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 Libav.
   6  *
   7  * Libav 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  * Libav 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 Libav; 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 Libav merging spearheaded by Kenan Gillet
  27  * @remark Development mentored by Benjamin Larson
  28  */
  29
  30 #include <stddef.h>
  31
  32 #include "libavutil/audioconvert.h"
  33 #include "avcodec.h"
  34 #include "internal.h"
  35 #include "get_bits.h"
  36 #include "dsputil.h"
  37 #include "qcelpdata.h"
  38 #include "celp_filters.h"
  39 #include "acelp_filters.h"
  40 #include "acelp_vectors.h"
  41 #include "lsp.h"
  42
  43 #undef NDEBUG
  44 #include <assert.h>
  45
  46 typedef enum {
  47     I_F_Q = -1,    /**< insufficient frame quality */
  48     SILENCE,
  49     RATE_OCTAVE,
  50     RATE_QUARTER,
  51     RATE_HALF,
  52     RATE_FULL
  53 } qcelp_packet_rate;
  54
  55 typedef struct {
  56     AVFrame           avframe;
  57     GetBitContext     gb;
  58     qcelp_packet_rate bitrate;
  59     QCELPFrame        frame;    /**< unpacked data frame */
  60
  61     uint8_t  erasure_count;
  62     uint8_t  octave_count;      /**< count the consecutive RATE_OCTAVE frames */
  63     float    prev_lspf[10];
  64     float    predictor_lspf[10];/**< LSP predictor for RATE_OCTAVE and I_F_Q */
  65     float    pitch_synthesis_filter_mem[303];
  66     float    pitch_pre_filter_mem[303];
  67     float    rnd_fir_filter_mem[180];
  68     float    formant_mem[170];
  69     float    last_codebook_gain;
  70     int      prev_g1[2];
  71     int      prev_bitrate;
  72     float    pitch_gain[4];
  73     uint8_t  pitch_lag[4];
  74     uint16_t first16bits;
  75     uint8_t  warned_buf_mismatch_bitrate;
  76
  77     /* postfilter */
  78     float    postfilter_synth_mem[10];
  79     float    postfilter_agc_mem;
  80     float    postfilter_tilt_mem;
  81 } QCELPContext;
  82
  83 /**
  84  * Initialize the speech codec according to the specification.
  85  *
  86  * TIA/EIA/IS-733 2.4.9
  87  */
  88 static av_cold int qcelp_decode_init(AVCodecContext *avctx)
  89 {
  90     QCELPContext *q = avctx->priv_data;
  91     int i;
  92
  93     avctx->channels       = 1;
  94     avctx->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_MONO;
  95     avctx->sample_fmt     = AV_SAMPLE_FMT_FLT;
  96
  97     for (i = 0; i < 10; i++)
  98         q->prev_lspf[i] = (i + 1) / 11.;
  99
 100     avcodec_get_frame_defaults(&q->avframe);
 101     avctx->coded_frame = &q->avframe;
 102
 103     return 0;
 104 }
 105
 106 /**
 107  * Decode the 10 quantized LSP frequencies from the LSPV/LSP
 108  * transmission codes of any bitrate and check for badly received packets.
 109  *
 110  * @param q the context
 111  * @param lspf line spectral pair frequencies
 112  *
 113  * @return 0 on success, -1 if the packet is badly received
 114  *
 115  * TIA/EIA/IS-733 2.4.3.2.6.2-2, 2.4.8.7.3
 116  */
 117 static int decode_lspf(QCELPContext *q, float *lspf)
 118 {
 119     int i;
 120     float tmp_lspf, smooth, erasure_coeff;
 121     const float *predictors;
 122
 123     if (q->bitrate == RATE_OCTAVE || q->bitrate == I_F_Q) {
 124         predictors = q->prev_bitrate != RATE_OCTAVE &&
 125                      q->prev_bitrate != I_F_Q ? q->prev_lspf
 126                                               : q->predictor_lspf;
 127
 128         if (q->bitrate == RATE_OCTAVE) {
 129             q->octave_count++;
 130
 131             for (i = 0; i < 10; i++) {
 132                 q->predictor_lspf[i] =
 133                              lspf[i] = (q->frame.lspv[i] ?  QCELP_LSP_SPREAD_FACTOR
 134                                                          : -QCELP_LSP_SPREAD_FACTOR) +
 135                                         predictors[i] * QCELP_LSP_OCTAVE_PREDICTOR   +
 136                                         (i + 1) * ((1 - QCELP_LSP_OCTAVE_PREDICTOR) / 11);
 137             }
 138             smooth = q->octave_count < 10 ? .875 : 0.1;
 139         } else {
 140             erasure_coeff = QCELP_LSP_OCTAVE_PREDICTOR;
 141
 142             assert(q->bitrate == I_F_Q);
 143
 144             if (q->erasure_count > 1)
 145                 erasure_coeff *= q->erasure_count < 4 ? 0.9 : 0.7;
 146
 147             for (i = 0; i < 10; i++) {
 148                 q->predictor_lspf[i] =
 149                              lspf[i] = (i + 1) * (1 - erasure_coeff) / 11 +
 150                                        erasure_coeff * predictors[i];
 151             }
 152             smooth = 0.125;
 153         }
 154
 155         // Check the stability of the LSP frequencies.
