libavcodec/amrwbdec.c

   1 /*
   2  * AMR wideband decoder
   3  * Copyright (c) 2010 Marcelo Galvao Povoa
   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  * AMR wideband decoder
  25  */
  26
  27 #include "libavutil/channel_layout.h"
  28 #include "libavutil/common.h"
  29 #include "libavutil/float_dsp.h"
  30 #include "libavutil/lfg.h"
  31
  32 #include "avcodec.h"
  33 #include "lsp.h"
  34 #include "celp_filters.h"
  35 #include "celp_math.h"
  36 #include "acelp_filters.h"
  37 #include "acelp_vectors.h"
  38 #include "acelp_pitch_delay.h"
  39 #include "internal.h"
  40
  41 #define AMR_USE_16BIT_TABLES
  42 #include "amr.h"
  43
  44 #include "amrwbdata.h"
  45 #include "mips/amrwbdec_mips.h"
  46
  47 typedef struct AMRWBContext {
  48     AMRWBFrame                             frame; ///< AMRWB parameters decoded from bitstream
  49     enum Mode                        fr_cur_mode; ///< mode index of current frame
  50     uint8_t                           fr_quality; ///< frame quality index (FQI)
  51     float                      isf_cur[LP_ORDER]; ///< working ISF vector from current frame
  52     float                   isf_q_past[LP_ORDER]; ///< quantized ISF vector of the previous frame
  53     float               isf_past_final[LP_ORDER]; ///< final processed ISF vector of the previous frame
  54     double                      isp[4][LP_ORDER]; ///< ISP vectors from current frame
  55     double               isp_sub4_past[LP_ORDER]; ///< ISP vector for the 4th subframe of the previous frame
  56
  57     float                   lp_coef[4][LP_ORDER]; ///< Linear Prediction Coefficients from ISP vector
  58
  59     uint8_t                       base_pitch_lag; ///< integer part of pitch lag for the next relative subframe
  60     uint8_t                        pitch_lag_int; ///< integer part of pitch lag of the previous subframe
  61
  62     float excitation_buf[AMRWB_P_DELAY_MAX + LP_ORDER + 2 + AMRWB_SFR_SIZE]; ///< current excitation and all necessary excitation history
  63     float                            *excitation; ///< points to current excitation in excitation_buf[]
  64
  65     float           pitch_vector[AMRWB_SFR_SIZE]; ///< adaptive codebook (pitch) vector for current subframe
  66     float           fixed_vector[AMRWB_SFR_SIZE]; ///< algebraic codebook (fixed) vector for current subframe
  67
  68     float                    prediction_error[4]; ///< quantified prediction errors {20log10(^gamma_gc)} for previous four subframes
  69     float                          pitch_gain[6]; ///< quantified pitch gains for the current and previous five subframes
  70     float                          fixed_gain[2]; ///< quantified fixed gains for the current and previous subframes
  71
  72     float                              tilt_coef; ///< {beta_1} related to the voicing of the previous subframe
  73
  74     float                 prev_sparse_fixed_gain; ///< previous fixed gain; used by anti-sparseness to determine "onset"
  75     uint8_t                    prev_ir_filter_nr; ///< previous impulse response filter "impNr": 0 - strong, 1 - medium, 2 - none
  76     float                           prev_tr_gain; ///< previous initial gain used by noise enhancer for threshold
  77
  78     float samples_az[LP_ORDER + AMRWB_SFR_SIZE];         ///< low-band samples and memory from synthesis at 12.8kHz
  79     float samples_up[UPS_MEM_SIZE + AMRWB_SFR_SIZE];     ///< low-band samples and memory processed for upsampling
  80     float samples_hb[LP_ORDER_16k + AMRWB_SFR_SIZE_16k]; ///< high-band samples and memory from synthesis at 16kHz
  81
  82     float          hpf_31_mem[2], hpf_400_mem[2]; ///< previous values in the high pass filters
  83     float                           demph_mem[1]; ///< previous value in the de-emphasis filter
  84     float               bpf_6_7_mem[HB_FIR_SIZE]; ///< previous values in the high-band band pass filter
  85     float                 lpf_7_mem[HB_FIR_SIZE]; ///< previous values in the high-band low pass filter
  86
  87     AVLFG                                   prng; ///< random number generator for white noise excitation
  88     uint8_t                          first_frame; ///< flag active during decoding of the first frame
  89     ACELPFContext                     acelpf_ctx; ///< context for filters for ACELP-based codecs
  90     ACELPVContext                     acelpv_ctx; ///< context for vector operations for ACELP-based codecs
  91     CELPFContext                       celpf_ctx; ///< context for filters for CELP-based codecs
  92     CELPMContext                       celpm_ctx; ///< context for fixed point math operations
  93
  94 } AMRWBContext;
  95
  96 static av_cold int amrwb_decode_init(AVCodecContext *avctx)
  97 {
  98     AMRWBContext *ctx = avctx->priv_data;
  99     int i;
 100
 101     if (avctx->channels > 1) {
 102         avpriv_report_missing_feature(avctx, "multi-channel AMR");
 103         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 104     }
 105
 106     avctx->channels       = 1;
 107     avctx->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_MONO;
 108     if (!avctx->sample_rate)
 109         avctx->sample_rate = 16000;
 110     avctx->sample_fmt     = AV_SAMPLE_FMT_FLT;
 111
 112     av_lfg_init(&ctx->prng, 1);
 113
 114     ctx->excitation  = &ctx->excitation_buf[AMRWB_P_DELAY_MAX + LP_ORDER + 1];
 115     ctx->first_frame = 1;
 116
 117     for (i = 0; i < LP_ORDER; i++)
 118         ctx->isf_past_final[i] = isf_init[i] * (1.0f / (1 << 15));
 119
 120     for (i = 0; i < 4; i++)
 121         ctx->prediction_error[i] = MIN_ENERGY;
 122
 123     ff_acelp_filter_init(&ctx->acelpf_ctx);
 124     ff_acelp_vectors_init(&ctx->acelpv_ctx);
 125     ff_celp_filter_init(&ctx->celpf_ctx);
 126     ff_celp_math_init(&ctx->celpm_ctx);
 127
 128     return 0;
 129 }
 130
 131 /**
 132  * Decode the frame header in the "MIME/storage" format. This format
 133  * is simpler and does not carry the auxiliary frame information.
 134  *
 135  * @param[in] ctx                  The Context
 136  * @param[in] buf                  Pointer to the input buffer
 137  *
 138  * @return The decoded header length in bytes
 139  */
 140 static int decode_mime_header(AMRWBContext *ctx, const uint8_t *buf)
 141 {
 142     /* Decode frame header (1st octet) */
 143     ctx->fr_cur_mode  = buf[0] >> 3 & 0x0F;
 144     ctx->fr_quality   = (buf[0] & 0x4) == 0x4;
 145
 146     return 1;
 147 }
 148
 149 /**
 150  * Decode quantized ISF vectors using 36-bit indexes (6K60 mode only).
