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