libavcodec/opus_celt.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2012 Andrew D'Addesio
   3  * Copyright (c) 2013-2014 Mozilla Corporation
   4  * Copyright (c) 2016 Rostislav Pehlivanov <atomnuker@gmail.com>
   5  *
   6  * This file is part of FFmpeg.
   7  *
   8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  10  * License as published by the Free Software Foundation; either
  11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * Lesser General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  21  */
  22
  23 /**
  24  * @file
  25  * Opus CELT decoder
  26  */
  27
  28 #include "opus_celt.h"
  29 #include "opustab.h"
  30 #include "opus_pvq.h"
  31
  32 static void celt_decode_coarse_energy(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc)
  33 {
  34     int i, j;
  35     float prev[2] = {0};
  36     float alpha, beta;
  37     const uint8_t *model;
  38
  39     /* use the 2D z-transform to apply prediction in both */
  40     /* the time domain (alpha) and the frequency domain (beta) */
  41
  42     if (opus_rc_tell(rc)+3 <= f->framebits && ff_opus_rc_dec_log(rc, 3)) {
  43         /* intra frame */
  44         alpha = 0;
  45         beta  = 1.0f - 4915.0f/32768.0f;
  46         model = ff_celt_coarse_energy_dist[f->size][1];
  47     } else {
  48         alpha = ff_celt_alpha_coef[f->size];
  49         beta  = 1.0f - ff_celt_beta_coef[f->size];
  50         model = ff_celt_coarse_energy_dist[f->size][0];
  51     }
  52
  53     for (i = 0; i < CELT_MAX_BANDS; i++) {
  54         for (j = 0; j < f->channels; j++) {
  55             CeltBlock *block = &f->block[j];
  56             float value;
  57             int available;
  58
  59             if (i < f->start_band || i >= f->end_band) {
  60                 block->energy[i] = 0.0;
  61                 continue;
  62             }
  63
  64             available = f->framebits - opus_rc_tell(rc);
  65             if (available >= 15) {
  66                 /* decode using a Laplace distribution */
  67                 int k = FFMIN(i, 20) << 1;
  68                 value = ff_opus_rc_dec_laplace(rc, model[k] << 7, model[k+1] << 6);
  69             } else if (available >= 2) {
  70                 int x = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_celt_model_energy_small);
  71                 value = (x>>1) ^ -(x&1);
  72             } else if (available >= 1) {
  73                 value = -(float)ff_opus_rc_dec_log(rc, 1);
  74             } else value = -1;
  75
  76             block->energy[i] = FFMAX(-9.0f, block->energy[i]) * alpha + prev[j] + value;
  77             prev[j] += beta * value;
  78         }
  79     }
  80 }
  81
  82 static void celt_decode_fine_energy(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc)
  83 {
  84     int i;
  85     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
  86         int j;
  87         if (!f->fine_bits[i])
  88             continue;
  89
  90         for (j = 0; j < f->channels; j++) {
  91             CeltBlock *block = &f->block[j];
  92             int q2;
  93             float offset;
  94             q2 = ff_opus_rc_get_raw(rc, f->fine_bits[i]);
  95             offset = (q2 + 0.5f) * (1 << (14 - f->fine_bits[i])) / 16384.0f - 0.5f;
  96             block->energy[i] += offset;
  97         }
  98     }
  99 }
 100
 101 static void celt_decode_final_energy(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc)
 102 {
 103     int priority, i, j;
 104     int bits_left = f->framebits - opus_rc_tell(rc);
 105
 106     for (priority = 0; priority < 2; priority++) {
 107         for (i = f->start_band; i < f->end_band && bits_left >= f->channels; i++) {
 108             if (f->fine_priority[i] != priority || f->fine_bits[i] >= CELT_MAX_FINE_BITS)
 109                 continue;
 110
 111             for (j = 0; j < f->channels; j++) {
 112                 int q2;
 113                 float offset;
 114                 q2 = ff_opus_rc_get_raw(rc, 1);
 115                 offset = (q2 - 0.5f) * (1 << (14 - f->fine_bits[i] - 1)) / 16384.0f;
 116                 f->block[j].energy[i] += offset;
 117                 bits_left--;
 118             }
