_delta[i+1])
 139             nlsf[i] = nlsf[i + 1] - min_delta[i+1];
 140
 141     return;
 142 }
 143
 144 static inline int silk_is_lpc_stable(const int16_t lpc[16], int order)
 145 {
 146     int k, j, DC_resp = 0;
 147     int32_t lpc32[2][16];       // Q24
 148     int totalinvgain = 1 << 30; // 1.0 in Q30
 149     int32_t *row = lpc32[0], *prevrow;
 150
 151     /* initialize the first row for the Levinson recursion */
 152     for (k = 0; k < order; k++) {
 153         DC_resp += lpc[k];
 154         row[k] = lpc[k] * 4096;
 155     }
 156
 157     if (DC_resp >= 4096)
 158         return 0;
 159
 160     /* check if prediction gain pushes any coefficients too far */
 161     for (k = order - 1; 1; k--) {
 162         int rc;      // Q31; reflection coefficient
 163         int gaindiv; // Q30; inverse of the gain (the divisor)
 164         int gain;    // gain for this reflection coefficient
 165         int fbits;   // fractional bits used for the gain
 166         int error;   // Q29; estimate of the error of our partial estimate of 1/gaindiv
 167
 168         if (FFABS(row[k]) > 16773022)
 169             return 0;
 170
 171         rc      = -(row[k] * 128);
 172         gaindiv = (1 << 30) - MULH(rc, rc);
 173
 174         totalinvgain = MULH(totalinvgain, gaindiv) << 2;
 175         if (k == 0)
 176             return (totalinvgain >= 107374);
 177
 178         /* approximate 1.0/gaindiv */
 179         fbits = opus_ilog(gaindiv);
 180         gain  = ((1 << 29) - 1) / (gaindiv >> (fbits + 1 - 16)); // Q<fbits-16>
 181         error = (1 << 29) - MULL(gaindiv << (15 + 16 - fbits), gain, 16);
 182         gain  = ((gain << 16) + (error * gain >> 13));
 183
 184         /* switch to the next row of the LPC coefficients */
 185         prevrow = row;
 186         row = lpc32[k & 1];
 187
 188         for (j = 0; j < k; j++) {
 189             int x = prevrow[j] - ROUND_MULL(prevrow[k - j - 1], rc, 31);
 190             row[j] = ROUND_MULL(x, gain, fbits);
 191         }
 192     }
 193 }
 194
 195 static void silk_lsp2poly(const int32_t lsp[16], int32_t pol[16], int half_order)
 196 {
 197     int i, j;
 198
 199     pol[0] = 65536; // 1.0 in Q16
 200     pol[1] = -lsp[0];
 201
 202     for (i = 1; i < half_order; i++) {
 203         pol[i + 1] = pol[i - 1] * 2 - ROUND_MULL(lsp[2 * i], pol[i], 16);
 204         for (j = i; j > 1; j--)
 205             pol[j] += pol[j - 2] - ROUND_MULL(lsp[2 * i], pol[j - 1], 16);
 206
 207         pol[1] -= lsp[2 * i];
 208     }
 209 }
 210
 211 static void silk_lsf2lpc(const int16_t nlsf[16], float lpcf[16], int order)
 212 {
 213     int i, k;
 214     int32_t lsp[16];     // Q17; 2*cos(LSF)
 215     int32_t p[9], q[9];  // Q16
 216     int32_t lpc32[16];   // Q17
 217     int16_t lpc[16];     // Q12
 218
 219     /* convert the LSFs to LSPs, i.e. 2*cos(LSF) */
 220     for (k = 0; k < order; k++) {
 221         int index = nlsf[k] >> 8;
 222         int offset = nlsf[k] & 255;
 223         int k2 = (order == 10) ? ff_silk_lsf_ordering_nbmb[k] : ff_silk_lsf_ordering_wb[k];
 224
 225         /* interpolate and round */
 226         lsp[k2]  = ff_silk_cosine[index] * 256;
 227         lsp[k2] += (ff_silk_cosine[index + 1] - ff_silk_cosine[index]) * offset;
 228         lsp[k2]  = (lsp[k2] + 4) >> 3;
 229     }
 230
 231     silk_lsp2poly(lsp    , p, order >> 1);
 232     silk_lsp2poly(lsp + 1, q, order >> 1);
 233
 234     /* reconstruct A(z) */
 235     for (k = 0; k < order>>1; k++) {
 236         lpc32[k]         = -p[k + 1] - p[k] - q[k + 1] + q[k];
 237         lpc32[order-k-1] = -p[k + 1] - p[k] + q[k + 1] - q[k];
 238     }
 239
 240     /* limit the range of the LPC coefficients to each fit within an int16_t */
 241     for (i = 0; i < 10; i++) {
 242         int j;
 243         unsigned int maxabs = 0;
 244         for (j = 0, k = 0; j < order; j++) {