 156         lspf[0] = FFMAX(lspf[0], QCELP_LSP_SPREAD_FACTOR);
 157         for (i = 1; i < 10; i++)
 158             lspf[i] = FFMAX(lspf[i], lspf[i - 1] + QCELP_LSP_SPREAD_FACTOR);
 159
 160         lspf[9] = FFMIN(lspf[9], 1.0 - QCELP_LSP_SPREAD_FACTOR);
 161         for (i = 9; i > 0; i--)
 162             lspf[i - 1] = FFMIN(lspf[i - 1], lspf[i] - QCELP_LSP_SPREAD_FACTOR);
 163
 164         // Low-pass filter the LSP frequencies.
 165         ff_weighted_vector_sumf(lspf, lspf, q->prev_lspf, smooth, 1.0 - smooth, 10);
 166     } else {
 167         q->octave_count = 0;
 168
 169         tmp_lspf = 0.;
 170         for (i = 0; i < 5; i++) {
 171             lspf[2 * i + 0] = tmp_lspf += qcelp_lspvq[i][q->frame.lspv[i]][0] * 0.0001;
 172             lspf[2 * i + 1] = tmp_lspf += qcelp_lspvq[i][q->frame.lspv[i]][1] * 0.0001;
 173         }
 174
 175         // Check for badly received packets.
 176         if (q->bitrate == RATE_QUARTER) {
 177             if (lspf[9] <= .70 || lspf[9] >= .97)
 178                 return -1;
 179             for (i = 3; i < 10; i++)
 180                 if (fabs(lspf[i] - lspf[i - 2]) < .08)
 181                     return -1;
 182         } else {
 183             if (lspf[9] <= .66 || lspf[9] >= .985)
 184                 return -1;
 185             for (i = 4; i < 10; i++)
 186                 if (fabs(lspf[i] - lspf[i - 4]) < .0931)
 187                     return -1;
 188         }
 189     }
 190     return 0;
 191 }
 192
 193 /**
 194  * Convert codebook transmission codes to GAIN and INDEX.
 195  *
 196  * @param q the context
 197  * @param gain array holding the decoded gain
 198  *
 199  * TIA/EIA/IS-733 2.4.6.2
 200  */
 201 static void decode_gain_and_index(QCELPContext *q, float *gain)
 202 {
 203     int i, subframes_count, g1[16];
 204     float slope;
 205
 206     if (q->bitrate >= RATE_QUARTER) {
 207         switch (q->bitrate) {
 208         case RATE_FULL: subframes_count = 16; break;
 209         case RATE_HALF: subframes_count =  4; break;
 210         default:        subframes_count =  5;
 211         }
 212         for (i = 0; i < subframes_count; i++) {
 213             g1[i] = 4 * q->frame.cbgain[i];
 214             if (q->bitrate == RATE_FULL && !((i + 1) & 3)) {
 215                 g1[i] += av_clip((g1[i - 1] + g1[i - 2] + g1[i - 3]) / 3 - 6, 0, 32);
 216             }
 217
 218             gain[i] = qcelp_g12ga[g1[i]];
 219
 220             if (q->frame.cbsign[i]) {
 221                 gain[i] = -gain[i];
 222                 q->frame.cindex[i] = (q->frame.cindex[i] - 89) & 127;
 223             }
 224         }
 225
 226         q->prev_g1[0]         = g1[i - 2];
 227         q->prev_g1[1]         = g1[i - 1];
 228         q->last_codebook_gain = qcelp_g12ga[g1[i - 1]];
 229
 230         if (q->bitrate == RATE_QUARTER) {
 231             // Provide smoothing of the unvoiced excitation energy.
