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

   1 /*
   2  * QCELP decoder
   3  * Copyright (c) 2007 Reynaldo H. Verdejo Pinochet
   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  * QCELP decoder
  25  * @author Reynaldo H. Verdejo Pinochet
  26  * @remark FFmpeg merging spearheaded by Kenan Gillet
  27  * @remark Development mentored by Benjamin Larson
  28  */
  29
  30 #include <stddef.h>
  31
  32 #include "libavutil/avassert.h"
  33 #include "libavutil/channel_layout.h"
  34 #include "libavutil/float_dsp.h"
  35 #include "avcodec.h"
  36 #include "internal.h"
  37 #include "get_bits.h"
  38 #include "qcelpdata.h"
  39 #include "celp_filters.h"
  40 #include "acelp_filters.h"
  41 #include "acelp_vectors.h"
  42 #include "lsp.h"
  43
  44 typedef enum {
  45     I_F_Q = -1,    /**< insufficient frame quality */
  46     SILENCE,
  47     RATE_OCTAVE,
  48     RATE_QUARTER,
  49     RATE_HALF,
  50     RATE_FULL
  51 } qcelp_packet_rate;
  52
  53 typedef struct QCELPContext {
  54     GetBitContext     gb;
  55     qcelp_packet_rate bitrate;
  56     QCELPFrame        frame;    /**< unpacked data frame */
  57
  58     uint8_t  erasure_count;
  59     uint8_t  octave_count;      /**< count the consecutive RATE_OCTAVE frames */
  60     float    prev_lspf[10];
  61     float    predictor_lspf[10];/**< LSP predictor for RATE_OCTAVE and I_F_Q */
  62     float    pitch_synthesis_filter_mem[303];
  63     float    pitch_pre_filter_mem[303];
  64     float    rnd_fir_filter_mem[180];
  65     float    formant_mem[170];
  66     float    last_codebook_gain;
  67     int      prev_g1[2];
  68     int      prev_bitrate;
  69     float    pitch_gain[4];
  70     uint8_t  pitch_lag[4];
  71     uint16_t first16bits;
  72     uint8_t  warned_buf_mismatch_bitrate;
  73
  74     /* postfilter */
  75     float    postfilter_synth_mem[10];
  76     float    postfilter_agc_mem;
  77     float    postfilter_tilt_mem;
  78 } QCELPContext;
  79
  80 /**
  81  * Initialize the speech codec according to the specification.
  82  *
  83  * TIA/EIA/IS-733 2.4.9
  84  */
  85 static av_cold int qcelp_decode_init(AVCodecContext *avctx)
  86 {
  87     QCELPContext *q = avctx->priv_data;
  88     int i;
  89
  90     avctx->channels       = 1;
  91     avctx->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_MONO;
  92     avctx->sample_fmt     = AV_SAMPLE_FMT_FLT;
  93
  94     for (i = 0; i < 10; i++)
  95         q->prev_lspf[i] = (i + 1) / 11.0;
  96
  97     return 0;
  98 }
  99
 100 /**
 101  * Decode the 10 quantized LSP frequencies from the LSPV/LSP
 102  * transmission codes of any bitrate and check for badly received packets.
 103  *
 104  * @param q the context
 105  * @param lspf line spectral pair frequencies
 106  *
 107  * @return 0 on success, -1 if the packet is badly received
 108  *
 109  * TIA/EIA/IS-733 2.4.3.2.6.2-2, 2.4.8.7.3
 110  */
 111 static int decode_lspf(QCELPContext *q, float *lspf)
 112 {
 113     int i;
 114     float tmp_lspf, smooth, erasure_coeff;
 115     const float *predictors;
 116
 117     if (q->bitrate == RATE_OCTAVE || q->bitrate == I_F_Q) {
 118         predictors = q->prev_bitrate != RATE_OCTAVE &&
 119                      q->prev_bitrate != I_F_Q ? q->prev_lspf
 120                                               : q->predictor_lspf;
 121
 122         if (q->bitrate == RATE_OCTAVE) {
 123             q->octave_count++;
 124
 125             for (i = 0; i < 10; i++) {
 126                 q->predictor_lspf[i] =
 127                              lspf[i] = (q->frame.lspv[i] ?  QCELP_LSP_SPREAD_FACTOR
 128                                                          : -QCELP_LSP_SPREAD_FACTOR) +
 129                                         predictors[i] * QCELP_LSP_OCTAVE_PREDICTOR   +
 130                                         (i + 1) * ((1 - QCELP_LSP_OCTAVE_PREDICTOR) / 11);
 131             }
 132             smooth = q->octave_count < 10 ? .875 : 0.1;
 133         } else {
 134             erasure_coeff = QCELP_LSP_OCTAVE_PREDICTOR;
 135
 136             av_assert2(q->bitrate == I_F_Q);
 137
 138             if (q->erasure_count > 1)
 139                 erasure_coeff *= q->erasure_count < 4 ? 0.9 : 0.7;
 140
 141             for (i = 0; i < 10; i++) {
 142                 q->predictor_lspf[i] =
 143                              lspf[i] = (i + 1) * (1 - erasure_coeff) / 11 +
 144                                        erasure_coeff * predictors[i];
 145             }
 146             smooth = 0.125;
 147         }
 148
 149         // Check the stability of the LSP frequencies.