 245             unsigned int x = FFABS(lpc32[k]);
 246             if (x > maxabs) {
 247                 maxabs = x; // Q17
 248                 k      = j;
 249             }
 250         }
 251
 252         maxabs = (maxabs + 16) >> 5; // convert to Q12
 253
 254         if (maxabs > 32767) {
 255             /* perform bandwidth expansion */
 256             unsigned int chirp, chirp_base; // Q16
 257             maxabs = FFMIN(maxabs, 163838); // anything above this overflows chirp's numerator
 258             chirp_base = chirp = 65470 - ((maxabs - 32767) << 14) / ((maxabs * (k+1)) >> 2);
 259
 260             for (k = 0; k < order; k++) {
 261                 lpc32[k] = ROUND_MULL(lpc32[k], chirp, 16);
 262                 chirp    = (chirp_base * chirp + 32768) >> 16;
 263             }
 264         } else break;
 265     }
 266
 267     if (i == 10) {
 268         /* time's up: just clamp */
 269         for (k = 0; k < order; k++) {
 270             int x = (lpc32[k] + 16) >> 5;
 271             lpc[k] = av_clip_int16(x);
 272             lpc32[k] = lpc[k] << 5; // shortcut mandated by the spec; drops lower 5 bits
 273         }
 274     } else {
 275         for (k = 0; k < order; k++)
 276             lpc[k] = (lpc32[k] + 16) >> 5;
 277     }
 278
 279     /* if the prediction gain causes the LPC filter to become unstable,
 280        apply further bandwidth expansion on the Q17 coefficients */
 281     for (i = 1; i <= 16 && !silk_is_lpc_stable(lpc, order); i++) {
 282         unsigned int chirp, chirp_base;
 283         chirp_base = chirp = 65536 - (1 << i);
 284
 285         for (k = 0; k < order; k++) {
 286             lpc32[k] = ROUND_MULL(lpc32[k], chirp, 16);
 287             lpc[k]   = (lpc32[k] + 16) >> 5;
 288             chirp    = (chirp_base * chirp + 32768) >> 16;
 289         }
 290     }
 291
 292     for (i = 0; i < order; i++)
 293         lpcf[i] = lpc[i] / 4096.0f;
 294 }
 295
 296 static inline void silk_decode_lpc(SilkContext *s, SilkFrame *frame,
 297                                    OpusRangeCoder *rc,
 298                                    float lpc_leadin[16], float lpc[16],
 299                                    int *lpc_order, int *has_lpc_leadin, int voiced)
 300 {
 301     int i;
 302     int order;                   // order of the LP polynomial; 10 for NB/MB and 16 for WB
 303     int8_t  lsf_i1, lsf_i2[16];  // stage-1 and stage-2 codebook indices
 304     int16_t lsf_res[16];         // residual as a Q10 value
 305     int16_t nlsf[16];            // Q15
 306
 307     *lpc_order = order = s->wb ? 16 : 10;
 308
 309     /* obtain LSF stage-1 and stage-2 indices */
 310     lsf_i1 = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_lsf_s1[s->wb][voiced]);
 311     for (i = 0; i < order; i++) {
 312         int index = s->wb ? ff_silk_lsf_s2_model_sel_wb  [lsf_i1][i] :
 313                             ff_silk_lsf_s2_model_sel_nbmb[lsf_i1][i];
 314         lsf_i2[i] = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_lsf_s2[index]) - 4;
 315         if (lsf_i2[i] == -4)
 316             lsf_i2[i] -= ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_lsf_s2_ext);
 317         else if (lsf_i2[i] == 4)
 318             lsf_i2[i] += ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_lsf_s2_ext);
 319     }
 320
 321     /* reverse the backwards-prediction step */
 322     for (i = order - 1; i >= 0; i--) {
 323         int qstep = s->wb ? 9830 : 11796;
 324
 325         lsf_res[i] = lsf_i2[i] * 1024;
 326         if (lsf_i2[i] < 0)      lsf_res[i] += 102;
 327         else if (lsf_i2[i] > 0) lsf_res[i] -= 102;
 328         lsf_res[i] = (lsf_res[i] * qstep) >> 16;
 329
 330         if (i + 1 < order) {
 331             int weight = s->wb ? ff_silk_lsf_pred_weights_wb  [ff_silk_lsf_weight_sel_wb  [lsf_i1][i]][i] :