 232             gain[7] =       gain[4];
 233             gain[6] = 0.4 * gain[3] + 0.6 * gain[4];
 234             gain[5] =       gain[3];
 235             gain[4] = 0.8 * gain[2] + 0.2 * gain[3];
 236             gain[3] = 0.2 * gain[1] + 0.8 * gain[2];
 237             gain[2] =       gain[1];
 238             gain[1] = 0.6 * gain[0] + 0.4 * gain[1];
 239         }
 240     } else if (q->bitrate != SILENCE) {
 241         if (q->bitrate == RATE_OCTAVE) {
 242             g1[0] = 2 * q->frame.cbgain[0] +
 243                     av_clip((q->prev_g1[0] + q->prev_g1[1]) / 2 - 5, 0, 54);
 244             subframes_count = 8;
 245         } else {
 246             assert(q->bitrate == I_F_Q);
 247
 248             g1[0] = q->prev_g1[1];
 249             switch (q->erasure_count) {
 250             case 1 : break;
 251             case 2 : g1[0] -= 1; break;
 252             case 3 : g1[0] -= 2; break;
 253             default: g1[0] -= 6;
 254             }
 255             if (g1[0] < 0)
 256                 g1[0] = 0;
 257             subframes_count = 4;
 258         }
 259         // This interpolation is done to produce smoother background noise.
 260         slope = 0.5 * (qcelp_g12ga[g1[0]] - q->last_codebook_gain) / subframes_count;
 261         for (i = 1; i <= subframes_count; i++)
 262                 gain[i - 1] = q->last_codebook_gain + slope * i;
 263
 264         q->last_codebook_gain = gain[i - 2];
 265         q->prev_g1[0]         = q->prev_g1[1];
 266         q->prev_g1[1]         = g1[0];
 267     }
 268 }
 269
 270 /**
 271  * If the received packet is Rate 1/4 a further sanity check is made of the
 272  * codebook gain.
 273  *
 274  * @param cbgain the unpacked cbgain array
 275  * @return -1 if the sanity check fails, 0 otherwise
 276  *
 277  * TIA/EIA/IS-733 2.4.8.7.3
 278  */
 279 static int codebook_sanity_check_for_rate_quarter(const uint8_t *cbgain)
 280 {
 281     int i, diff, prev_diff = 0;
 282
 283     for (i = 1; i < 5; i++) {
 284         diff = cbgain[i] - cbgain[i-1];
 285         if (FFABS(diff) > 10)
 286             return -1;
 287         else if (FFABS(diff - prev_diff) > 12)
 288             return -1;
 289         prev_diff = diff;
 290     }
 291     return 0;
 292 }
 293
 294 /**
 295  * Compute the scaled codebook vector Cdn From INDEX and GAIN
 296  * for all rates.
 297  *
 298  * The specification lacks some information here.
 299  *
 300  * TIA/EIA/IS-733 has an omission on the codebook index determination
 301  * formula for RATE_FULL and RATE_HALF frames at section 2.4.8.1.1. It says
 302  * you have to subtract the decoded index parameter from the given scaled
 303  * codebook vector index 'n' to get the desired circular codebook index, but
 304  * it does not mention that you have to clamp 'n' to [0-9] in order to get
 305  * RI-compliant results.
 306  *
 307  * The reason for this mistake seems to be the fact they forgot to mention you
 308  * have to do these calculations per codebook subframe and adjust given
 309  * equation values accordingly.