 151  *
 152  * @param[in]  ind                 Array of 5 indexes
 153  * @param[out] isf_q               Buffer for isf_q[LP_ORDER]
 154  *
 155  */
 156 static void decode_isf_indices_36b(uint16_t *ind, float *isf_q)
 157 {
 158     int i;
 159
 160     for (i = 0; i < 9; i++)
 161         isf_q[i]      = dico1_isf[ind[0]][i]      * (1.0f / (1 << 15));
 162
 163     for (i = 0; i < 7; i++)
 164         isf_q[i + 9]  = dico2_isf[ind[1]][i]      * (1.0f / (1 << 15));
 165
 166     for (i = 0; i < 5; i++)
 167         isf_q[i]     += dico21_isf_36b[ind[2]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 168
 169     for (i = 0; i < 4; i++)
 170         isf_q[i + 5] += dico22_isf_36b[ind[3]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 171
 172     for (i = 0; i < 7; i++)
 173         isf_q[i + 9] += dico23_isf_36b[ind[4]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 174 }
 175
 176 /**
 177  * Decode quantized ISF vectors using 46-bit indexes (except 6K60 mode).
 178  *
 179  * @param[in]  ind                 Array of 7 indexes
 180  * @param[out] isf_q               Buffer for isf_q[LP_ORDER]
 181  *
 182  */
 183 static void decode_isf_indices_46b(uint16_t *ind, float *isf_q)
 184 {
 185     int i;
 186
 187     for (i = 0; i < 9; i++)
 188         isf_q[i]       = dico1_isf[ind[0]][i]  * (1.0f / (1 << 15));
 189
 190     for (i = 0; i < 7; i++)
 191         isf_q[i + 9]   = dico2_isf[ind[1]][i]  * (1.0f / (1 << 15));
 192
 193     for (i = 0; i < 3; i++)
 194         isf_q[i]      += dico21_isf[ind[2]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 195
 196     for (i = 0; i < 3; i++)
 197         isf_q[i + 3]  += dico22_isf[ind[3]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 198
 199     for (i = 0; i < 3; i++)
 200         isf_q[i + 6]  += dico23_isf[ind[4]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 201
 202     for (i = 0; i < 3; i++)
 203         isf_q[i + 9]  += dico24_isf[ind[5]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 204
 205     for (i = 0; i < 4; i++)
 206         isf_q[i + 12] += dico25_isf[ind[6]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 207 }
 208
 209 /**
 210  * Apply mean and past ISF values using the prediction factor.
 211  * Updates past ISF vector.
 212  *
 213  * @param[in,out] isf_q            Current quantized ISF
 214  * @param[in,out] isf_past         Past quantized ISF
 215  *
 216  */
 217 static void isf_add_mean_and_past(float *isf_q, float *isf_past)
 218 {
 219     int i;
 220     float tmp;
 221
 222     for (i = 0; i < LP_ORDER; i++) {
 223         tmp = isf_q[i];
 224         isf_q[i] += isf_mean[i] * (1.0f / (1 << 15));
 225         isf_q[i] += PRED_FACTOR * isf_past[i];
 226         isf_past[i] = tmp;
 227     }
 228 }
 229
 230 /**
 231  * Interpolate the fourth ISP vector from current and past frames
 232  * to obtain an ISP vector for each subframe.
 233  *
 234  * @param[in,out] isp_q            ISPs for each subframe
 235  * @param[in]     isp4_past        Past ISP for subframe 4
 236  */
 237 static void interpolate_isp(double isp_q[4][LP_ORDER], const double *isp4_past)
 238 {
 239     int i, k;
 240
 241     for (k = 0; k < 3; k++) {
 242         float c = isfp_inter[k];
 243         for (i = 0; i < LP_ORDER; i++)
 244             isp_q[k][i] = (1.0 - c) * isp4_past[i] + c * isp_q[3][i];
 245     }
 246 }
 247
 248 /**
 249  * Decode an adaptive codebook index into pitch lag (except 6k60, 8k85 modes).
 250  * Calculate integer lag and fractional lag always using 1/4 resolution.
 251  * In 1st and 3rd subframes the index is relative to last subframe integer lag.
 252  *
 253  * @param[out]    lag_int          Decoded integer pitch lag
 254  * @param[out]    lag_frac         Decoded fractional pitch lag
 255  * @param[in]     pitch_index      Adaptive codebook pitch index
 256  * @param[in,out] base_lag_int     Base integer lag used in relative subframes
 257  * @param[in]     subframe         Current subframe index (0 to 3)
 258  */
 259 static void decode_pitch_lag_high(int *lag_int, int *lag_frac, int pitch_index,
 260                                   uint8_t *base_lag_int, int subframe)
 261 {
 262     if (subframe == 0 || subframe == 2) {
 263         if (pitch_index < 376) {
 264             *lag_int  = (pitch_index + 137) >> 2;
 265             *lag_frac = pitch_index - (*lag_int << 2) + 136;
 266         } else if (pitch_index < 440) {
 267             *lag_int  = (pitch_index + 257 - 376) >> 1;
 268             *lag_frac = (pitch_index - (*lag_int << 1) + 256 - 376) << 1;
 269             /* the actual resolution is 1/2 but expressed as 1/4 */
 270         } else {
 271             *lag_int  = pitch_index - 280;
 272             *lag_frac = 0;
 273         }
 274         /* minimum lag for next subframe */
 275         *base_lag_int = av_clip(*lag_int - 8 - (*lag_frac < 0),
 276                                 AMRWB_P_DELAY_MIN, AMRWB_P_DELAY_MAX - 15);
 277         // XXX: the spec states clearly that *base_lag_int should be
 278         // the nearest integer to *lag_int (minus 8), but the ref code
 279         // actually always uses its floor, I'm following the latter
 280     } else {
 281         *lag_int  = (pitch_index + 1) >> 2;
 282         *lag_frac = pitch_index - (*lag_int << 2);
 283         *lag_int += *base_lag_int;
 284     }
 285 }
 286
 287 /**
 288  * Decode an adaptive codebook index into pitch lag for 8k85 and 6k60 modes.
 289  * The description is analogous to decode_pitch_lag_high, but in 6k60 the
 290  * relative index is used for all subframes except the first.
 291  */
 292 static void decode_pitch_lag_low(int *lag_int, int *lag_frac, int pitch_index,
 293                                  uint8_t *base_lag_int, int subframe, enum Mode mode)
 294 {
 295     if (subframe == 0 || (subframe == 2 && mode != MODE_6k60)) {
 296         if (pitch_index < 116) {
 297             *lag_int  = (pitch_index + 69) >> 1;
 298             *lag_frac = (pitch_index - (*lag_int << 1) + 68) << 1;
 299         } else {
 300             *lag_int  = pitch_index - 24;
 301             *lag_frac = 0;
 302         }
 303         // XXX: same problem as before
 304         *base_lag_int = av_clip(*lag_int - 8 - (*lag_frac < 0),
 305                                 AMRWB_P_DELAY_MIN, AMRWB_P_DELAY_MAX - 15);
 306     } else {
 307         *lag_int  = (pitch_index + 1) >> 1;
 308         *lag_frac = (pitch_index - (*lag_int << 1)) << 1;
 309         *lag_int += *base_lag_int;
 310     }
 311 }
 312
 313 /**
 314  * Find the pitch vector by interpolating the past excitation at the
 315  * pitch delay, which is obtained in this function.