 150         lspf[0] = FFMAX(lspf[0], QCELP_LSP_SPREAD_FACTOR);
 151         for (i = 1; i < 10; i++)
 152             lspf[i] = FFMAX(lspf[i], lspf[i - 1] + QCELP_LSP_SPREAD_FACTOR);
 153
 154         lspf[9] = FFMIN(lspf[9], 1.0 - QCELP_LSP_SPREAD_FACTOR);
 155         for (i = 9; i > 0; i--)
 156             lspf[i - 1] = FFMIN(lspf[i - 1], lspf[i] - QCELP_LSP_SPREAD_FACTOR);
 157
 158         // Low-pass filter the LSP frequencies.
 159         ff_weighted_vector_sumf(lspf, lspf, q->prev_lspf, smooth, 1.0 - smooth, 10);
 160     } else {
 161         q->octave_count = 0;
 162
 163         tmp_lspf = 0.0;
 164         for (i = 0; i < 5; i++) {
 165             lspf[2 * i + 0] = tmp_lspf += qcelp_lspvq[i][q->frame.lspv[i]][0] * 0.0001;
 166             lspf[2 * i + 1] = tmp_lspf += qcelp_lspvq[i][q->frame.lspv[i]][1] * 0.0001;
 167         }
 168
 169         // Check for badly received packets.
 170         if (q->bitrate == RATE_QUARTER) {
 171             if (lspf[9] <= .70 || lspf[9] >= .97)
 172                 return -1;
 173             for (i = 3; i < 10; i++)
 174                 if (fabs(lspf[i] - lspf[i - 2]) < .08)
 175                     return -1;
 176         } else {
 177             if (lspf[9] <= .66 || lspf[9] >= .985)
 178                 return -1;
 179             for (i = 4; i < 10; i++)
 180                 if (fabs(lspf[i] - lspf[i - 4]) < .0931)
 181                     return -1;
 182         }
 183     }
 184     return 0;
 185 }
 186
 187 /**
 188  * Convert codebook transmission codes to GAIN and INDEX.
 189  *
 190  * @param q the context
 191  * @param gain array holding the decoded gain
 192  *
 193  * TIA/EIA/IS-733 2.4.6.2
 194  */
 195 static void decode_gain_and_index(QCELPContext *q, float *gain)
 196 {
 197     int i, subframes_count, g1[16];
 198     float slope;
 199
 200     if (q->bitrate >= RATE_QUARTER) {
 201         switch (q->bitrate) {
 202         case RATE_FULL: subframes_count = 16; break;
 203         case RATE_HALF: subframes_count =  4; break;
 204         default:        subframes_count =  5;
 205         }
 206         for (i = 0; i < subframes_count; i++) {
 207             g1[i] = 4 * q->frame.cbgain[i];
 208             if (q->bitrate == RATE_FULL && !((i + 1) & 3)) {
 209                 g1[i] += av_clip((g1[i - 1] + g1[i - 2] + g1[i - 3]) / 3 - 6, 0, 32);
 210             }
 211
 212             gain[i] = qcelp_g12ga[g1[i]];
 213
 214             if (q->frame.cbsign[i]) {
 215                 gain[i] = -gain[i];
 216                 q->frame.cindex[i] = (q->frame.cindex[i] - 89) & 127;
 217             }
 218         }
 219
 220         q->prev_g1[0]         = g1[i - 2];
 221         q->prev_g1[1]         = g1[i - 1];
 222         q->last_codebook_gain = qcelp_g12ga[g1[i - 1]];
 223
 224         if (q->bitrate == RATE_QUARTER) {
 225             // Provide smoothing of the unvoiced excitation energy.