 310  *
 311  * @param q the context
 312  * @param gain array holding the 4 pitch subframe gain values
 313  * @param cdn_vector array for the generated scaled codebook vector
 314  */
 315 static void compute_svector(QCELPContext *q, const float *gain,
 316                             float *cdn_vector)
 317 {
 318     int i, j, k;
 319     uint16_t cbseed, cindex;
 320     float *rnd, tmp_gain, fir_filter_value;
 321
 322     switch (q->bitrate) {
 323     case RATE_FULL:
 324         for (i = 0; i < 16; i++) {
 325             tmp_gain = gain[i] * QCELP_RATE_FULL_CODEBOOK_RATIO;
 326             cindex   = -q->frame.cindex[i];
 327             for (j = 0; j < 10; j++)
 328                 *cdn_vector++ = tmp_gain * qcelp_rate_full_codebook[cindex++ & 127];
 329         }
 330         break;
 331     case RATE_HALF:
 332         for (i = 0; i < 4; i++) {
 333             tmp_gain = gain[i] * QCELP_RATE_HALF_CODEBOOK_RATIO;
 334             cindex   = -q->frame.cindex[i];
 335             for (j = 0; j < 40; j++)
 336                 *cdn_vector++ = tmp_gain * qcelp_rate_half_codebook[cindex++ & 127];
 337         }
 338         break;
 339     case RATE_QUARTER:
 340         cbseed = (0x0003 & q->frame.lspv[4]) << 14 |
 341                  (0x003F & q->frame.lspv[3]) <<  8 |
 342                  (0x0060 & q->frame.lspv[2]) <<  1 |
 343                  (0x0007 & q->frame.lspv[1]) <<  3 |
 344                  (0x0038 & q->frame.lspv[0]) >>  3;
 345         rnd    = q->rnd_fir_filter_mem + 20;
 346         for (i = 0; i < 8; i++) {
 347             tmp_gain = gain[i] * (QCELP_SQRT1887 / 32768.0);
 348             for (k = 0; k < 20; k++) {
 349                 cbseed = 521 * cbseed + 259;
 350                 *rnd   = (int16_t) cbseed;
 351
 352                     // FIR filter
 353                 fir_filter_value = 0.0;
 354                 for (j = 0; j < 10; j++)
 355                     fir_filter_value += qcelp_rnd_fir_coefs[j] *
 356                                         (rnd[-j] + rnd[-20+j]);
 357
 358                 fir_filter_value += qcelp_rnd_fir_coefs[10] * rnd[-10];
 359                 *cdn_vector++     = tmp_gain * fir_filter_value;
 360                 rnd++;
 361             }
 362         }
 363         memcpy(q->rnd_fir_filter_mem, q->rnd_fir_filter_mem + 160,
 364                20 * sizeof(float));
 365         break;
 366     case RATE_OCTAVE:
 367         cbseed = q->first16bits;
 368         for (i = 0; i < 8; i++) {
 369             tmp_gain = gain[i] * (QCELP_SQRT1887 / 32768.0);
 370             for (j = 0; j < 20; j++) {
 371                 cbseed        = 521 * cbseed + 259;
 372                 *cdn_vector++ = tmp_gain * (int16_t) cbseed;
 373             }
 374         }
 375         break;
 376     case I_F_Q:
 377         cbseed = -44; // random codebook index
 378         for (i = 0; i < 4; i++) {
 379             tmp_gain = gain[i] * QCELP_RATE_FULL_CODEBOOK_RATIO;
 380             for (j = 0; j < 40; j++)
 381                 *cdn_vector++ = tmp_gain * qcelp_rate_full_codebook[cbseed++ & 127];
 382         }
 383         break;
 384     case SILENCE:
 385         memset(cdn_vector, 0, 160 * sizeof(float));
 386         break;
 387     }
 388 }
 389
 390 /**
 391  * Apply generic gain control.
 392  *
 393  * @param v_out output vector
 394  * @param v_in gain-controlled vector
 395  * @param v_ref vector to control gain of
 396  *
 397  * TIA/EIA/IS-733 2.4.8.3, 2.4.8.6
 398  */
 399 static void apply_gain_ctrl(float *v_out, const float *v_ref, const float *v_in)
 400 {
 401     int i;
 402
 403     for (i = 0; i < 160; i += 40)
 404         ff_scale_vector_to_given_sum_of_squares(v_out + i, v_in + i,
 405                                                 ff_scalarproduct_float_c(v_ref + i,
 406                                                                          v_ref + i,
 407                                                                          40),
 408                                                 40);
 409 }
 410
 411 /**
 412  * Apply filter in pitch-subframe steps.