 316  *
 317  * @param[in,out] ctx              The context
 318  * @param[in]     amr_subframe     Current subframe data
 319  * @param[in]     subframe         Current subframe index (0 to 3)
 320  */
 321 static void decode_pitch_vector(AMRWBContext *ctx,
 322                                 const AMRWBSubFrame *amr_subframe,
 323                                 const int subframe)
 324 {
 325     int pitch_lag_int, pitch_lag_frac;
 326     int i;
 327     float *exc     = ctx->excitation;
 328     enum Mode mode = ctx->fr_cur_mode;
 329
 330     if (mode <= MODE_8k85) {
 331         decode_pitch_lag_low(&pitch_lag_int, &pitch_lag_frac, amr_subframe->adap,
 332                               &ctx->base_pitch_lag, subframe, mode);
 333     } else
 334         decode_pitch_lag_high(&pitch_lag_int, &pitch_lag_frac, amr_subframe->adap,
 335                               &ctx->base_pitch_lag, subframe);
 336
 337     ctx->pitch_lag_int = pitch_lag_int;
 338     pitch_lag_int += pitch_lag_frac > 0;
 339
 340     /* Calculate the pitch vector by interpolating the past excitation at the
 341        pitch lag using a hamming windowed sinc function */
 342     ctx->acelpf_ctx.acelp_interpolatef(exc,
 343                           exc + 1 - pitch_lag_int,
 344                           ac_inter, 4,
 345                           pitch_lag_frac + (pitch_lag_frac > 0 ? 0 : 4),
 346                           LP_ORDER, AMRWB_SFR_SIZE + 1);
 347
 348     /* Check which pitch signal path should be used
 349      * 6k60 and 8k85 modes have the ltp flag set to 0 */
 350     if (amr_subframe->ltp) {
 351         memcpy(ctx->pitch_vector, exc, AMRWB_SFR_SIZE * sizeof(float));
 352     } else {
 353         for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++)
 354             ctx->pitch_vector[i] = 0.18 * exc[i - 1] + 0.64 * exc[i] +
 355                                    0.18 * exc[i + 1];
 356         memcpy(exc, ctx->pitch_vector, AMRWB_SFR_SIZE * sizeof(float));
 357     }
 358 }
 359
 360 /** Get x bits in the index interval [lsb,lsb+len-1] inclusive */
 361 #define BIT_STR(x,lsb,len) (((x) >> (lsb)) & ((1 << (len)) - 1))
 362
 363 /** Get the bit at specified position */
 364 #define BIT_POS(x, p) (((x) >> (p)) & 1)
 365
 366 /**
 367  * The next six functions decode_[i]p_track decode exactly i pulses
 368  * positions and amplitudes (-1 or 1) in a subframe track using
 369  * an encoded pulse indexing (TS 26.190 section 5.8.2).
 370  *
 371  * The results are given in out[], in which a negative number means
 372  * amplitude -1 and vice versa (i.e., ampl(x) = x / abs(x) ).
 373  *
 374  * @param[out] out                 Output buffer (writes i elements)
 375  * @param[in]  code                Pulse index (no. of bits varies, see below)
 376  * @param[in]  m                   (log2) Number of potential positions
 377  * @param[in]  off                 Offset for decoded positions
 378  */
 379 static inline void decode_1p_track(int *out, int code, int m, int off)
 380 {
 381     int pos = BIT_STR(code, 0, m) + off; ///code: m+1 bits
 382
 383     out[0] = BIT_POS(code, m) ? -pos : pos;
 384 }
 385
 386 static inline void decode_2p_track(int *out, int code, int m, int off) ///code: 2m+1 bits
 387 {
 388     int pos0 = BIT_STR(code, m, m) + off;
 389     int pos1 = BIT_STR(code, 0, m) + off;
 390
 391     out[0] = BIT_POS(code, 2*m) ? -pos0 : pos0;
 392     out[1] = BIT_POS(code, 2*m) ? -pos1 : pos1;
 393     out[1] = pos0 > pos1 ? -out[1] : out[1];
 394 }
 395
 396 static void decode_3p_track(int *out, int code, int m, int off) ///code: 3m+1 bits
 397 {
 398     int half_2p = BIT_POS(code, 2*m - 1) << (m - 1);
 399
 400     decode_2p_track(out, BIT_STR(code, 0, 2*m - 1),
 401                     m - 1, off + half_2p);
 402     decode_1p_track(out + 2, BIT_STR(code, 2*m, m + 1), m, off);
 403 }
 404
 405 static void decode_4p_track(int *out, int code, int m, int off) ///code: 4m bits
 406 {
 407     int half_4p, subhalf_2p;
 408     int b_offset = 1 << (m - 1);
 409
 410     switch (BIT_STR(code, 4*m - 2, 2)) { /* case ID (2 bits) */
 411     case 0: /* 0 pulses in A, 4 pulses in B or vice versa */
 412         half_4p = BIT_POS(code, 4*m - 3) << (m - 1); // which has 4 pulses
 413         subhalf_2p = BIT_POS(code, 2*m - 3) << (m - 2);
 414
 415         decode_2p_track(out, BIT_STR(code, 0, 2*m - 3),
 416                         m - 2, off + half_4p + subhalf_2p);
 417         decode_2p_track(out + 2, BIT_STR(code, 2*m - 2, 2*m - 1),
 418                         m - 1, off + half_4p);
 419         break;
 420     case 1: /* 1 pulse in A, 3 pulses in B */
 421         decode_1p_track(out, BIT_STR(code,  3*m - 2, m),
 422                         m - 1, off);
 423         decode_3p_track(out + 1, BIT_STR(code, 0, 3*m - 2),
 424                         m - 1, off + b_offset);
 425         break;
 426     case 2: /* 2 pulses in each half */
 427         decode_2p_track(out, BIT_STR(code, 2*m - 1, 2*m - 1),
 428                         m - 1, off);
 429         decode_2p_track(out + 2, BIT_STR(code, 0, 2*m - 1),
 430                         m - 1, off + b_offset);
 431         break;
 432     case 3: /* 3 pulses in A, 1 pulse in B */
 433         decode_3p_track(out, BIT_STR(code, m, 3*m - 2),
 434                         m - 1, off);
 435         decode_1p_track(out + 3, BIT_STR(code, 0, m),
 436                         m - 1, off + b_offset);
 437         break;
 438     }
 439 }
 440
 441 static void decode_5p_track(int *out, int code, int m, int off) ///code: 5m bits
 442 {
 443     int half_3p = BIT_POS(code, 5*m - 1) << (m - 1);
 444
 445     decode_3p_track(out, BIT_STR(code, 2*m + 1, 3*m - 2),
 446                     m - 1, off + half_3p);
 447
 448     decode_2p_track(out + 3, BIT_STR(code, 0, 2*m + 1), m, off);
 449 }
 450
 451 static void decode_6p_track(int *out, int code, int m, int off) ///code: 6m-2 bits
 452 {
 453     int b_offset = 1 << (m - 1);
 454     /* which half has more pulses in cases 0 to 2 */
 455     int half_more  = BIT_POS(code, 6*m - 5) << (m - 1);
 456     int half_other = b_offset - half_more;
 457
 458     switch (BIT_STR(code, 6*m - 4, 2)) { /* case ID (2 bits) */
 459     case 0: /* 0 pulses in A, 6 pulses in B or vice versa */
 460         decode_1p_track(out, BIT_STR(code, 0, m),
 461                         m - 1, off + half_more);
 462         decode_5p_track(out + 1, BIT_STR(code, m, 5*m - 5),
 463                         m - 1, off + half_more);
 464         break;
 465     case 1: /* 1 pulse in A, 5 pulses in B or vice versa */
 466         decode_1p_track(out, BIT_STR(code, 0, m),
 467                         m - 1, off + half_other);
 468         decode_5p_track(out + 1, BIT_STR(code, m, 5*m - 5),
 469                         m - 1, off + half_more);
 470         break;
 471     case 2: /* 2 pulses in A, 4 pulses in B or vice versa */
 472         decode_2p_track(out, BIT_STR(code, 0, 2*m - 1),
 473                         m - 1, off + half_other);
 474         decode_4p_track(out + 2, BIT_STR(code, 2*m - 1, 4*m - 4),
 475                         m - 1, off + half_more);
 476         break;
 477     case 3: /* 3 pulses in A, 3 pulses in B */
 478         decode_3p_track(out, BIT_STR(code, 3*m - 2, 3*m - 2),
 479                         m - 1, off);
 480         decode_3p_track(out + 3, BIT_STR(code, 0, 3*m - 2),
 481                         m - 1, off + b_offset);
 482         break;
 483     }
 484 }
 485
 486 /**
 487  * Decode the algebraic codebook index to pulse positions and signs,
 488  * then construct the algebraic codebook vector.