 226             gain[7] =       gain[4];
 227             gain[6] = 0.4 * gain[3] + 0.6 * gain[4];
 228             gain[5] =       gain[3];
 229             gain[4] = 0.8 * gain[2] + 0.2 * gain[3];
 230             gain[3] = 0.2 * gain[1] + 0.8 * gain[2];
 231             gain[2] =       gain[1];
 232             gain[1] = 0.6 * gain[0] + 0.4 * gain[1];
 233         }
 234     } else if (q->bitrate != SILENCE) {
 235         if (q->bitrate == RATE_OCTAVE) {
 236             g1[0] = 2 * q->frame.cbgain[0] +
 237                     av_clip((q->prev_g1[0] + q->prev_g1[1]) / 2 - 5, 0, 54);
 238             subframes_count = 8;
 239         } else {
 240             av_assert2(q->bitrate == I_F_Q);
 241
 242             g1[0] = q->prev_g1[1];
 243             switch (q->erasure_count) {
 244             case 1 : break;
 245             case 2 : g1[0] -= 1; break;
 246             case 3 : g1[0] -= 2; break;
 247             default: g1[0] -= 6;
 248             }
 249             if (g1[0] < 0)
 250                 g1[0] = 0;
 251             subframes_count = 4;
 252         }
 253         // This interpolation is done to produce smoother background noise.
 254         slope = 0.5 * (qcelp_g12ga[g1[0]] - q->last_codebook_gain) / subframes_count;
 255         for (i = 1; i <= subframes_count; i++)
 256                 gain[i - 1] = q->last_codebook_gain + slope * i;
 257
 258         q->last_codebook_gain = gain[i - 2];
 259         q->prev_g1[0]         = q->prev_g1[1];
 260         q->prev_g1[1]         = g1[0];
 261     }
 262 }
 263
 264 /**
 265  * If the received packet is Rate 1/4 a further sanity check is made of the
 266  * codebook gain.
 267  *
 268  * @param cbgain the unpacked cbgain array
 269  * @return -1 if the sanity check fails, 0 otherwise
 270  *
 271  * TIA/EIA/IS-733 2.4.8.7.3
 272  */
 273 static int codebook_sanity_check_for_rate_quarter(const uint8_t *cbgain)
 274 {
 275     int i, diff, prev_diff = 0;
 276
 277     for (i = 1; i < 5; i++) {
 278         diff = cbgain[i] - cbgain[i-1];
 279         if (FFABS(diff) > 10)
 280             return -1;
 281         else if (FFABS(diff - prev_diff) > 12)
 282             return -1;
 283         prev_diff = diff;
 284     }
 285     return 0;
 286 }
 287
 288 /**
 289  * Compute the scaled codebook vector Cdn From INDEX and GAIN
 290  * for all rates.
 291  *
 292  * The specification lacks some information here.
 293  *
 294  * TIA/EIA/IS-733 has an omission on the codebook index determination
 295  * formula for RATE_FULL and RATE_HALF frames at section 2.4.8.1.1. It says
 296  * you have to subtract the decoded index parameter from the given scaled
 297  * codebook vector index 'n' to get the desired circular codebook index, but
 298  * it does not mention that you have to clamp 'n' to [0-9] in order to get
 299  * RI-compliant results.
 300  *
 301  * The reason for this mistake seems to be the fact they forgot to mention you
 302  * have to do these calculations per codebook subframe and adjust given
 303  * equation values accordingly.