 332                                  ff_silk_lsf_pred_weights_nbmb[ff_silk_lsf_weight_sel_nbmb[lsf_i1][i]][i];
 333             lsf_res[i] += (lsf_res[i+1] * weight) >> 8;
 334         }
 335     }
 336
 337     /* reconstruct the NLSF coefficients from the supplied indices */
 338     for (i = 0; i < order; i++) {
 339         const uint8_t * codebook = s->wb ? ff_silk_lsf_codebook_wb  [lsf_i1] :
 340                                            ff_silk_lsf_codebook_nbmb[lsf_i1];
 341         int cur, prev, next, weight_sq, weight, ipart, fpart, y, value;
 342
 343         /* find the weight of the residual */
 344         /* TODO: precompute */
 345         cur = codebook[i];
 346         prev = i ? codebook[i - 1] : 0;
 347         next = i + 1 < order ? codebook[i + 1] : 256;
 348         weight_sq = (1024 / (cur - prev) + 1024 / (next - cur)) << 16;
 349
 350         /* approximate square-root with mandated fixed-point arithmetic */
 351         ipart = opus_ilog(weight_sq);
 352         fpart = (weight_sq >> (ipart-8)) & 127;
 353         y = ((ipart & 1) ? 32768 : 46214) >> ((32 - ipart)>>1);
 354         weight = y + ((213 * fpart * y) >> 16);
 355
 356         value = cur * 128 + (lsf_res[i] * 16384) / weight;
 357         nlsf[i] = av_clip_uintp2(value, 15);
 358     }
 359
 360     /* stabilize the NLSF coefficients */
 361     silk_stabilize_lsf(nlsf, order, s->wb ? ff_silk_lsf_min_spacing_wb :
 362                                             ff_silk_lsf_min_spacing_nbmb);
 363
 364     /* produce an interpolation for the first 2 subframes, */
 365     /* and then convert both sets of NLSFs to LPC coefficients */
 366     *has_lpc_leadin = 0;
 367     if (s->subframes == 4) {
 368         int offset = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_lsf_interpolation_offset);
 369         if (offset != 4 && frame->coded) {
 370             *has_lpc_leadin = 1;
 371             if (offset != 0) {
 372                 int16_t nlsf_leadin[16];
 373                 for (i = 0; i < order; i++)
 374                     nlsf_leadin[i] = frame->nlsf[i] +
 375                         ((nlsf[i] - frame->nlsf[i]) * offset >> 2);
 376                 silk_lsf2lpc(nlsf_leadin, lpc_leadin, order);
 377             } else  /* avoid re-computation for a (roughly) 1-in-4 occurrence */
 378                 memcpy(lpc_leadin, frame->lpc, 16 * sizeof(float));
 379         } else
 380             offset = 4;
 381         s->nlsf_interp_factor = offset;
 382
 383         silk_lsf2lpc(nlsf, lpc, order);
 384     } else {
 385         s->nlsf_interp_factor = 4;
 386         silk_lsf2lpc(nlsf, lpc, order);
 387     }
 388
 389     memcpy(frame->nlsf, nlsf, order * sizeof(nlsf[0]));
 390     memcpy(frame->lpc,  lpc,  order * sizeof(lpc[0]));
 391 }
 392
 393 static inline void silk_count_children(OpusRangeCoder *rc, int model, int32_t total,
 394                                        int32_t child[2])
 395 {
 396     if (total != 0) {
 397         child[0] = ff_opus_rc_dec_cdf(rc,
 398                        ff_silk_model_pulse_location[model] + (((total - 1 + 5) * (total - 1)) >> 1));
 399         child[1] = total - child[0];
 400     } else {
 401         child[0] = 0;
 402         child[1] = 0;
 403     }
 404 }
 405
 406 static inline void silk_decode_excitation(SilkContext *s, OpusRangeCoder *rc,
 407                                           float* excitationf,
 408                                           int qoffset_high, int active, int voiced)
 409 {
 410     int i;
 411     uint32_t seed;
 412     int shellblocks;
 413     int ratelevel;
 414     uint8_t pulsecount[20];     // total pulses in each shell block
 415     uint8_t lsbcount[20] = {0}; // raw lsbits defined for each pulse in each shell block
 416     int32_t excitation[320];    // Q23
 417
 418     /* excitation parameters */
 419     seed = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_lcg_seed);