 489  *
 490  * @param[out] fixed_vector        Buffer for the fixed codebook excitation
 491  * @param[in]  pulse_hi            MSBs part of the pulse index array (higher modes only)
 492  * @param[in]  pulse_lo            LSBs part of the pulse index array
 493  * @param[in]  mode                Mode of the current frame
 494  */
 495 static void decode_fixed_vector(float *fixed_vector, const uint16_t *pulse_hi,
 496                                 const uint16_t *pulse_lo, const enum Mode mode)
 497 {
 498     /* sig_pos stores for each track the decoded pulse position indexes
 499      * (1-based) multiplied by its corresponding amplitude (+1 or -1) */
 500     int sig_pos[4][6];
 501     int spacing = (mode == MODE_6k60) ? 2 : 4;
 502     int i, j;
 503
 504     switch (mode) {
 505     case MODE_6k60:
 506         for (i = 0; i < 2; i++)
 507             decode_1p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 5, 1);
 508         break;
 509     case MODE_8k85:
 510         for (i = 0; i < 4; i++)
 511             decode_1p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 4, 1);
 512         break;
 513     case MODE_12k65:
 514         for (i = 0; i < 4; i++)
 515             decode_2p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 4, 1);
 516         break;
 517     case MODE_14k25:
 518         for (i = 0; i < 2; i++)
 519             decode_3p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 4, 1);
 520         for (i = 2; i < 4; i++)
 521             decode_2p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 4, 1);
 522         break;
 523     case MODE_15k85:
 524         for (i = 0; i < 4; i++)
 525             decode_3p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 4, 1);
 526         break;
 527     case MODE_18k25:
 528         for (i = 0; i < 4; i++)
 529             decode_4p_track(sig_pos[i], (int) pulse_lo[i] +
 530                            ((int) pulse_hi[i] << 14), 4, 1);
 531         break;
 532     case MODE_19k85:
 533         for (i = 0; i < 2; i++)
 534             decode_5p_track(sig_pos[i], (int) pulse_lo[i] +
 535                            ((int) pulse_hi[i] << 10), 4, 1);
 536         for (i = 2; i < 4; i++)
 537             decode_4p_track(sig_pos[i], (int) pulse_lo[i] +
 538                            ((int) pulse_hi[i] << 14), 4, 1);
 539         break;
 540     case MODE_23k05:
 541     case MODE_23k85:
 542         for (i = 0; i < 4; i++)
 543             decode_6p_track(sig_pos[i], (int) pulse_lo[i] +
 544                            ((int) pulse_hi[i] << 11), 4, 1);
 545         break;
 546     }
 547
 548     memset(fixed_vector, 0, sizeof(float) * AMRWB_SFR_SIZE);
 549
 550     for (i = 0; i < 4; i++)
 551         for (j = 0; j < pulses_nb_per_mode_tr[mode][i]; j++) {
 552             int pos = (FFABS(sig_pos[i][j]) - 1) * spacing + i;
 553
 554             fixed_vector[pos] += sig_pos[i][j] < 0 ? -1.0 : 1.0;
 555         }
 556 }
 557
 558 /**
 559  * Decode pitch gain and fixed gain correction factor.
 560  *
 561  * @param[in]  vq_gain             Vector-quantized index for gains
 562  * @param[in]  mode                Mode of the current frame
 563  * @param[out] fixed_gain_factor   Decoded fixed gain correction factor
 564  * @param[out] pitch_gain          Decoded pitch gain
 565  */
 566 static void decode_gains(const uint8_t vq_gain, const enum Mode mode,
 567                          float *fixed_gain_factor, float *pitch_gain)
 568 {
 569     const int16_t *gains = (mode <= MODE_8k85 ? qua_gain_6b[vq_gain] :
 570                                                 qua_gain_7b[vq_gain]);
 571
 572     *pitch_gain        = gains[0] * (1.0f / (1 << 14));
 573     *fixed_gain_factor = gains[1] * (1.0f / (1 << 11));
 574 }
 575
 576 /**
 577  * Apply pitch sharpening filters to the fixed codebook vector.
 578  *
 579  * @param[in]     ctx              The context
 580  * @param[in,out] fixed_vector     Fixed codebook excitation
 581  */
 582 // XXX: Spec states this procedure should be applied when the pitch
 583 // lag is less than 64, but this checking seems absent in reference and AMR-NB
 584 static void pitch_sharpening(AMRWBContext *ctx, float *fixed_vector)
 585 {
 586     int i;
 587
 588     /* Tilt part */
 589     for (i = AMRWB_SFR_SIZE - 1; i != 0; i--)
 590         fixed_vector[i] -= fixed_vector[i - 1] * ctx->tilt_coef;
 591
 592     /* Periodicity enhancement part */
 593     for (i = ctx->pitch_lag_int; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++)
 594         fixed_vector[i] += fixed_vector[i - ctx->pitch_lag_int] * 0.85;
 595 }
 596
 597 /**
 598  * Calculate the voicing factor (-1.0 = unvoiced to 1.0 = voiced).
 599  *
 600  * @param[in] p_vector, f_vector   Pitch and fixed excitation vectors
 601  * @param[in] p_gain, f_gain       Pitch and fixed gains
 602  * @param[in] ctx                  The context
 603  */
 604 // XXX: There is something wrong with the precision here! The magnitudes
 605 // of the energies are not correct. Please check the reference code carefully
 606 static float voice_factor(float *p_vector, float p_gain,
 607                           float *f_vector, float f_gain,
 608                           CELPMContext *ctx)
 609 {
 610     double p_ener = (double) ctx->dot_productf(p_vector, p_vector,
 611                                                           AMRWB_SFR_SIZE) *
 612                     p_gain * p_gain;
 613     double f_ener = (double) ctx->dot_productf(f_vector, f_vector,
 614                                                           AMRWB_SFR_SIZE) *
 615                     f_gain * f_gain;
 616
 617     return (p_ener - f_ener) / (p_ener + f_ener);
 618 }
 619
 620 /**
 621  * Reduce fixed vector sparseness by smoothing with one of three IR filters,
 622  * also known as "adaptive phase dispersion".