 119         }
 120     }
 121 }
 122
 123 static void celt_decode_tf_changes(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc)
 124 {
 125     int i, diff = 0, tf_select = 0, tf_changed = 0, tf_select_bit;
 126     int consumed, bits = f->transient ? 2 : 4;
 127
 128     consumed = opus_rc_tell(rc);
 129     tf_select_bit = (f->size != 0 && consumed+bits+1 <= f->framebits);
 130
 131     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
 132         if (consumed+bits+tf_select_bit <= f->framebits) {
 133             diff ^= ff_opus_rc_dec_log(rc, bits);
 134             consumed = opus_rc_tell(rc);
 135             tf_changed |= diff;
 136         }
 137         f->tf_change[i] = diff;
 138         bits = f->transient ? 4 : 5;
 139     }
 140
 141     if (tf_select_bit && ff_celt_tf_select[f->size][f->transient][0][tf_changed] !=
 142                          ff_celt_tf_select[f->size][f->transient][1][tf_changed])
 143         tf_select = ff_opus_rc_dec_log(rc, 1);
 144
 145     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
 146         f->tf_change[i] = ff_celt_tf_select[f->size][f->transient][tf_select][f->tf_change[i]];
 147     }
 148 }
 149
 150 static void celt_decode_allocation(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc)
 151 {
 152     // approx. maximum bit allocation for each band before boost/trim
 153     int cap[CELT_MAX_BANDS];
 154     int boost[CELT_MAX_BANDS];
 155     int threshold[CELT_MAX_BANDS];
 156     int bits1[CELT_MAX_BANDS];
 157     int bits2[CELT_MAX_BANDS];
 158     int trim_offset[CELT_MAX_BANDS];
 159
 160     int skip_start_band = f->start_band;
 161     int dynalloc       = 6;
 162     int alloctrim      = 5;
 163     int extrabits      = 0;
 164
 165     int skip_bit             = 0;
 166     int intensity_stereo_bit = 0;
 167     int dual_stereo_bit      = 0;
 168
 169     int remaining, bandbits;
 170     int low, high, total, done;
 171     int totalbits;
 172     int consumed;
 173     int i, j;
 174
 175     consumed = opus_rc_tell(rc);
 176
 177     /* obtain spread flag */
 178     f->spread = CELT_SPREAD_NORMAL;
 179     if (consumed + 4 <= f->framebits)
 180         f->spread = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_celt_model_spread);
 181
 182     /* generate static allocation caps */
 183     for (i = 0; i < CELT_MAX_BANDS; i++) {
 184         cap[i] = (ff_celt_static_caps[f->size][f->channels - 1][i] + 64)
 185                  * ff_celt_freq_range[i] << (f->channels - 1) << f->size >> 2;
 186     }
 187
 188     /* obtain band boost */
 189     totalbits = f->framebits << 3; // convert to 1/8 bits
 190     consumed = opus_rc_tell_frac(rc);
 191     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
 192         int quanta, band_dynalloc;
 193
 194         boost[i] = 0;
 195
 196         quanta = ff_celt_freq_range[i] << (f->channels - 1) << f->size;
 197         quanta = FFMIN(quanta << 3, FFMAX(6 << 3, quanta));
 198         band_dynalloc = dynalloc;
 199         while (consumed + (band_dynalloc<<3) < totalbits && boost[i] < cap[i]) {
 200             int add = ff_opus_rc_dec_log(rc, band_dynalloc);
 201             consumed = opus_rc_tell_frac(rc);
 202             if (!add)
 203                 break;
 204
 205             boost[i]     += quanta;
 206             totalbits    -= quanta;
 207             band_dynalloc = 1;
 208         }
 209         /* dynalloc is more likely to occur if it's already been used for earlier bands */
 210         if (boost[i])
 211             dynalloc = FFMAX(2, dynalloc - 1);
 212     }
 213
 214     /* obtain allocation trim */
 215     if (consumed + (6 << 3) <= totalbits)
 216         alloctrim = ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_celt_model_alloc_trim);
 217
 218     /* anti-collapse bit reservation */
 219     totalbits = (f->framebits << 3) - opus_rc_tell_frac(rc) - 1;
 220     f->anticollapse_needed = 0;
 221     if (f->blocks > 1 && f->size >= 2 &&
 222         totalbits >= ((f->size + 2) << 3))
 223         f->anticollapse_needed = 1 << 3;
 224     totalbits -= f->anticollapse_needed;
 225
 226     /* band skip bit reservation */
 227     if (totalbits >= 1 << 3)