 420     shellblocks = ff_silk_shell_blocks[s->bandwidth][s->subframes >> 2];
 421     ratelevel = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_exc_rate[voiced]);
 422
 423     for (i = 0; i < shellblocks; i++) {
 424         pulsecount[i] = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_pulse_count[ratelevel]);
 425         if (pulsecount[i] == 17) {
 426             while (pulsecount[i] == 17 && ++lsbcount[i] != 10)
 427                 pulsecount[i] = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_pulse_count[9]);
 428             if (lsbcount[i] == 10)
 429                 pulsecount[i] = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_pulse_count[10]);
 430         }
 431     }
 432
 433     /* decode pulse locations using PVQ */
 434     for (i = 0; i < shellblocks; i++) {
 435         if (pulsecount[i] != 0) {
 436             int a, b, c, d;
 437             int32_t * location = excitation + 16*i;
 438             int32_t branch[4][2];
 439             branch[0][0] = pulsecount[i];
 440
 441             /* unrolled tail recursion */
 442             for (a = 0; a < 1; a++) {
 443                 silk_count_children(rc, 0, branch[0][a], branch[1]);
 444                 for (b = 0; b < 2; b++) {
 445                     silk_count_children(rc, 1, branch[1][b], branch[2]);
 446                     for (c = 0; c < 2; c++) {
 447                         silk_count_children(rc, 2, branch[2][c], branch[3]);
 448                         for (d = 0; d < 2; d++) {
 449                             silk_count_children(rc, 3, branch[3][d], location);
 450                             location += 2;
 451                         }
 452                     }
 453                 }
 454             }
 455         } else
 456             memset(excitation + 16*i, 0, 16*sizeof(int32_t));
 457     }
 458
 459     /* decode least significant bits */
 460     for (i = 0; i < shellblocks << 4; i++) {
 461         int bit;
 462         for (bit = 0; bit < lsbcount[i >> 4]; bit++)
 463             excitation[i] = (excitation[i] << 1) |
 464                             ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_excitation_lsb);
 465     }
 466
 467     /* decode signs */
 468     for (i = 0; i < shellblocks << 4; i++) {
 469         if (excitation[i] != 0) {
 470             int sign = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_excitation_sign[active +
 471                                          voiced][qoffset_high][FFMIN(pulsecount[i >> 4], 6)]);
 472             if (sign == 0)
 473                 excitation[i] *= -1;
 474         }
 475     }
 476
 477     /* assemble the excitation */
 478     for (i = 0; i < shellblocks << 4; i++) {
 479         int value = excitation[i];
 480         excitation[i] = value * 256 | ff_silk_quant_offset[voiced][qoffset_high];
 481         if (value < 0)      excitation[i] += 20;
 482         else if (value > 0) excitation[i] -= 20;
 483
 484         /* invert samples pseudorandomly */
 485         seed = 196314165 * seed + 907633515;
 486         if (seed & 0x80000000)
 487             excitation[i] *= -1;
 488         seed += value;
 489
 490         excitationf[i] = excitation[i] / 8388608.0f;
 491     }
 492 }
 493
 494 /** Maximum residual history according to 4.2.7.6.1 */
 495 #define SILK_MAX_LAG  (288 + LTP_ORDER / 2)
 496
 497 /** Order of the LTP filter */
 498 #define LTP_ORDER 5
 499
 500 static void silk_decode_frame(SilkContext *s, OpusRangeCoder *rc,
 501                               int frame_num, int channel, int coded_channels, int active, int active1)
 502 {
 503     /* per frame */
 504     int voiced;       // combines with active to indicate inactive, active, or active+voiced
 505     int qoffset_high;
 506     int order;                             // order of the LPC coefficients