 623  *
 624  * @param[in]     ctx              The context
 625  * @param[in,out] fixed_vector     Unfiltered fixed vector
 626  * @param[out]    buf              Space for modified vector if necessary
 627  *
 628  * @return The potentially overwritten filtered fixed vector address
 629  */
 630 static float *anti_sparseness(AMRWBContext *ctx,
 631                               float *fixed_vector, float *buf)
 632 {
 633     int ir_filter_nr;
 634
 635     if (ctx->fr_cur_mode > MODE_8k85) // no filtering in higher modes
 636         return fixed_vector;
 637
 638     if (ctx->pitch_gain[0] < 0.6) {
 639         ir_filter_nr = 0;      // strong filtering
 640     } else if (ctx->pitch_gain[0] < 0.9) {
 641         ir_filter_nr = 1;      // medium filtering
 642     } else
 643         ir_filter_nr = 2;      // no filtering
 644
 645     /* detect 'onset' */
 646     if (ctx->fixed_gain[0] > 3.0 * ctx->fixed_gain[1]) {
 647         if (ir_filter_nr < 2)
 648             ir_filter_nr++;
 649     } else {
 650         int i, count = 0;
 651
 652         for (i = 0; i < 6; i++)
 653             if (ctx->pitch_gain[i] < 0.6)
 654                 count++;
 655
 656         if (count > 2)
 657             ir_filter_nr = 0;
 658
 659         if (ir_filter_nr > ctx->prev_ir_filter_nr + 1)
 660             ir_filter_nr--;
 661     }
 662
 663     /* update ir filter strength history */
 664     ctx->prev_ir_filter_nr = ir_filter_nr;
 665
 666     ir_filter_nr += (ctx->fr_cur_mode == MODE_8k85);
 667
 668     if (ir_filter_nr < 2) {
 669         int i;
 670         const float *coef = ir_filters_lookup[ir_filter_nr];
 671
 672         /* Circular convolution code in the reference
 673          * decoder was modified to avoid using one
 674          * extra array. The filtered vector is given by:
 675          *
 676          * c2(n) = sum(i,0,len-1){ c(i) * coef( (n - i + len) % len ) }
 677          */
 678
 679         memset(buf, 0, sizeof(float) * AMRWB_SFR_SIZE);
 680         for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++)
 681             if (fixed_vector[i])
 682                 ff_celp_circ_addf(buf, buf, coef, i, fixed_vector[i],
 683                                   AMRWB_SFR_SIZE);
 684         fixed_vector = buf;
 685     }
 686
 687     return fixed_vector;
 688 }
 689
 690 /**
 691  * Calculate a stability factor {teta} based on distance between
 692  * current and past isf. A value of 1 shows maximum signal stability.
 693  */
 694 static float stability_factor(const float *isf, const float *isf_past)
 695 {
 696     int i;
 697     float acc = 0.0;
 698
 699     for (i = 0; i < LP_ORDER - 1; i++)
 700         acc += (isf[i] - isf_past[i]) * (isf[i] - isf_past[i]);
 701
 702     // XXX: This part is not so clear from the reference code
 703     // the result is more accurate changing the "/ 256" to "* 512"
 704     return FFMAX(0.0, 1.25 - acc * 0.8 * 512);
 705 }
 706
 707 /**
 708  * Apply a non-linear fixed gain smoothing in order to reduce
 709  * fluctuation in the energy of excitation.
 710  *
 711  * @param[in]     fixed_gain       Unsmoothed fixed gain
 712  * @param[in,out] prev_tr_gain     Previous threshold gain (updated)
 713  * @param[in]     voice_fac        Frame voicing factor
 714  * @param[in]     stab_fac         Frame stability factor
 715  *
 716  * @return The smoothed gain
 717  */
 718 static float noise_enhancer(float fixed_gain, float *prev_tr_gain,
 719                             float voice_fac,  float stab_fac)
 720 {
 721     float sm_fac = 0.5 * (1 - voice_fac) * stab_fac;
 722     float g0;
 723
 724     // XXX: the following fixed-point constants used to in(de)crement
 725     // gain by 1.5dB were taken from the reference code, maybe it could
 726     // be simpler
 727     if (fixed_gain < *prev_tr_gain) {
 728         g0 = FFMIN(*prev_tr_gain, fixed_gain + fixed_gain *
 729                      (6226 * (1.0f / (1 << 15)))); // +1.5 dB
 730     } else
 731         g0 = FFMAX(*prev_tr_gain, fixed_gain *
 732                     (27536 * (1.0f / (1 << 15)))); // -1.5 dB
 733
 734     *prev_tr_gain = g0; // update next frame threshold
 735
 736     return sm_fac * g0 + (1 - sm_fac) * fixed_gain;
 737 }
 738
 739 /**
 740  * Filter the fixed_vector to emphasize the higher frequencies.
 741  *
 742  * @param[in,out] fixed_vector     Fixed codebook vector
 743  * @param[in]     voice_fac        Frame voicing factor
 744  */
 745 static void pitch_enhancer(float *fixed_vector, float voice_fac)
 746 {
 747     int i;
 748     float cpe  = 0.125 * (1 + voice_fac);
 749     float last = fixed_vector[0]; // holds c(i - 1)
 750
 751     fixed_vector[0] -= cpe * fixed_vector[1];
 752
 753     for (i = 1; i < AMRWB_SFR_SIZE - 1; i++) {
 754         float cur = fixed_vector[i];
 755
 756         fixed_vector[i] -= cpe * (last + fixed_vector[i + 1]);
 757         last = cur;
 758     }
 759
 760     fixed_vector[AMRWB_SFR_SIZE - 1] -= cpe * last;
 761 }
 762
 763 /**
 764  * Conduct 16th order linear predictive coding synthesis from excitation.
 765  *
 766  * @param[in]     ctx              Pointer to the AMRWBContext
 767  * @param[in]     lpc              Pointer to the LPC coefficients
 768  * @param[out]    excitation       Buffer for synthesis final excitation
 769  * @param[in]     fixed_gain       Fixed codebook gain for synthesis
 770  * @param[in]     fixed_vector     Algebraic codebook vector
 771  * @param[in,out] samples          Pointer to the output samples and memory
 772  */
 773 static void synthesis(AMRWBContext *ctx, float *lpc, float *excitation,
 774                       float fixed_gain, const float *fixed_vector,
 775                       float *samples)
 776 {
 777     ctx->acelpv_ctx.weighted_vector_sumf(excitation, ctx->pitch_vector, fixed_vector,
 778                             ctx->pitch_gain[0], fixed_gain, AMRWB_SFR_SIZE);
 779
 780     /* emphasize pitch vector contribution in low bitrate modes */
 781     if (ctx->pitch_gain[0] > 0.5 && ctx->fr_cur_mode <= MODE_8k85) {
 782         int i;
 783         float energy = ctx->celpm_ctx.dot_productf(excitation, excitation,
 784                                                     AMRWB_SFR_SIZE);
 785
 786         // XXX: Weird part in both ref code and spec. A unknown parameter
 787         // {beta} seems to be identical to the current pitch gain
 788         float pitch_factor = 0.25 * ctx->pitch_gain[0] * ctx->pitch_gain[0];
 789
 790         for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++)
 791             excitation[i] += pitch_factor * ctx->pitch_vector[i];
 792
 793         ff_scale_vector_to_given_sum_of_squares(excitation, excitation,
 794                                                 energy, AMRWB_SFR_SIZE);
 795     }
 796
 797     ctx->celpf_ctx.celp_lp_synthesis_filterf(samples, lpc, excitation,
 798                                  AMRWB_SFR_SIZE, LP_ORDER);
 799 }
 800
 801 /**
 802  * Apply to synthesis a de-emphasis filter of the form:
 803  * H(z) = 1 / (1 - m * z^-1)
 804  *
 805  * @param[out]    out              Output buffer
 806  * @param[in]     in               Input samples array with in[-1]
 807  * @param[in]     m                Filter coefficient
 808  * @param[in,out] mem              State from last filtering
 809  */
 810 static void de_emphasis(float *out, float *in, float m, float mem[1])
 811 {
 812     int i;
 813
 814     out[0] = in[0] + m * mem[0];
 815
 816     for (i = 1; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++)
 817          out[i] = in[i] + out[i - 1] * m;
 818
 819     mem[0] = out[AMRWB_SFR_SIZE - 1];
 820 }
 821
 822 /**
 823  * Upsample a signal by 5/4 ratio (from 12.8kHz to 16kHz) using
 824  * a FIR interpolation filter. Uses past data from before *in address.