 228         skip_bit = 1 << 3;
 229     totalbits -= skip_bit;
 230
 231     /* intensity/dual stereo bit reservation */
 232     if (f->channels == 2) {
 233         intensity_stereo_bit = ff_celt_log2_frac[f->end_band - f->start_band];
 234         if (intensity_stereo_bit <= totalbits) {
 235             totalbits -= intensity_stereo_bit;
 236             if (totalbits >= 1 << 3) {
 237                 dual_stereo_bit = 1 << 3;
 238                 totalbits -= 1 << 3;
 239             }
 240         } else
 241             intensity_stereo_bit = 0;
 242     }
 243
 244     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
 245         int trim     = alloctrim - 5 - f->size;
 246         int band     = ff_celt_freq_range[i] * (f->end_band - i - 1);
 247         int duration = f->size + 3;
 248         int scale    = duration + f->channels - 1;
 249
 250         /* PVQ minimum allocation threshold, below this value the band is
 251          * skipped */
 252         threshold[i] = FFMAX(3 * ff_celt_freq_range[i] << duration >> 4,
 253                              f->channels << 3);
 254
 255         trim_offset[i] = trim * (band << scale) >> 6;
 256
 257         if (ff_celt_freq_range[i] << f->size == 1)
 258             trim_offset[i] -= f->channels << 3;
 259     }
 260
 261     /* bisection */
 262     low  = 1;
 263     high = CELT_VECTORS - 1;
 264     while (low <= high) {
 265         int center = (low + high) >> 1;
 266         done = total = 0;
 267
 268         for (i = f->end_band - 1; i >= f->start_band; i--) {
 269             bandbits = ff_celt_freq_range[i] * ff_celt_static_alloc[center][i]
 270                        << (f->channels - 1) << f->size >> 2;
 271
 272             if (bandbits)
 273                 bandbits = FFMAX(0, bandbits + trim_offset[i]);
 274             bandbits += boost[i];
 275
 276             if (bandbits >= threshold[i] || done) {
 277                 done = 1;
 278                 total += FFMIN(bandbits, cap[i]);
 279             } else if (bandbits >= f->channels << 3)
 280                 total += f->channels << 3;
 281         }
 282
 283         if (total > totalbits)
 284             high = center - 1;
 285         else
 286             low = center + 1;
 287     }
 288     high = low--;
 289
 290     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
 291         bits1[i] = ff_celt_freq_range[i] * ff_celt_static_alloc[low][i]
 292                    << (f->channels - 1) << f->size >> 2;
 293         bits2[i] = high >= CELT_VECTORS ? cap[i] :
 294                    ff_celt_freq_range[i] * ff_celt_static_alloc[high][i]
 295                    << (f->channels - 1) << f->size >> 2;
 296
 297         if (bits1[i])
 298             bits1[i] = FFMAX(0, bits1[i] + trim_offset[i]);
 299         if (bits2[i])
 300             bits2[i] = FFMAX(0, bits2[i] + trim_offset[i]);
 301         if (low)
 302             bits1[i] += boost[i];
 303         bits2[i] += boost[i];
 304
 305         if (boost[i])
 306             skip_start_band = i;
 307         bits2[i] = FFMAX(0, bits2[i] - bits1[i]);
 308     }
 309
 310     /* bisection */
 311     low  = 0;
 312     high = 1 << CELT_ALLOC_STEPS;
 313     for (i = 0; i < CELT_ALLOC_STEPS; i++) {
 314         int center = (low + high) >> 1;
 315         done = total = 0;
 316
 317         for (j = f->end_band - 1; j >= f->start_band; j--) {
 318             bandbits = bits1[j] + (center * bits2[j] >> CELT_ALLOC_STEPS);
 319
 320             if (bandbits >= threshold[j] || done) {
 321                 done = 1;
 322                 total += FFMIN(bandbits, cap[j]);
 323             } else if (bandbits >= f->channels << 3)
 324                 total += f->channels << 3;
 325         }
 326         if (total > totalbits)
 327             high = center;
 328         else
 329             low = center;
 330     }
 331
 332     done = total = 0;
 333     for (i = f->end_band - 1; i >= f->start_band; i--) {
 334         bandbits = bits1[i] + (low * bits2[i] >> CELT_ALLOC_STEPS);
 335
 336         if (bandbits >= threshold[i] || done)
 337             done = 1;
 338         else
 339             bandbits = (bandbits >= f->channels << 3) ?