 507     float lpc_leadin[16], lpc_body[16], residual[SILK_MAX_LAG + SILK_HISTORY];
 508     int has_lpc_leadin;
 509     float ltpscale;
 510
 511     /* per subframe */
 512     struct {
 513         float gain;
 514         int pitchlag;
 515         float ltptaps[5];
 516     } sf[4];
 517
 518     SilkFrame * const frame = s->frame + channel;
 519
 520     int i;
 521
 522     /* obtain stereo weights */
 523     if (coded_channels == 2 && channel == 0) {
 524         int n, wi[2], ws[2], w[2];
 525         n     = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_stereo_s1);
 526         wi[0] = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_stereo_s2) + 3 * (n / 5);
 527         ws[0] = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_stereo_s3);
 528         wi[1] = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_stereo_s2) + 3 * (n % 5);
 529         ws[1] = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_stereo_s3);
 530
 531         for (i = 0; i < 2; i++)
 532             w[i] = ff_silk_stereo_weights[wi[i]] +
 533                    (((ff_silk_stereo_weights[wi[i] + 1] - ff_silk_stereo_weights[wi[i]]) * 6554) >> 16)
 534                     * (ws[i]*2 + 1);
 535
 536         s->stereo_weights[0] = (w[0] - w[1]) / 8192.0;
 537         s->stereo_weights[1] = w[1]          / 8192.0;
 538
 539         /* and read the mid-only flag */
 540         s->midonly = active1 ? 0 : ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_mid_only);
 541     }
 542
 543     /* obtain frame type */
 544     if (!active) {
 545         qoffset_high = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_frame_type_inactive);
 546         voiced = 0;
 547     } else {
 548         int type = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_frame_type_active);
 549         qoffset_high = type & 1;
 550         voiced = type >> 1;
 551     }
 552
 553     /* obtain subframe quantization gains */
 554     for (i = 0; i < s->subframes; i++) {
 555         int log_gain;     //Q7
 556         int ipart, fpart, lingain;
 557
 558         if (i == 0 && (frame_num == 0 || !frame->coded)) {
 559             /* gain is coded absolute */
 560             int x = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_gain_highbits[active + voiced]);
 561             log_gain = (x<<3) | ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_gain_lowbits);
 562
 563             if (frame->coded)
 564                 log_gain = FFMAX(log_gain, frame->log_gain - 16);
 565         } else {
 566             /* gain is coded relative */
 567             int delta_gain = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_gain_delta);
 568             log_gain = av_clip_uintp2(FFMAX((delta_gain<<1) - 16,
 569                                      frame->log_gain + delta_gain - 4), 6);
 570         }
 571
 572         frame->log_gain = log_gain;
 573
 574         /* approximate 2**(x/128) with a Q7 (i.e. non-integer) input */
 575         log_gain = (log_gain * 0x1D1C71 >> 16) + 2090;
 576         ipart = log_gain >> 7;
 577         fpart = log_gain & 127;
 578         lingain = (1 << ipart) + ((-174 * fpart * (128-fpart) >>16) + fpart) * ((1<<ipart) >> 7);
 579         sf[i].gain = lingain / 65536.0f;
 580     }
 581
 582     /* obtain LPC filter coefficients */
 583     silk_decode_lpc(s, frame, rc, lpc_leadin, lpc_body, &order, &has_lpc_leadin, voiced);
 584
 585     /* obtain pitch lags, if this is a voiced frame */
 586     if (voiced) {
 587         int lag_absolute = (!frame_num || !frame->prev_voiced);
 588         int primarylag;         // primary pitch lag for the entire SILK frame
 589         int ltpfilter;
 590         const int8_t * offsets;
 591
 592         if (!lag_absolute) {
 593             int delta = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_pitch_delta);
 594             if (delta)