 825  *
 826  * @param[out] out                 Buffer for interpolated signal
 827  * @param[in]  in                  Current signal data (length 0.8*o_size)
 828  * @param[in]  o_size              Output signal length
 829  * @param[in] ctx                  The context
 830  */
 831 static void upsample_5_4(float *out, const float *in, int o_size, CELPMContext *ctx)
 832 {
 833     const float *in0 = in - UPS_FIR_SIZE + 1;
 834     int i, j, k;
 835     int int_part = 0, frac_part;
 836
 837     i = 0;
 838     for (j = 0; j < o_size / 5; j++) {
 839         out[i] = in[int_part];
 840         frac_part = 4;
 841         i++;
 842
 843         for (k = 1; k < 5; k++) {
 844             out[i] = ctx->dot_productf(in0 + int_part,
 845                                                   upsample_fir[4 - frac_part],
 846                                                   UPS_MEM_SIZE);
 847             int_part++;
 848             frac_part--;
 849             i++;
 850         }
 851     }
 852 }
 853
 854 /**
 855  * Calculate the high-band gain based on encoded index (23k85 mode) or
 856  * on the low-band speech signal and the Voice Activity Detection flag.
 857  *
 858  * @param[in] ctx                  The context
 859  * @param[in] synth                LB speech synthesis at 12.8k
 860  * @param[in] hb_idx               Gain index for mode 23k85 only
 861  * @param[in] vad                  VAD flag for the frame
 862  */
 863 static float find_hb_gain(AMRWBContext *ctx, const float *synth,
 864                           uint16_t hb_idx, uint8_t vad)
 865 {
 866     int wsp = (vad > 0);
 867     float tilt;
 868
 869     if (ctx->fr_cur_mode == MODE_23k85)
 870         return qua_hb_gain[hb_idx] * (1.0f / (1 << 14));
 871
 872     tilt = ctx->celpm_ctx.dot_productf(synth, synth + 1, AMRWB_SFR_SIZE - 1) /
 873            ctx->celpm_ctx.dot_productf(synth, synth, AMRWB_SFR_SIZE);
 874
 875     /* return gain bounded by [0.1, 1.0] */
 876     return av_clipf((1.0 - FFMAX(0.0, tilt)) * (1.25 - 0.25 * wsp), 0.1, 1.0);
 877 }
 878
 879 /**
 880  * Generate the high-band excitation with the same energy from the lower
 881  * one and scaled by the given gain.
 882  *
 883  * @param[in]  ctx                 The context
 884  * @param[out] hb_exc              Buffer for the excitation
 885  * @param[in]  synth_exc           Low-band excitation used for synthesis
 886  * @param[in]  hb_gain             Wanted excitation gain
 887  */
 888 static void scaled_hb_excitation(AMRWBContext *ctx, float *hb_exc,
 889                                  const float *synth_exc, float hb_gain)
 890 {
 891     int i;
 892     float energy = ctx->celpm_ctx.dot_productf(synth_exc, synth_exc,
 893                                                 AMRWB_SFR_SIZE);
 894
 895     /* Generate a white-noise excitation */
 896     for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE_16k; i++)
 897         hb_exc[i] = 32768.0 - (uint16_t) av_lfg_get(&ctx->prng);
 898
 899     ff_scale_vector_to_given_sum_of_squares(hb_exc, hb_exc,
 900                                             energy * hb_gain * hb_gain,
 901                                             AMRWB_SFR_SIZE_16k);
 902 }
 903
 904 /**
 905  * Calculate the auto-correlation for the ISF difference vector.
 906  */
 907 static float auto_correlation(float *diff_isf, float mean, int lag)
 908 {
 909     int i;
 910     float sum = 0.0;
 911
 912     for (i = 7; i < LP_ORDER - 2; i++) {
 913         float prod = (diff_isf[i] - mean) * (diff_isf[i - lag] - mean);
 914         sum += prod * prod;
 915     }
 916     return sum;
 917 }
 918
 919 /**
 920  * Extrapolate a ISF vector to the 16kHz range (20th order LP)
 921  * used at mode 6k60 LP filter for the high frequency band.
 922  *
 923  * @param[out] isf Buffer for extrapolated isf; contains LP_ORDER
 924  *                 values on input
 925  */
 926 static void extrapolate_isf(float isf[LP_ORDER_16k])
 927 {
 928     float diff_isf[LP_ORDER - 2], diff_mean;
 929     float corr_lag[3];
 930     float est, scale;
 931     int i, j, i_max_corr;
 932
 933     isf[LP_ORDER_16k - 1] = isf[LP_ORDER - 1];
 934
 935     /* Calculate the difference vector */
 936     for (i = 0; i < LP_ORDER - 2; i++)
 937         diff_isf[i] = isf[i + 1] - isf[i];
 938
 939     diff_mean = 0.0;
 940     for (i = 2; i < LP_ORDER - 2; i++)
 941         diff_mean += diff_isf[i] * (1.0f / (LP_ORDER - 4));
 942
 943     /* Find which is the maximum autocorrelation */
 944     i_max_corr = 0;
 945     for (i = 0; i < 3; i++) {
 946         corr_lag[i] = auto_correlation(diff_isf, diff_mean, i + 2);
 947
 948         if (corr_lag[i] > corr_lag[i_max_corr])
 949             i_max_corr = i;
 950     }
 951     i_max_corr++;
 952
 953     for (i = LP_ORDER - 1; i < LP_ORDER_16k - 1; i++)
 954         isf[i] = isf[i - 1] + isf[i - 1 - i_max_corr]
 955                             - isf[i - 2 - i_max_corr];
 956
 957     /* Calculate an estimate for ISF(18) and scale ISF based on the error */
 958     est   = 7965 + (isf[2] - isf[3] - isf[4]) / 6.0;
 959     scale = 0.5 * (FFMIN(est, 7600) - isf[LP_ORDER - 2]) /
 960             (isf[LP_ORDER_16k - 2] - isf[LP_ORDER - 2]);
 961
 962     for (i = LP_ORDER - 1, j = 0; i < LP_ORDER_16k - 1; i++, j++)
 963         diff_isf[j] = scale * (isf[i] - isf[i - 1]);
 964
 965     /* Stability insurance */
 966     for (i = 1; i < LP_ORDER_16k - LP_ORDER; i++)
 967         if (diff_isf[i] + diff_isf[i - 1] < 5.0) {
 968             if (diff_isf[i] > diff_isf[i - 1]) {
 969                 diff_isf[i - 1] = 5.0 - diff_isf[i];
 970             } else
 971                 diff_isf[i] = 5.0 - diff_isf[i - 1];
 972         }
 973
 974     for (i = LP_ORDER - 1, j = 0; i < LP_ORDER_16k - 1; i++, j++)
 975         isf[i] = isf[i - 1] + diff_isf[j] * (1.0f / (1 << 15));
 976
 977     /* Scale the ISF vector for 16000 Hz */
 978     for (i = 0; i < LP_ORDER_16k - 1; i++)
 979         isf[i] *= 0.8;
 980 }
 981
 982 /**
 983  * Spectral expand the LP coefficients using the equation:
 984  *   y[i] = x[i] * (gamma ** i)
 985  *
 986  * @param[out] out                 Output buffer (may use input array)
 987  * @param[in]  lpc                 LP coefficients array
 988  * @param[in]  gamma               Weighting factor
 989  * @param[in]  size                LP array size
 990  */
 991 static void lpc_weighting(float *out, const float *lpc, float gamma, int size)
 992 {
 993     int i;
 994     float fac = gamma;
 995
 996     for (i = 0; i < size; i++) {
 997         out[i] = lpc[i] * fac;
 998         fac   *= gamma;
 999     }
1000 }
1001
1002 /**
1003  * Conduct 20th order linear predictive coding synthesis for the high
1004  * frequency band excitation at 16kHz.