 304  *
 305  * @param q the context
 306  * @param gain array holding the 4 pitch subframe gain values
 307  * @param cdn_vector array for the generated scaled codebook vector
 308  */
 309 static void compute_svector(QCELPContext *q, const float *gain,
 310                             float *cdn_vector)
 311 {
 312     int i, j, k;
 313     uint16_t cbseed, cindex;
 314     float *rnd, tmp_gain, fir_filter_value;
 315
 316     switch (q->bitrate) {
 317     case RATE_FULL:
 318         for (i = 0; i < 16; i++) {
 319             tmp_gain = gain[i] * QCELP_RATE_FULL_CODEBOOK_RATIO;
 320             cindex   = -q->frame.cindex[i];
 321             for (j = 0; j < 10; j++)
 322                 *cdn_vector++ = tmp_gain *
 323                                 qcelp_rate_full_codebook[cindex++ & 127];
 324         }
 325         break;
 326     case RATE_HALF:
 327         for (i = 0; i < 4; i++) {
 328             tmp_gain = gain[i] * QCELP_RATE_HALF_CODEBOOK_RATIO;
 329             cindex   = -q->frame.cindex[i];
 330             for (j = 0; j < 40; j++)
 331                 *cdn_vector++ = tmp_gain *
 332                                 qcelp_rate_half_codebook[cindex++ & 127];
 333         }
 334         break;
 335     case RATE_QUARTER:
 336         cbseed = (0x0003 & q->frame.lspv[4]) << 14 |
 337                  (0x003F & q->frame.lspv[3]) <<  8 |
 338                  (0x0060 & q->frame.lspv[2]) <<  1 |
 339                  (0x0007 & q->frame.lspv[1]) <<  3 |
 340                  (0x0038 & q->frame.lspv[0]) >>  3;
 341         rnd    = q->rnd_fir_filter_mem + 20;
 342         for (i = 0; i < 8; i++) {
 343             tmp_gain = gain[i] * (QCELP_SQRT1887 / 32768.0);
 344             for (k = 0; k < 20; k++) {
 345                 cbseed = 521 * cbseed + 259;
 346                 *rnd   = (int16_t) cbseed;
 347
 348                     // FIR filter
 349                 fir_filter_value = 0.0;
 350                 for (j = 0; j < 10; j++)
 351                     fir_filter_value += qcelp_rnd_fir_coefs[j] *
 352                                         (rnd[-j] + rnd[-20+j]);
 353
 354                 fir_filter_value += qcelp_rnd_fir_coefs[10] * rnd[-10];
 355                 *cdn_vector++     = tmp_gain * fir_filter_value;
 356                 rnd++;
 357             }
 358         }
 359         memcpy(q->rnd_fir_filter_mem, q->rnd_fir_filter_mem + 160,
 360                20 * sizeof(float));
 361         break;
 362     case RATE_OCTAVE:
 363         cbseed = q->first16bits;
 364         for (i = 0; i < 8; i++) {
 365             tmp_gain = gain[i] * (QCELP_SQRT1887 / 32768.0);
 366             for (j = 0; j < 20; j++) {
 367                 cbseed        = 521 * cbseed + 259;
 368                 *cdn_vector++ = tmp_gain * (int16_t) cbseed;
 369             }
 370         }
 371         break;
 372     case I_F_Q:
 373         cbseed = -44; // random codebook index
 374         for (i = 0; i < 4; i++) {
 375             tmp_gain = gain[i] * QCELP_RATE_FULL_CODEBOOK_RATIO;
 376             for (j = 0; j < 40; j++)
 377                 *cdn_vector++ = tmp_gain *
 378                                 qcelp_rate_full_codebook[cbseed++ & 127];
 379         }
 380         break;
 381     case SILENCE:
 382         memset(cdn_vector, 0, 160 * sizeof(float));
 383         break;
 384     }
 385 }
 386
 387 /**
 388  * Apply generic gain control.
 389  *
 390  * @param v_out output vector
 391  * @param v_in gain-controlled vector
 392  * @param v_ref vector to control gain of
 393  *
 394  * TIA/EIA/IS-733 2.4.8.3, 2.4.8.6
 395  */
 396 static void apply_gain_ctrl(float *v_out, const float *v_ref, const float *v_in)
 397 {
 398     int i;
 399
 400     for (i = 0; i < 160; i += 40) {
 401         float res = avpriv_scalarproduct_float_c(v_ref + i, v_ref + i, 40);
 402         ff_scale_vector_to_given_sum_of_squares(v_out + i, v_in + i, res, 40);
 403     }
 404 }
 405
 406 /**
 407  * Apply filter in pitch-subframe steps.