 595                 primarylag = frame->primarylag + delta - 9;
 596             else
 597                 lag_absolute = 1;
 598         }
 599
 600         if (lag_absolute) {
 601             /* primary lag is coded absolute */
 602             int highbits, lowbits;
 603             static const uint16_t *model[] = {
 604                 ff_silk_model_pitch_lowbits_nb, ff_silk_model_pitch_lowbits_mb,
 605                 ff_silk_model_pitch_lowbits_wb
 606             };
 607             highbits = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_pitch_highbits);
 608             lowbits  = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, model[s->bandwidth]);
 609
 610             primarylag = ff_silk_pitch_min_lag[s->bandwidth] +
 611                          highbits*ff_silk_pitch_scale[s->bandwidth] + lowbits;
 612         }
 613         frame->primarylag = primarylag;
 614
 615         if (s->subframes == 2)
 616             offsets = (s->bandwidth == OPUS_BANDWIDTH_NARROWBAND)
 617                      ? ff_silk_pitch_offset_nb10ms[ff_opus_rc_dec_cdf(rc,
 618                                                 ff_silk_model_pitch_contour_nb10ms)]
 619                      : ff_silk_pitch_offset_mbwb10ms[ff_opus_rc_dec_cdf(rc,
 620                                                 ff_silk_model_pitch_contour_mbwb10ms)];
 621         else
 622             offsets = (s->bandwidth == OPUS_BANDWIDTH_NARROWBAND)
 623                      ? ff_silk_pitch_offset_nb20ms[ff_opus_rc_dec_cdf(rc,
 624                                                 ff_silk_model_pitch_contour_nb20ms)]
 625                      : ff_silk_pitch_offset_mbwb20ms[ff_opus_rc_dec_cdf(rc,
 626                                                 ff_silk_model_pitch_contour_mbwb20ms)];
 627
 628         for (i = 0; i < s->subframes; i++)
 629             sf[i].pitchlag = av_clip(primarylag + offsets[i],
 630                                      ff_silk_pitch_min_lag[s->bandwidth],
 631                                      ff_silk_pitch_max_lag[s->bandwidth]);
 632
 633         /* obtain LTP filter coefficients */
 634         ltpfilter = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_silk_model_ltp_filter);
 635         for (i = 0; i < s->subframes; i++) {
 636             int index, j;
 637             static const uint16_t *filter_sel[] = {
 638                 ff_silk_model_ltp_filter0_sel, ff_silk_model_ltp_filter1_sel,
 639                 ff_silk_model_ltp_filter2_sel
 640             };
 641             static const int8_t (*filter_taps[])[5] = {
 642                 ff_silk_ltp_filter0_taps, ff_silk_ltp_filter1_taps, ff_silk_ltp_filter2_taps
 643             };
 644             index = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, filter_sel[ltpfilter]);
 645             for (j = 0; j < 5; j++)
 646                 sf[i].ltptaps[j] = filter_taps[ltpfilter][index][j] / 128.0f;
 647         }
 648     }
 649
 650     /* obtain LTP scale factor */
 651     if (voiced && frame_num == 0)
 652         ltpscale = ff_silk_ltp_scale_factor[ff_opus_rc_dec_cdf(rc,
 653                                          ff_silk_model_ltp_scale_index)] / 16384.0f;
 654     else ltpscale = 15565.0f/16384.0f;
 655
 656     /* generate the excitation signal for the entire frame */
 657     silk_decode_excitation(s, rc, residual + SILK_MAX_LAG, qoffset_high,
 658                            active, voiced);
 659
 660     /* skip synthesising the side channel if we want mono-only */
 661     if (s->output_channels == channel)
 662         return;
 663
 664     /* generate the output signal */
 665     for (i = 0; i < s->subframes; i++) {
 666         const float * lpc_coeff = (i < 2 && has_lpc_leadin) ? lpc_leadin : lpc_body;
 667         float *dst    = frame->output      + SILK_HISTORY + i * s->sflength;
 668         float *resptr = residual           + SILK_MAX_LAG + i * s->sflength;