 340                        f->channels << 3 : 0;
 341
 342         bandbits     = FFMIN(bandbits, cap[i]);
 343         f->pulses[i] = bandbits;
 344         total      += bandbits;
 345     }
 346
 347     /* band skipping */
 348     for (f->coded_bands = f->end_band; ; f->coded_bands--) {
 349         int allocation;
 350         j = f->coded_bands - 1;
 351
 352         if (j == skip_start_band) {
 353             /* all remaining bands are not skipped */
 354             totalbits += skip_bit;
 355             break;
 356         }
 357
 358         /* determine the number of bits available for coding "do not skip" markers */
 359         remaining   = totalbits - total;
 360         bandbits    = remaining / (ff_celt_freq_bands[j+1] - ff_celt_freq_bands[f->start_band]);
 361         remaining  -= bandbits  * (ff_celt_freq_bands[j+1] - ff_celt_freq_bands[f->start_band]);
 362         allocation  = f->pulses[j] + bandbits * ff_celt_freq_range[j]
 363                       + FFMAX(0, remaining - (ff_celt_freq_bands[j] - ff_celt_freq_bands[f->start_band]));
 364
 365         /* a "do not skip" marker is only coded if the allocation is
 366            above the chosen threshold */
 367         if (allocation >= FFMAX(threshold[j], (f->channels + 1) <<3 )) {
 368             if (ff_opus_rc_dec_log(rc, 1))
 369                 break;
 370
 371             total      += 1 << 3;
 372             allocation -= 1 << 3;
 373         }
 374
 375         /* the band is skipped, so reclaim its bits */
 376         total -= f->pulses[j];
 377         if (intensity_stereo_bit) {
 378             total -= intensity_stereo_bit;
 379             intensity_stereo_bit = ff_celt_log2_frac[j - f->start_band];
 380             total += intensity_stereo_bit;
 381         }
 382
 383         total += f->pulses[j] = (allocation >= f->channels << 3) ?
 384                               f->channels << 3 : 0;
 385     }
 386
 387     /* obtain stereo flags */
 388     f->intensity_stereo = 0;
 389     f->dual_stereo      = 0;
 390     if (intensity_stereo_bit)
 391         f->intensity_stereo = f->start_band +
 392                           ff_opus_rc_dec_uint(rc, f->coded_bands + 1 - f->start_band);
 393     if (f->intensity_stereo <= f->start_band)
 394         totalbits += dual_stereo_bit; /* no intensity stereo means no dual stereo */
 395     else if (dual_stereo_bit)
 396         f->dual_stereo = ff_opus_rc_dec_log(rc, 1);
 397
 398     /* supply the remaining bits in this frame to lower bands */
 399     remaining = totalbits - total;
 400     bandbits  = remaining / (ff_celt_freq_bands[f->coded_bands] - ff_celt_freq_bands[f->start_band]);
 401     remaining -= bandbits * (ff_celt_freq_bands[f->coded_bands] - ff_celt_freq_bands[f->start_band]);
 402     for (i = f->start_band; i < f->coded_bands; i++) {
 403         int bits = FFMIN(remaining, ff_celt_freq_range[i]);
 404
 405         f->pulses[i] += bits + bandbits * ff_celt_freq_range[i];
 406         remaining    -= bits;
 407     }
 408
 409     for (i = f->start_band; i < f->coded_bands; i++) {
 410         int N = ff_celt_freq_range[i] << f->size;
 411         int prev_extra = extrabits;
 412         f->pulses[i] += extrabits;
 413
 414         if (N > 1) {
 415             int dof;        // degrees of freedom
 416             int temp;       // dof * channels * log(dof)
 417             int offset;     // fine energy quantization offset, i.e.