 408  *
 409  * @param memory buffer for the previous state of the filter
 410  *        - must be able to contain 303 elements
 411  *        - the 143 first elements are from the previous state
 412  *        - the next 160 are for output
 413  * @param v_in input filter vector
 414  * @param gain per-subframe gain array, each element is between 0.0 and 2.0
 415  * @param lag per-subframe lag array, each element is
 416  *        - between 16 and 143 if its corresponding pfrac is 0,
 417  *        - between 16 and 139 otherwise
 418  * @param pfrac per-subframe boolean array, 1 if the lag is fractional, 0
 419  *        otherwise
 420  *
 421  * @return filter output vector
 422  */
 423 static const float *do_pitchfilter(float memory[303], const float v_in[160],
 424                                    const float gain[4], const uint8_t *lag,
 425                                    const uint8_t pfrac[4])
 426 {
 427     int i, j;
 428     float *v_lag, *v_out;
 429     const float *v_len;
 430
 431     v_out = memory + 143; // Output vector starts at memory[143].
 432
 433     for (i = 0; i < 4; i++) {
 434         if (gain[i]) {
 435             v_lag = memory + 143 + 40 * i - lag[i];
 436             for (v_len = v_in + 40; v_in < v_len; v_in++) {
 437                 if (pfrac[i]) { // If it is a fractional lag...
 438                     for (j = 0, *v_out = 0.0; j < 4; j++)
 439                         *v_out += qcelp_hammsinc_table[j] *
 440                                   (v_lag[j - 4] + v_lag[3 - j]);
 441                 } else
 442                     *v_out = *v_lag;
 443
 444                 *v_out = *v_in + gain[i] * *v_out;
 445
 446                 v_lag++;
 447                 v_out++;
 448             }
 449         } else {
 450             memcpy(v_out, v_in, 40 * sizeof(float));
 451             v_in  += 40;
 452             v_out += 40;
 453         }
 454     }
 455
 456     memmove(memory, memory + 160, 143 * sizeof(float));
 457     return memory + 143;
 458 }
 459
 460 /**
 461  * Apply pitch synthesis filter and pitch prefilter to the scaled codebook vector.
 462  * TIA/EIA/IS-733 2.4.5.2, 2.4.8.7.2
 463  *
 464  * @param q the context
 465  * @param cdn_vector the scaled codebook vector
 466  */
 467 static void apply_pitch_filters(QCELPContext *q, float *cdn_vector)
 468 {
 469     int i;
 470     const float *v_synthesis_filtered, *v_pre_filtered;
 471
 472     if (q->bitrate >= RATE_HALF || q->bitrate == SILENCE ||
 473         (q->bitrate == I_F_Q && (q->prev_bitrate >= RATE_HALF))) {
 474
 475         if (q->bitrate >= RATE_HALF) {
 476             // Compute gain & lag for the whole frame.
 477             for (i = 0; i < 4; i++) {
 478                 q->pitch_gain[i] = q->frame.plag[i] ? (q->frame.pgain[i] + 1) * 0.25 : 0.0;
 479
 480                 q->pitch_lag[i] = q->frame.plag[i] + 16;
 481             }
 482         } else {
 483             float max_pitch_gain;
 484
 485             if (q->bitrate == I_F_Q) {
 486                   if (q->erasure_count < 3)
 487                       max_pitch_gain = 0.9 - 0.3 * (q->erasure_count - 1);
 488                   else
 489                       max_pitch_gain = 0.0;
 490             } else {
 491                 av_assert2(q->bitrate == SILENCE);
 492                 max_pitch_gain = 1.0;
 493             }
 494             for (i = 0; i < 4; i++)
 495                 q->pitch_gain[i] = FFMIN(q->pitch_gain[i], max_pitch_gain);
 496
 497             memset(q->frame.pfrac, 0, sizeof(q->frame.pfrac));
 498         }
 499
 500         // pitch synthesis filter
 501         v_synthesis_filtered = do_pitchfilter(q->pitch_synthesis_filter_mem,
 502                                               cdn_vector, q->pitch_gain,
 503                                               q->pitch_lag, q->frame.pfrac);
 504
 505         // pitch prefilter update
 506         for (i = 0; i < 4; i++)
 507             q->pitch_gain[i] = 0.5 * FFMIN(q->pitch_gain[i], 1.0);
 508
 509         v_pre_filtered       = do_pitchfilter(q->pitch_pre_filter_mem,
 510                                               v_synthesis_filtered,
 511                                               q->pitch_gain, q->pitch_lag,
 512                                               q->frame.pfrac);
 513
 514         apply_gain_ctrl(cdn_vector, v_synthesis_filtered, v_pre_filtered);
 515     } else {
 516         memcpy(q->pitch_synthesis_filter_mem,
 517                cdn_vector + 17, 143 * sizeof(float));
 518         memcpy(q->pitch_pre_filter_mem, cdn_vector + 17, 143 * sizeof(float));
 519         memset(q->pitch_gain, 0, sizeof(q->pitch_gain));
 520         memset(q->pitch_lag,  0, sizeof(q->pitch_lag));
 521     }
 522 }
 523
 524 /**
 525  * Reconstruct LPC coefficients from the line spectral pair frequencies
 526  * and perform bandwidth expansion.