 669         float *lpc    = frame->lpc_history + SILK_HISTORY + i * s->sflength;
 670         float sum;
 671         int j, k;
 672
 673         if (voiced) {
 674             int out_end;
 675             float scale;
 676
 677             if (i < 2 || s->nlsf_interp_factor == 4) {
 678                 out_end = -i * s->sflength;
 679                 scale   = ltpscale;
 680             } else {
 681                 out_end = -(i - 2) * s->sflength;
 682                 scale   = 1.0f;
 683             }
 684
 685             /* when the LPC coefficients change, a re-whitening filter is used */
 686             /* to produce a residual that accounts for the change */
 687             for (j = - sf[i].pitchlag - LTP_ORDER/2; j < out_end; j++) {
 688                 sum = dst[j];
 689                 for (k = 0; k < order; k++)
 690                     sum -= lpc_coeff[k] * dst[j - k - 1];
 691                 resptr[j] = av_clipf(sum, -1.0f, 1.0f) * scale / sf[i].gain;
 692             }
 693
 694             if (out_end) {
 695                 float rescale = sf[i-1].gain / sf[i].gain;
 696                 for (j = out_end; j < 0; j++)
 697                     resptr[j] *= rescale;
 698             }
 699
 700             /* LTP synthesis */
 701             for (j = 0; j < s->sflength; j++) {
 702                 sum = resptr[j];
 703                 for (k = 0; k < LTP_ORDER; k++)
 704                     sum += sf[i].ltptaps[k] * resptr[j - sf[i].pitchlag + LTP_ORDER/2 - k];
 705                 resptr[j] = sum;
 706             }
 707         }
 708
 709         /* LPC synthesis */
 710         for (j = 0; j < s->sflength; j++) {
 711             sum = resptr[j] * sf[i].gain;
 712             for (k = 1; k <= order; k++)
 713                 sum += lpc_coeff[k - 1] * lpc[j - k];
 714
 715             lpc[j] = sum;
 716             dst[j] = av_clipf(sum, -1.0f, 1.0f);
 717         }
 718     }
 719
 720     frame->prev_voiced = voiced;
 721     memmove(frame->lpc_history, frame->lpc_history + s->flength, SILK_HISTORY * sizeof(float));
 722     memmove(frame->output,      frame->output      + s->flength, SILK_HISTORY * sizeof(float));
 723
 724     frame->coded = 1;
 725 }
 726
 727 static void silk_unmix_ms(SilkContext *s, float *l, float *r)
 728 {
 729     float *mid    = s->frame[0].output + SILK_HISTORY - s->flength;
 730     float *side   = s->frame[1].output + SILK_HISTORY - s->flength;
 731     float w0_prev = s->prev_stereo_weights[0];
 732     float w1_prev = s->prev_stereo_weights[1];
 733     float w0      = s->stereo_weights[0];
 734     float w1      = s->stereo_weights[1];
 735     int n1        = ff_silk_stereo_interp_len[s->bandwidth];
 736     int i;
 737
 738     for (i = 0; i < n1; i++) {
 739         float interp0 = w0_prev + i * (w0 - w0_prev) / n1;
 740         float interp1 = w1_prev + i * (w1 - w1_prev) / n1;
 741         float p0      = 0.25 * (mid[i - 2] + 2 * mid[i - 1] + mid[i]);
 742
 743         l[i] = av_clipf((1 + interp1) * mid[i - 1] + side[i - 1] + interp0 * p0, -1.0, 1.0);
 744         r[i] = av_clipf((1 - interp1) * mid[i - 1] - side[i - 1] - interp0 * p0, -1.0, 1.0);
 745     }
 746
 747     for (; i < s->flength; i++) {
 748         float p0 = 0.25 * (mid[i - 2] + 2 * mid[i - 1] + mid[i]);
 749
 750         l[i] = av_clipf((1 + w1) * mid[i - 1] + side[i - 1] + w0 * p0, -1.0, 1.0);
 751         r[i] = av_clipf((1 - w1) * mid[i - 1] - side[i - 1] - w0 * p0, -1.0, 1.0);
 752     }
 753
 754     memcpy(s->prev_stereo_weights, s->stereo_weights, sizeof(s->stereo_weights));
 755 }
 756
 757 static void silk_flush_frame(SilkFrame *frame)
 758 {
 759     if (!frame->coded)
 760         return;
 761
 762     memset(frame->output,      0, sizeof(frame->output));
 763     memset(frame->lpc_history, 0, sizeof(frame->lpc_history));
 764