 413  *
 414  * @param memory buffer for the previous state of the filter
 415  *        - must be able to contain 303 elements
 416  *        - the 143 first elements are from the previous state
 417  *        - the next 160 are for output
 418  * @param v_in input filter vector
 419  * @param gain per-subframe gain array, each element is between 0.0 and 2.0
 420  * @param lag per-subframe lag array, each element is
 421  *        - between 16 and 143 if its corresponding pfrac is 0,
 422  *        - between 16 and 139 otherwise
 423  * @param pfrac per-subframe boolean array, 1 if the lag is fractional, 0
 424  *        otherwise
 425  *
 426  * @return filter output vector
 427  */
 428 static const float *do_pitchfilter(float memory[303], const float v_in[160],
 429                                    const float gain[4], const uint8_t *lag,
 430                                    const uint8_t pfrac[4])
 431 {
 432     int i, j;
 433     float *v_lag, *v_out;
 434     const float *v_len;
 435
 436     v_out = memory + 143; // Output vector starts at memory[143].
 437
 438     for (i = 0; i < 4; i++) {
 439         if (gain[i]) {
 440             v_lag = memory + 143 + 40 * i - lag[i];
 441             for (v_len = v_in + 40; v_in < v_len; v_in++) {
 442                 if (pfrac[i]) { // If it is a fractional lag...
 443                     for (j = 0, *v_out = 0.; j < 4; j++)
 444                         *v_out += qcelp_hammsinc_table[j] * (v_lag[j - 4] + v_lag[3 - j]);
 445                 } else
 446                     *v_out = *v_lag;
 447
 448                 *v_out = *v_in + gain[i] * *v_out;
 449
 450                 v_lag++;
 451                 v_out++;
 452             }
 453         } else {
 454             memcpy(v_out, v_in, 40 * sizeof(float));
 455             v_in  += 40;
 456             v_out += 40;
 457         }
 458     }
 459
 460     memmove(memory, memory + 160, 143 * sizeof(float));
 461     return memory + 143;
 462 }
 463
 464 /**
 465  * Apply pitch synthesis filter and pitch prefilter to the scaled codebook vector.
 466  * TIA/EIA/IS-733 2.4.5.2, 2.4.8.7.2
 467  *
 468  * @param q the context
 469  * @param cdn_vector the scaled codebook vector
 470  */
 471 static void apply_pitch_filters(QCELPContext *q, float *cdn_vector)
 472 {
 473     int i;
 474     const float *v_synthesis_filtered, *v_pre_filtered;
 475
 476     if (q->bitrate >= RATE_HALF || q->bitrate == SILENCE ||
 477         (q->bitrate == I_F_Q && (q->prev_bitrate >= RATE_HALF))) {
 478
 479         if (q->bitrate >= RATE_HALF) {
 480             // Compute gain & lag for the whole frame.
 481             for (i = 0; i < 4; i++) {
 482                 q->pitch_gain[i] = q->frame.plag[i] ? (q->frame.pgain[i] + 1) * 0.25 : 0.0;
 483
 484                 q->pitch_lag[i] = q->frame.plag[i] + 16;
 485             }
 486         } else {
 487             float max_pitch_gain;
 488
 489             if (q->bitrate == I_F_Q) {
 490                   if (q->erasure_count < 3)
 491                       max_pitch_gain = 0.9 - 0.3 * (q->erasure_count - 1);
 492                   else
 493                       max_pitch_gain = 0.0;
 494             } else {
 495                 assert(q->bitrate == SILENCE);
 496                 max_pitch_gain = 1.0;
 497             }
 498             for (i = 0; i < 4; i++)
 499                 q->pitch_gain[i] = FFMIN(q->pitch_gain[i], max_pitch_gain);
 500
 501             memset(q->frame.pfrac, 0, sizeof(q->frame.pfrac));
 502         }
 503
 504         // pitch synthesis filter
 505         v_synthesis_filtered = do_pitchfilter(q->pitch_synthesis_filter_mem,
 506                                               cdn_vector, q->pitch_gain,
 507                                               q->pitch_lag, q->frame.pfrac);
 508
 509         // pitch prefilter update
 510         for (i = 0; i < 4; i++)
 511             q->pitch_gain[i] = 0.5 * FFMIN(q->pitch_gain[i], 1.0);
 512
 513         v_pre_filtered       = do_pitchfilter(q->pitch_pre_filter_mem,
 514                                               v_synthesis_filtered,
 515                                               q->pitch_gain, q->pitch_lag,
 516                                               q->frame.pfrac);
 517
 518         apply_gain_ctrl(cdn_vector, v_synthesis_filtered, v_pre_filtered);
 519     } else {
 520         memcpy(q->pitch_synthesis_filter_mem, cdn_vector + 17, 143 * sizeof(float));
 521         memcpy(q->pitch_pre_filter_mem, cdn_vector + 17, 143 * sizeof(float));
 522         memset(q->pitch_gain, 0, sizeof(q->pitch_gain));
 523         memset(q->pitch_lag,  0, sizeof(q->pitch_lag));
 524     }
 525 }
 526
 527 /**
 528  * Reconstruct LPC coefficients from the line spectral pair frequencies
 529  * and perform bandwidth expansion.