 527  *
 528  * @param lspf line spectral pair frequencies
 529  * @param lpc linear predictive coding coefficients
 530  *
 531  * @note: bandwidth_expansion_coeff could be precalculated into a table
 532  *        but it seems to be slower on x86
 533  *
 534  * TIA/EIA/IS-733 2.4.3.3.5
 535  */
 536 static void lspf2lpc(const float *lspf, float *lpc)
 537 {
 538     double lsp[10];
 539     double bandwidth_expansion_coeff = QCELP_BANDWIDTH_EXPANSION_COEFF;
 540     int i;
 541
 542     for (i = 0; i < 10; i++)
 543         lsp[i] = cos(M_PI * lspf[i]);
 544
 545     ff_acelp_lspd2lpc(lsp, lpc, 5);
 546
 547     for (i = 0; i < 10; i++) {
 548         lpc[i]                    *= bandwidth_expansion_coeff;
 549         bandwidth_expansion_coeff *= QCELP_BANDWIDTH_EXPANSION_COEFF;
 550     }
 551 }
 552
 553 /**
 554  * Interpolate LSP frequencies and compute LPC coefficients
 555  * for a given bitrate & pitch subframe.
 556  *
 557  * TIA/EIA/IS-733 2.4.3.3.4, 2.4.8.7.2
 558  *
 559  * @param q the context
 560  * @param curr_lspf LSP frequencies vector of the current frame
 561  * @param lpc float vector for the resulting LPC
 562  * @param subframe_num frame number in decoded stream
 563  */
 564 static void interpolate_lpc(QCELPContext *q, const float *curr_lspf,
 565                             float *lpc, const int subframe_num)
 566 {
 567     float interpolated_lspf[10];
 568     float weight;
 569
 570     if (q->bitrate >= RATE_QUARTER)
 571         weight = 0.25 * (subframe_num + 1);
 572     else if (q->bitrate == RATE_OCTAVE && !subframe_num)
 573         weight = 0.625;
 574     else
 575         weight = 1.0;
 576
 577     if (weight != 1.0) {
 578         ff_weighted_vector_sumf(interpolated_lspf, curr_lspf, q->prev_lspf,
 579                                 weight, 1.0 - weight, 10);
 580         lspf2lpc(interpolated_lspf, lpc);
 581     } else if (q->bitrate >= RATE_QUARTER ||
 582                (q->bitrate == I_F_Q && !subframe_num))
 583         lspf2lpc(curr_lspf, lpc);
 584     else if (q->bitrate == SILENCE && !subframe_num)
 585         lspf2lpc(q->prev_lspf, lpc);
 586 }
 587
 588 static qcelp_packet_rate buf_size2bitrate(const int buf_size)
 589 {
 590     switch (buf_size) {
 591     case 35: return RATE_FULL;
 592     case 17: return RATE_HALF;
 593     case  8: return RATE_QUARTER;
 594     case  4: return RATE_OCTAVE;
 595     case  1: return SILENCE;
 596     }
 597
 598     return I_F_Q;
 599 }
 600
 601 /**
 602  * Determine the bitrate from the frame size and/or the first byte of the frame.