 765     memset(frame->lpc,  0, sizeof(frame->lpc));
 766     memset(frame->nlsf, 0, sizeof(frame->nlsf));
 767
 768     frame->log_gain = 0;
 769
 770     frame->primarylag  = 0;
 771     frame->prev_voiced = 0;
 772     frame->coded       = 0;
 773 }
 774
 775 int ff_silk_decode_superframe(SilkContext *s, OpusRangeCoder *rc,
 776                               float *output[2],
 777                               enum OpusBandwidth bandwidth,
 778                               int coded_channels,
 779                               int duration_ms)
 780 {
 781     int active[2][6], redundancy[2];
 782     int nb_frames, i, j;
 783
 784     if (bandwidth > OPUS_BANDWIDTH_WIDEBAND ||
 785         coded_channels > 2 || duration_ms > 60) {
 786         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid parameters passed "
 787                "to the SILK decoder.\n");
 788         return AVERROR(EINVAL);
 789     }
 790
 791     nb_frames = 1 + (duration_ms > 20) + (duration_ms > 40);
 792     s->subframes = duration_ms / nb_frames / 5;         // 5ms subframes
 793     s->sflength  = 20 * (bandwidth + 2);
 794     s->flength   = s->sflength * s->subframes;
 795     s->bandwidth = bandwidth;
 796     s->wb        = bandwidth == OPUS_BANDWIDTH_WIDEBAND;
 797
 798     /* make sure to flush the side channel when switching from mono to stereo */
 799     if (coded_channels > s->prev_coded_channels)
 800         silk_flush_frame(&s->frame[1]);
 801     s->prev_coded_channels = coded_channels;
 802
 803     /* read the LP-layer header bits */
 804     for (i = 0; i < coded_channels; i++) {
 805         for (j = 0; j < nb_frames; j++)
 806             active[i][j] = ff_opus_rc_dec_log(rc, 1);
 807
 808         redundancy[i] = ff_opus_rc_dec_log(rc, 1);
 809         if (redundancy[i]) {
 810             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "LBRR frames present; this is unsupported\n");
 811             return AVERROR_PATCHWELCOME;
 812         }
 813     }
 814
 815     for (i = 0; i < nb_frames; i++) {
 816         for (j = 0; j < coded_channels && !s->midonly; j++)
 817             silk_decode_frame(s, rc, i, j, coded_channels, active[j][i], active[1][i]);
 818
 819         /* reset the side channel if it is not coded */
 820         if (s->midonly && s->frame[1].coded)
 821             silk_flush_frame(&s->frame[1]);
 822
 823         if (coded_channels == 1 || s->output_channels == 1) {
 824             for (j = 0; j < s->output_channels; j++) {
 825                 memcpy(output[j] + i * s->flength,
 826                        s->frame[0].output + SILK_HISTORY - s->flength - 2,
 827                        s->flength * sizeof(float));
 828             }
 829         } else {
 830             silk_unmix_ms(s, output[0] + i * s->flength, output[1] + i * s->flength);
 831         }
 832
 833         s->midonly        = 0;
 834     }
 835
 836     return nb_frames * s->flength;
 837 }
 838
 839 void ff_silk_free(SilkContext **ps)
 840 {
 841     av_freep(ps);
 842 }
 843
 844 void ff_silk_flush(SilkContext *s)
 845 {
 846     silk_flush_frame(&s->frame[0]);
 847     silk_flush_frame(&s->frame[1]);
 848
 849     memset(s->prev_stereo_weights, 0, sizeof(s->prev_stereo_weights));
 850 }
 851
 852 int ff_silk_init(AVCodecContext *avctx, SilkContext **ps, int output_channels)
 853 {
 854     SilkContext *s;
 855
 856     if (output_channels != 1 && output_channels != 2) {
 857         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid number of output channels: %d\n",
 858                output_channels);
 859         return AVERROR(EINVAL);
 860     }
 861
 862     s = av_mallocz(sizeof(*s));
 863     if (!s)
 864         return AVERROR(ENOMEM);
 865
 866     s->avctx           = avctx;
 867     s->output_channels = output_channels;
 868
 869     ff_silk_flush(s);
 870
 871     *ps = s;
 872
 873     return 0;
 874 }