 530  *
 531  * @param lspf line spectral pair frequencies
 532  * @param lpc linear predictive coding coefficients
 533  *
 534  * @note: bandwidth_expansion_coeff could be precalculated into a table
 535  *        but it seems to be slower on x86
 536  *
 537  * TIA/EIA/IS-733 2.4.3.3.5
 538  */
 539 static void lspf2lpc(const float *lspf, float *lpc)
 540 {
 541     double lsp[10];
 542     double bandwidth_expansion_coeff = QCELP_BANDWIDTH_EXPANSION_COEFF;
 543     int i;
 544
 545     for (i = 0; i < 10; i++)
 546         lsp[i] = cos(M_PI * lspf[i]);
 547
 548     ff_acelp_lspd2lpc(lsp, lpc, 5);
 549
 550     for (i = 0; i < 10; i++) {
 551         lpc[i]                    *= bandwidth_expansion_coeff;
 552         bandwidth_expansion_coeff *= QCELP_BANDWIDTH_EXPANSION_COEFF;
 553     }
 554 }
 555
 556 /**
 557  * Interpolate LSP frequencies and compute LPC coefficients
 558  * for a given bitrate & pitch subframe.
 559  *
 560  * TIA/EIA/IS-733 2.4.3.3.4, 2.4.8.7.2
 561  *
 562  * @param q the context
 563  * @param curr_lspf LSP frequencies vector of the current frame
 564  * @param lpc float vector for the resulting LPC
 565  * @param subframe_num frame number in decoded stream
 566  */
 567 static void interpolate_lpc(QCELPContext *q, const float *curr_lspf,
 568                             float *lpc, const int subframe_num)
 569 {
 570     float interpolated_lspf[10];
 571     float weight;
 572
 573     if (q->bitrate >= RATE_QUARTER)
 574         weight = 0.25 * (subframe_num + 1);
 575     else if (q->bitrate == RATE_OCTAVE && !subframe_num)
 576         weight = 0.625;
 577     else
 578         weight = 1.0;
 579
 580     if (weight != 1.0) {
 581         ff_weighted_vector_sumf(interpolated_lspf, curr_lspf, q->prev_lspf,
 582                                 weight, 1.0 - weight, 10);
 583         lspf2lpc(interpolated_lspf, lpc);
 584     } else if (q->bitrate >= RATE_QUARTER ||
 585                (q->bitrate == I_F_Q && !subframe_num))
 586         lspf2lpc(curr_lspf, lpc);
 587     else if (q->bitrate == SILENCE && !subframe_num)
 588         lspf2lpc(q->prev_lspf, lpc);
 589 }
 590
 591 static qcelp_packet_rate buf_size2bitrate(const int buf_size)
 592 {
 593     switch (buf_size) {
 594     case 35: return RATE_FULL;
 595     case 17: return RATE_HALF;
 596     case  8: return RATE_QUARTER;
 597     case  4: return RATE_OCTAVE;
 598     case  1: return SILENCE;
 599     }
 600
 601     return I_F_Q;
 602 }
 603
 604 /**
 605  * Determine the bitrate from the frame size and/or the first byte of the frame.