 603  *
 604  * @param avctx the AV codec context
 605  * @param buf_size length of the buffer
 606  * @param buf the buffer
 607  *
 608  * @return the bitrate on success,
 609  *         I_F_Q  if the bitrate cannot be satisfactorily determined
 610  *
 611  * TIA/EIA/IS-733 2.4.8.7.1
 612  */
 613 static qcelp_packet_rate determine_bitrate(AVCodecContext *avctx,
 614                                            const int buf_size,
 615                                            const uint8_t **buf)
 616 {
 617     qcelp_packet_rate bitrate;
 618
 619     if ((bitrate = buf_size2bitrate(buf_size)) >= 0) {
 620         if (bitrate > **buf) {
 621             QCELPContext *q = avctx->priv_data;
 622             if (!q->warned_buf_mismatch_bitrate) {
 623             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
 624                    "Claimed bitrate and buffer size mismatch.\n");
 625                 q->warned_buf_mismatch_bitrate = 1;
 626             }
 627             bitrate = **buf;
 628         } else if (bitrate < **buf) {
 629             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 630                    "Buffer is too small for the claimed bitrate.\n");
 631             return I_F_Q;
 632         }
 633         (*buf)++;
 634     } else if ((bitrate = buf_size2bitrate(buf_size + 1)) >= 0) {
 635         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
 636                "Bitrate byte missing, guessing bitrate from packet size.\n");
 637     } else
 638         return I_F_Q;
 639
 640     if (bitrate == SILENCE) {
 641         // FIXME: Remove this warning when tested with samples.
 642         avpriv_request_sample(avctx, "Blank frame handling");
 643     }
 644     return bitrate;
 645 }
 646
 647 static void warn_insufficient_frame_quality(AVCodecContext *avctx,
 648                                             const char *message)
 649 {
 650     av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "Frame #%d, IFQ: %s\n",
 651            avctx->frame_number, message);
 652 }
 653
 654 static void postfilter(QCELPContext *q, float *samples, float *lpc)
 655 {
 656     static const float pow_0_775[10] = {
 657         0.775000, 0.600625, 0.465484, 0.360750, 0.279582,
 658         0.216676, 0.167924, 0.130141, 0.100859, 0.078166
 659     }, pow_0_625[10] = {
 660         0.625000, 0.390625, 0.244141, 0.152588, 0.095367,
 661         0.059605, 0.037253, 0.023283, 0.014552, 0.009095
 662     };
 663     float lpc_s[10], lpc_p[10], pole_out[170], zero_out[160];
 664     int n;
 665
 666     for (n = 0; n < 10; n++) {
 667         lpc_s[n] = lpc[n] * pow_0_625[n];
 668         lpc_p[n] = lpc[n] * pow_0_775[n];
 669     }
 670
 671     ff_celp_lp_zero_synthesis_filterf(zero_out, lpc_s,
 672                                       q->formant_mem + 10, 160, 10);
 673     memcpy(pole_out, q->postfilter_synth_mem, sizeof(float) * 10);
 674     ff_celp_lp_synthesis_filterf(pole_out + 10, lpc_p, zero_out, 160, 10);
 675     memcpy(q->postfilter_synth_mem, pole_out + 160, sizeof(float) * 10);
 676
 677     ff_tilt_compensation(&q->postfilter_tilt_mem, 0.3, pole_out + 10, 160);
 678
 679     ff_adaptive_gain_control(samples, pole_out + 10,
 680                              avpriv_scalarproduct_float_c(q->formant_mem + 10,
 681                                                           q->formant_mem + 10,
 682                                                           160),
 683                              160, 0.9375, &q->postfilter_agc_mem);
 684 }
 685
 686 static int qcelp_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 687                               int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 688 {
 689     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 690     int buf_size       = avpkt->size;
 691     QCELPContext *q    = avctx->priv_data;
 692     AVFrame *frame     = data;
 693     float *outbuffer;
 694     int   i, ret;
 695     float quantized_lspf[10], lpc[10];
 696     float gain[16];
 697     float *formant_mem;
 698
 699     /* get output buffer */