1005  *
1006  * @param[in]     ctx              The context
1007  * @param[in]     subframe         Current subframe index (0 to 3)
1008  * @param[in,out] samples          Pointer to the output speech samples
1009  * @param[in]     exc              Generated white-noise scaled excitation
1010  * @param[in]     isf              Current frame isf vector
1011  * @param[in]     isf_past         Past frame final isf vector
1012  */
1013 static void hb_synthesis(AMRWBContext *ctx, int subframe, float *samples,
1014                          const float *exc, const float *isf, const float *isf_past)
1015 {
1016     float hb_lpc[LP_ORDER_16k];
1017     enum Mode mode = ctx->fr_cur_mode;
1018
1019     if (mode == MODE_6k60) {
1020         float e_isf[LP_ORDER_16k]; // ISF vector for extrapolation
1021         double e_isp[LP_ORDER_16k];
1022
1023         ctx->acelpv_ctx.weighted_vector_sumf(e_isf, isf_past, isf, isfp_inter[subframe],
1024                                 1.0 - isfp_inter[subframe], LP_ORDER);
1025
1026         extrapolate_isf(e_isf);
1027
1028         e_isf[LP_ORDER_16k - 1] *= 2.0;
1029         ff_acelp_lsf2lspd(e_isp, e_isf, LP_ORDER_16k);
1030         ff_amrwb_lsp2lpc(e_isp, hb_lpc, LP_ORDER_16k);
1031
1032         lpc_weighting(hb_lpc, hb_lpc, 0.9, LP_ORDER_16k);
1033     } else {
1034         lpc_weighting(hb_lpc, ctx->lp_coef[subframe], 0.6, LP_ORDER);
1035     }
1036
1037     ctx->celpf_ctx.celp_lp_synthesis_filterf(samples, hb_lpc, exc, AMRWB_SFR_SIZE_16k,
1038                                  (mode == MODE_6k60) ? LP_ORDER_16k : LP_ORDER);
1039 }
1040
1041 /**
1042  * Apply a 15th order filter to high-band samples.
1043  * The filter characteristic depends on the given coefficients.
1044  *
1045  * @param[out]    out              Buffer for filtered output
1046  * @param[in]     fir_coef         Filter coefficients
1047  * @param[in,out] mem              State from last filtering (updated)
1048  * @param[in]     in               Input speech data (high-band)
1049  *
1050  * @remark It is safe to pass the same array in in and out parameters
1051  */
1052
1053 #ifndef hb_fir_filter
1054 static void hb_fir_filter(float *out, const float fir_coef[HB_FIR_SIZE + 1],
1055                           float mem[HB_FIR_SIZE], const float *in)
1056 {
1057     int i, j;
1058     float data[AMRWB_SFR_SIZE_16k + HB_FIR_SIZE]; // past and current samples
1059
1060     memcpy(data, mem, HB_FIR_SIZE * sizeof(float));
1061     memcpy(data + HB_FIR_SIZE, in, AMRWB_SFR_SIZE_16k * sizeof(float));
1062
1063     for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE_16k; i++) {
1064         out[i] = 0.0;
1065         for (j = 0; j <= HB_FIR_SIZE; j++)
1066             out[i] += data[i + j] * fir_coef[j];
1067     }
1068
1069     memcpy(mem, data + AMRWB_SFR_SIZE_16k, HB_FIR_SIZE * sizeof(float));
1070 }
1071 #endif /* hb_fir_filter */
1072
1073 /**
1074  * Update context state before the next subframe.
1075  */
1076 static void update_sub_state(AMRWBContext *ctx)
1077 {
1078     memmove(&ctx->excitation_buf[0], &ctx->excitation_buf[AMRWB_SFR_SIZE],
1079             (AMRWB_P_DELAY_MAX + LP_ORDER + 1) * sizeof(float));
1080
1081     memmove(&ctx->pitch_gain[1], &ctx->pitch_gain[0], 5 * sizeof(float));
1082     memmove(&ctx->fixed_gain[1], &ctx->fixed_gain[0], 1 * sizeof(float));
1083
1084     memmove(&ctx->samples_az[0], &ctx->samples_az[AMRWB_SFR_SIZE],
1085             LP_ORDER * sizeof(float));
1086     memmove(&ctx->samples_up[0], &ctx->samples_up[AMRWB_SFR_SIZE],
1087             UPS_MEM_SIZE * sizeof(float));
1088     memmove(&ctx->samples_hb[0], &ctx->samples_hb[AMRWB_SFR_SIZE_16k],
1089             LP_ORDER_16k * sizeof(float));
1090 }
1091
1092 static int amrwb_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
1093                               int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
1094 {
1095     AMRWBContext *ctx  = avctx->priv_data;
1096     AVFrame *frame     = data;
1097     AMRWBFrame   *cf   = &ctx->frame;
1098     const uint8_t *buf = avpkt->data;
1099     int buf_size       = avpkt->size;
1100     int expected_fr_size, header_size;
1101     float *buf_out;
1102     float spare_vector[AMRWB_SFR_SIZE];      // extra stack space to hold result from anti-sparseness processing
1103     float fixed_gain_factor;                 // fixed gain correction factor (gamma)
1104     float *synth_fixed_vector;               // pointer to the fixed vector that synthesis should use
1105     float synth_fixed_gain;                  // the fixed gain that synthesis should use
1106     float voice_fac, stab_fac;               // parameters used for gain smoothing
1107     float synth_exc[AMRWB_SFR_SIZE];         // post-processed excitation for synthesis
1108     float hb_exc[AMRWB_SFR_SIZE_16k];        // excitation for the high frequency band
1109     float hb_samples[AMRWB_SFR_SIZE_16k];    // filtered high-band samples from synthesis
1110     float hb_gain;
1111     int sub, i, ret;
1112
1113     /* get output buffer */
1114     frame->nb_samples = 4 * AMRWB_SFR_SIZE_16k;
1115     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
1116         return ret;
1117     buf_out = (float *)frame->data[0];
1118
1119     header_size      = decode_mime_header(ctx, buf);
1120     if (ctx->fr_cur_mode > MODE_SID) {
1121         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
1122                "Invalid mode %d\n", ctx->fr_cur_mode);
1123         return AVERROR_INVALIDDATA;
1124     }
1125     expected_fr_size = ((cf_sizes_wb[ctx->fr_cur_mode] + 7) >> 3) + 1;
1126
1127     if (buf_size < expected_fr_size) {
1128         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
1129             "Frame too small (%d bytes). Truncated file?\n", buf_size);
1130         *got_frame_ptr = 0;
1131         return AVERROR_INVALIDDATA;
1132     }
1133
1134     if (!ctx->fr_quality || ctx->fr_cur_mode > MODE_SID)
1135         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Encountered a bad or corrupted frame\n");
1136
1137     if (ctx->fr_cur_mode == MODE_SID) { /* Comfort noise frame */
1138         avpriv_request_sample(avctx, "SID mode");
1139         return AVERROR_PATCHWELCOME;
1140     }
1141
1142     ff_amr_bit_reorder((uint16_t *) &ctx->frame, sizeof(AMRWBFrame),
1143         buf + header_size, amr_bit_orderings_by_mode[ctx->fr_cur_mode]);