 606  *
 607  * @param avctx the AV codec context
 608  * @param buf_size length of the buffer
 609  * @param buf the bufffer
 610  *
 611  * @return the bitrate on success,
 612  *         I_F_Q  if the bitrate cannot be satisfactorily determined
 613  *
 614  * TIA/EIA/IS-733 2.4.8.7.1
 615  */
 616 static qcelp_packet_rate determine_bitrate(AVCodecContext *avctx,
 617                                            const int buf_size,
 618                                            const uint8_t **buf)
 619 {
 620     qcelp_packet_rate bitrate;
 621
 622     if ((bitrate = buf_size2bitrate(buf_size)) >= 0) {
 623         if (bitrate > **buf) {
 624             QCELPContext *q = avctx->priv_data;
 625             if (!q->warned_buf_mismatch_bitrate) {
 626             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
 627                    "Claimed bitrate and buffer size mismatch.\n");
 628                 q->warned_buf_mismatch_bitrate = 1;
 629             }
 630             bitrate = **buf;
 631         } else if (bitrate < **buf) {
 632             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 633                    "Buffer is too small for the claimed bitrate.\n");
 634             return I_F_Q;
 635         }
 636         (*buf)++;
 637     } else if ((bitrate = buf_size2bitrate(buf_size + 1)) >= 0) {
 638         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
 639                "Bitrate byte is missing, guessing the bitrate from packet size.\n");
 640     } else
 641         return I_F_Q;
 642
 643     if (bitrate == SILENCE) {
 644         //FIXME: Remove experimental warning when tested with samples.
 645         av_log_ask_for_sample(avctx, "'Blank frame handling is experimental.");
 646     }
 647     return bitrate;
 648 }
 649
 650 static void warn_insufficient_frame_quality(AVCodecContext *avctx,
 651                                             const char *message)
 652 {
 653     av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "Frame #%d, IFQ: %s\n",
 654            avctx->frame_number, message);
 655 }
 656
 657 static void postfilter(QCELPContext *q, float *samples, float *lpc)
 658 {
 659     static const float pow_0_775[10] = {
 660         0.775000, 0.600625, 0.465484, 0.360750, 0.279582,
 661         0.216676, 0.167924, 0.130141, 0.100859, 0.078166
 662     }, pow_0_625[10] = {
 663         0.625000, 0.390625, 0.244141, 0.152588, 0.095367,
 664         0.059605, 0.037253, 0.023283, 0.014552, 0.009095
 665     };
 666     float lpc_s[10], lpc_p[10], pole_out[170], zero_out[160];
 667     int n;
 668
 669     for (n = 0; n < 10; n++) {
 670         lpc_s[n] = lpc[n] * pow_0_625[n];
 671         lpc_p[n] = lpc[n] * pow_0_775[n];
 672     }
 673
 674     ff_celp_lp_zero_synthesis_filterf(zero_out, lpc_s,
 675                                       q->formant_mem + 10, 160, 10);
 676     memcpy(pole_out, q->postfilter_synth_mem, sizeof(float) * 10);
 677     ff_celp_lp_synthesis_filterf(pole_out + 10, lpc_p, zero_out, 160, 10);
 678     memcpy(q->postfilter_synth_mem, pole_out + 160, sizeof(float) * 10);
 679
 680     ff_tilt_compensation(&q->postfilter_tilt_mem, 0.3, pole_out + 10, 160);
 681
 682     ff_adaptive_gain_control(samples, pole_out + 10,
 683                              ff_scalarproduct_float_c(q->formant_mem + 10,
 684                                                       q->formant_mem + 10, 160),
 685                              160, 0.9375, &q->postfilter_agc_mem);
 686 }
 687
 688 static int qcelp_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 689                               int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 690 {
 691     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 692     int buf_size       = avpkt->size;
 693     QCELPContext *q    = avctx->priv_data;
 694     float *outbuffer;
 695     int   i, ret;
 696     float quantized_lspf[10], lpc[10];
 697     float gain[16];
 698     float *formant_mem;
 699
 700     /* get output buffer */
 701     q->avframe.nb_samples = 160;