 700     frame->nb_samples = 160;
 701     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
 702         return ret;
 703     outbuffer = (float *)frame->data[0];
 704
 705     if ((q->bitrate = determine_bitrate(avctx, buf_size, &buf)) == I_F_Q) {
 706         warn_insufficient_frame_quality(avctx, "Bitrate cannot be determined.");
 707         goto erasure;
 708     }
 709
 710     if (q->bitrate == RATE_OCTAVE &&
 711         (q->first16bits = AV_RB16(buf)) == 0xFFFF) {
 712         warn_insufficient_frame_quality(avctx, "Bitrate is 1/8 and first 16 bits are on.");
 713         goto erasure;
 714     }
 715
 716     if (q->bitrate > SILENCE) {
 717         const QCELPBitmap *bitmaps     = qcelp_unpacking_bitmaps_per_rate[q->bitrate];
 718         const QCELPBitmap *bitmaps_end = qcelp_unpacking_bitmaps_per_rate[q->bitrate] +
 719                                          qcelp_unpacking_bitmaps_lengths[q->bitrate];
 720         uint8_t *unpacked_data         = (uint8_t *)&q->frame;
 721
 722         if ((ret = init_get_bits8(&q->gb, buf, buf_size)) < 0)
 723             return ret;
 724
 725         memset(&q->frame, 0, sizeof(QCELPFrame));
 726
 727         for (; bitmaps < bitmaps_end; bitmaps++)
 728             unpacked_data[bitmaps->index] |= get_bits(&q->gb, bitmaps->bitlen) << bitmaps->bitpos;
 729
 730         // Check for erasures/blanks on rates 1, 1/4 and 1/8.
 731         if (q->frame.reserved) {
 732             warn_insufficient_frame_quality(avctx, "Wrong data in reserved frame area.");
 733             goto erasure;
 734         }
 735         if (q->bitrate == RATE_QUARTER &&
 736             codebook_sanity_check_for_rate_quarter(q->frame.cbgain)) {
 737             warn_insufficient_frame_quality(avctx, "Codebook gain sanity check failed.");
 738             goto erasure;
 739         }
 740
 741         if (q->bitrate >= RATE_HALF) {
 742             for (i = 0; i < 4; i++) {
 743                 if (q->frame.pfrac[i] && q->frame.plag[i] >= 124) {
 744                     warn_insufficient_frame_quality(avctx, "Cannot initialize pitch filter.");
 745                     goto erasure;
 746                 }
 747             }
 748         }
 749     }
 750
 751     decode_gain_and_index(q, gain);
 752     compute_svector(q, gain, outbuffer);
 753
 754     if (decode_lspf(q, quantized_lspf) < 0) {
 755         warn_insufficient_frame_quality(avctx, "Badly received packets in frame.");
 756         goto erasure;
 757     }
 758
 759     apply_pitch_filters(q, outbuffer);
 760
 761     if (q->bitrate == I_F_Q) {
 762 erasure:
 763         q->bitrate = I_F_Q;
 764         q->erasure_count++;
 765         decode_gain_and_index(q, gain);
 766         compute_svector(q, gain, outbuffer);
 767         decode_lspf(q, quantized_lspf);
 768         apply_pitch_filters(q, outbuffer);
 769     } else
 770         q->erasure_count = 0;
 771
 772     formant_mem = q->formant_mem + 10;
 773     for (i = 0; i < 4; i++) {
 774         interpolate_lpc(q, quantized_lspf, lpc, i);
 775         ff_celp_lp_synthesis_filterf(formant_mem, lpc,
 776                                      outbuffer + i * 40, 40, 10);
 777         formant_mem += 40;
 778     }
 779
 780     // postfilter, as per TIA/EIA/IS-733 2.4.8.6
 781     postfilter(q, outbuffer, lpc);
 782
 783     memcpy(q->formant_mem, q->formant_mem + 160, 10 * sizeof(float));
 784
 785     memcpy(q->prev_lspf, quantized_lspf, sizeof(q->prev_lspf));
 786     q->prev_bitrate  = q->bitrate;
 787
 788     *got_frame_ptr = 1;
 789
 790     return buf_size;
 791 }
 792
 793 const AVCodec ff_qcelp_decoder = {
 794     .name           = "qcelp",
 795     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("QCELP / PureVoice"),
 796     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 797     .id             = AV_CODEC_ID_QCELP,
 798     .init           = qcelp_decode_init,
 799     .decode         = qcelp_decode_frame,
 800     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DR1 | AV_CODEC_CAP_CHANNEL_CONF,
 801     .priv_data_size = sizeof(QCELPContext),
 802 };