1144
1145     /* Decode the quantized ISF vector */
1146     if (ctx->fr_cur_mode == MODE_6k60) {
1147         decode_isf_indices_36b(cf->isp_id, ctx->isf_cur);
1148     } else {
1149         decode_isf_indices_46b(cf->isp_id, ctx->isf_cur);
1150     }
1151
1152     isf_add_mean_and_past(ctx->isf_cur, ctx->isf_q_past);
1153     ff_set_min_dist_lsf(ctx->isf_cur, MIN_ISF_SPACING, LP_ORDER - 1);
1154
1155     stab_fac = stability_factor(ctx->isf_cur, ctx->isf_past_final);
1156
1157     ctx->isf_cur[LP_ORDER - 1] *= 2.0;
1158     ff_acelp_lsf2lspd(ctx->isp[3], ctx->isf_cur, LP_ORDER);
1159
1160     /* Generate a ISP vector for each subframe */
1161     if (ctx->first_frame) {
1162         ctx->first_frame = 0;
1163         memcpy(ctx->isp_sub4_past, ctx->isp[3], LP_ORDER * sizeof(double));
1164     }
1165     interpolate_isp(ctx->isp, ctx->isp_sub4_past);
1166
1167     for (sub = 0; sub < 4; sub++)
1168         ff_amrwb_lsp2lpc(ctx->isp[sub], ctx->lp_coef[sub], LP_ORDER);
1169
1170     for (sub = 0; sub < 4; sub++) {
1171         const AMRWBSubFrame *cur_subframe = &cf->subframe[sub];
1172         float *sub_buf = buf_out + sub * AMRWB_SFR_SIZE_16k;
1173
1174         /* Decode adaptive codebook (pitch vector) */
1175         decode_pitch_vector(ctx, cur_subframe, sub);
1176         /* Decode innovative codebook (fixed vector) */
1177         decode_fixed_vector(ctx->fixed_vector, cur_subframe->pul_ih,
1178                             cur_subframe->pul_il, ctx->fr_cur_mode);
1179
1180         pitch_sharpening(ctx, ctx->fixed_vector);
1181
1182         decode_gains(cur_subframe->vq_gain, ctx->fr_cur_mode,
1183                      &fixed_gain_factor, &ctx->pitch_gain[0]);
1184
1185         ctx->fixed_gain[0] =
1186             ff_amr_set_fixed_gain(fixed_gain_factor,
1187                                   ctx->celpm_ctx.dot_productf(ctx->fixed_vector,
1188                                                                ctx->fixed_vector,
1189                                                                AMRWB_SFR_SIZE) /
1190                                   AMRWB_SFR_SIZE,
1191                        ctx->prediction_error,
1192                        ENERGY_MEAN, energy_pred_fac);
1193
1194         /* Calculate voice factor and store tilt for next subframe */
1195         voice_fac      = voice_factor(ctx->pitch_vector, ctx->pitch_gain[0],
1196                                       ctx->fixed_vector, ctx->fixed_gain[0],
1197                                       &ctx->celpm_ctx);
1198         ctx->tilt_coef = voice_fac * 0.25 + 0.25;
1199
1200         /* Construct current excitation */
1201         for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++) {
1202             ctx->excitation[i] *= ctx->pitch_gain[0];
1203             ctx->excitation[i] += ctx->fixed_gain[0] * ctx->fixed_vector[i];
1204             ctx->excitation[i] = truncf(ctx->excitation[i]);
1205         }
1206
1207         /* Post-processing of excitation elements */
1208         synth_fixed_gain = noise_enhancer(ctx->fixed_gain[0], &ctx->prev_tr_gain,
1209                                           voice_fac, stab_fac);
1210
1211         synth_fixed_vector = anti_sparseness(ctx, ctx->fixed_vector,
1212                                              spare_vector);
1213
1214         pitch_enhancer(synth_fixed_vector, voice_fac);
1215
1216         synthesis(ctx, ctx->lp_coef[sub], synth_exc, synth_fixed_gain,
1217                   synth_fixed_vector, &ctx->samples_az[LP_ORDER]);
1218
1219         /* Synthesis speech post-processing */
1220         de_emphasis(&ctx->samples_up[UPS_MEM_SIZE],
1221                     &ctx->samples_az[LP_ORDER], PREEMPH_FAC, ctx->demph_mem);
1222
1223         ctx->acelpf_ctx.acelp_apply_order_2_transfer_function(&ctx->samples_up[UPS_MEM_SIZE],
1224             &ctx->samples_up[UPS_MEM_SIZE], hpf_zeros, hpf_31_poles,
1225             hpf_31_gain, ctx->hpf_31_mem, AMRWB_SFR_SIZE);
1226
1227         upsample_5_4(sub_buf, &ctx->samples_up[UPS_FIR_SIZE],
1228                      AMRWB_SFR_SIZE_16k, &ctx->celpm_ctx);
1229
1230         /* High frequency band (6.4 - 7.0 kHz) generation part */
1231         ctx->acelpf_ctx.acelp_apply_order_2_transfer_function(hb_samples,
1232             &ctx->samples_up[UPS_MEM_SIZE], hpf_zeros, hpf_400_poles,
1233             hpf_400_gain, ctx->hpf_400_mem, AMRWB_SFR_SIZE);
1234
1235         hb_gain = find_hb_gain(ctx, hb_samples,
1236                                cur_subframe->hb_gain, cf->vad);
1237
1238         scaled_hb_excitation(ctx, hb_exc, synth_exc, hb_gain);
1239
1240         hb_synthesis(ctx, sub, &ctx->samples_hb[LP_ORDER_16k],
1241                      hb_exc, ctx->isf_cur, ctx->isf_past_final);
1242
1243         /* High-band post-processing filters */
1244         hb_fir_filter(hb_samples, bpf_6_7_coef, ctx->bpf_6_7_mem,
1245                       &ctx->samples_hb[LP_ORDER_16k]);
1246
1247         if (ctx->fr_cur_mode == MODE_23k85)
1248             hb_fir_filter(hb_samples, lpf_7_coef, ctx->lpf_7_mem,
1249                           hb_samples);
1250
1251         /* Add the low and high frequency bands */
1252         for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE_16k; i++)
1253             sub_buf[i] = (sub_buf[i] + hb_samples[i]) * (1.0f / (1 << 15));
1254
1255         /* Update buffers and history */
1256         update_sub_state(ctx);
1257     }
1258
1259     /* update state for next frame */
1260     memcpy(ctx->isp_sub4_past, ctx->isp[3], LP_ORDER * sizeof(ctx->isp[3][0]));
1261     memcpy(ctx->isf_past_final, ctx->isf_cur, LP_ORDER * sizeof(float));
1262
1263     *got_frame_ptr = 1;
1264
1265     return expected_fr_size;
1266 }
1267
1268 AVCodec ff_amrwb_decoder = {
1269     .name           = "amrwb",
1270     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("AMR-WB (Adaptive Multi-Rate WideBand)"),
1271     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1272     .id             = AV_CODEC_ID_AMR_WB,
1273     .priv_data_size = sizeof(AMRWBContext),
1274     .init           = amrwb_decode_init,
1275     .decode         = amrwb_decode_frame,
1276     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1,
1277     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_FLT,
1278                                                      AV_SAMPLE_FMT_NONE },
1279 };