 702     if ((ret = avctx->get_buffer(avctx, &q->avframe)) < 0) {
 703         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
 704         return ret;
 705     }
 706     outbuffer = (float *)q->avframe.data[0];
 707
 708     if ((q->bitrate = determine_bitrate(avctx, buf_size, &buf)) == I_F_Q) {
 709         warn_insufficient_frame_quality(avctx, "bitrate cannot be determined.");
 710         goto erasure;
 711     }
 712
 713     if (q->bitrate == RATE_OCTAVE &&
 714         (q->first16bits = AV_RB16(buf)) == 0xFFFF) {
 715         warn_insufficient_frame_quality(avctx, "Bitrate is 1/8 and first 16 bits are on.");
 716         goto erasure;
 717     }
 718
 719     if (q->bitrate > SILENCE) {
 720         const QCELPBitmap *bitmaps     = qcelp_unpacking_bitmaps_per_rate[q->bitrate];
 721         const QCELPBitmap *bitmaps_end = qcelp_unpacking_bitmaps_per_rate[q->bitrate] +
 722                                          qcelp_unpacking_bitmaps_lengths[q->bitrate];
 723         uint8_t *unpacked_data         = (uint8_t *)&q->frame;
 724
 725         init_get_bits(&q->gb, buf, 8 * buf_size);
 726
 727         memset(&q->frame, 0, sizeof(QCELPFrame));
 728
 729         for (; bitmaps < bitmaps_end; bitmaps++)
 730             unpacked_data[bitmaps->index] |= get_bits(&q->gb, bitmaps->bitlen) << bitmaps->bitpos;
 731
 732         // Check for erasures/blanks on rates 1, 1/4 and 1/8.
 733         if (q->frame.reserved) {
 734             warn_insufficient_frame_quality(avctx, "Wrong data in reserved frame area.");
 735             goto erasure;
 736         }
 737         if (q->bitrate == RATE_QUARTER &&
 738             codebook_sanity_check_for_rate_quarter(q->frame.cbgain)) {
 739             warn_insufficient_frame_quality(avctx, "Codebook gain sanity check failed.");
 740             goto erasure;
 741         }
 742
 743         if (q->bitrate >= RATE_HALF) {
 744             for (i = 0; i < 4; i++) {
 745                 if (q->frame.pfrac[i] && q->frame.plag[i] >= 124) {
 746                     warn_insufficient_frame_quality(avctx, "Cannot initialize pitch filter.");
 747                     goto erasure;
 748                 }
 749             }
 750         }
 751     }
 752
 753     decode_gain_and_index(q, gain);
 754     compute_svector(q, gain, outbuffer);
 755
 756     if (decode_lspf(q, quantized_lspf) < 0) {
 757         warn_insufficient_frame_quality(avctx, "Badly received packets in frame.");
 758         goto erasure;
 759     }
 760
 761     apply_pitch_filters(q, outbuffer);
 762
 763     if (q->bitrate == I_F_Q) {
 764 erasure:
 765         q->bitrate = I_F_Q;
 766         q->erasure_count++;
 767         decode_gain_and_index(q, gain);
 768         compute_svector(q, gain, outbuffer);
 769         decode_lspf(q, quantized_lspf);
 770         apply_pitch_filters(q, outbuffer);
 771     } else
 772         q->erasure_count = 0;
 773
 774     formant_mem = q->formant_mem + 10;
 775     for (i = 0; i < 4; i++) {
 776         interpolate_lpc(q, quantized_lspf, lpc, i);
 777         ff_celp_lp_synthesis_filterf(formant_mem, lpc, outbuffer + i * 40, 40, 10);
 778         formant_mem += 40;
 779     }
 780
 781     // postfilter, as per TIA/EIA/IS-733 2.4.8.6
 782     postfilter(q, outbuffer, lpc);
 783
 784     memcpy(q->formant_mem, q->formant_mem + 160, 10 * sizeof(float));
 785
 786     memcpy(q->prev_lspf, quantized_lspf, sizeof(q->prev_lspf));
 787     q->prev_bitrate  = q->bitrate;
 788
 789     *got_frame_ptr   = 1;
 790     *(AVFrame *)data = q->avframe;
 791
 792     return buf_size;
 793 }
 794
 795 AVCodec ff_qcelp_decoder = {
 796     .name           = "qcelp",
 797     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 798     .id             = AV_CODEC_ID_QCELP,
 799     .init           = qcelp_decode_init,
 800     .decode         = qcelp_decode_frame,
 801     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1,
 802     .priv_data_size = sizeof(QCELPContext),
 803     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("QCELP / PureVoice"),
 804 };