 418                             // extra bits assigned over the standard
 419                             // totalbits/dof
 420             int fine_bits, max_bits;
 421
 422             extrabits = FFMAX(0, f->pulses[i] - cap[i]);
 423             f->pulses[i] -= extrabits;
 424
 425             /* intensity stereo makes use of an extra degree of freedom */
 426             dof = N * f->channels
 427                   + (f->channels == 2 && N > 2 && !f->dual_stereo && i < f->intensity_stereo);
 428             temp = dof * (ff_celt_log_freq_range[i] + (f->size<<3));
 429             offset = (temp >> 1) - dof * CELT_FINE_OFFSET;
 430             if (N == 2) /* dof=2 is the only case that doesn't fit the model */
 431                 offset += dof<<1;
 432
 433             /* grant an additional bias for the first and second pulses */
 434             if (f->pulses[i] + offset < 2 * (dof << 3))
 435                 offset += temp >> 2;
 436             else if (f->pulses[i] + offset < 3 * (dof << 3))
 437                 offset += temp >> 3;
 438
 439             fine_bits = (f->pulses[i] + offset + (dof << 2)) / (dof << 3);
 440             max_bits  = FFMIN((f->pulses[i]>>3) >> (f->channels - 1),
 441                               CELT_MAX_FINE_BITS);
 442
 443             max_bits  = FFMAX(max_bits, 0);
 444
 445             f->fine_bits[i] = av_clip(fine_bits, 0, max_bits);
 446
 447             /* if fine_bits was rounded down or capped,
 448                give priority for the final fine energy pass */
 449             f->fine_priority[i] = (f->fine_bits[i] * (dof<<3) >= f->pulses[i] + offset);
 450
 451             /* the remaining bits are assigned to PVQ */
 452             f->pulses[i] -= f->fine_bits[i] << (f->channels - 1) << 3;
 453         } else {
 454             /* all bits go to fine energy except for the sign bit */
 455             extrabits = FFMAX(0, f->pulses[i] - (f->channels << 3));
 456             f->pulses[i] -= extrabits;
 457             f->fine_bits[i] = 0;
 458             f->fine_priority[i] = 1;
 459         }
 460
 461         /* hand back a limited number of extra fine energy bits to this band */
 462         if (extrabits > 0) {
 463             int fineextra = FFMIN(extrabits >> (f->channels + 2),
 464                                   CELT_MAX_FINE_BITS - f->fine_bits[i]);
 465             f->fine_bits[i] += fineextra;
 466
 467             fineextra <<= f->channels + 2;
 468             f->fine_priority[i] = (fineextra >= extrabits - prev_extra);
 469             extrabits -= fineextra;
 470         }
 471     }
 472     f->remaining = extrabits;
 473
 474     /* skipped bands dedicate all of their bits for fine energy */
 475     for (; i < f->end_band; i++) {
 476         f->fine_bits[i]     = f->pulses[i] >> (f->channels - 1) >> 3;
 477         f->pulses[i]        = 0;
 478         f->fine_priority[i] = f->fine_bits[i] < 1;
 479     }
 480 }
 481
 482 static void celt_denormalize(CeltFrame *f, CeltBlock *block, float *data)
 483 {
 484     int i, j;
 485
 486     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
 487         float *dst = data + (ff_celt_freq_bands[i] << f->size);
 488         float norm = exp2(block->energy[i] + ff_celt_mean_energy[i]);
 489
 490         for (j = 0; j < ff_celt_freq_range[i] << f->size; j++)
 491             dst[j] *= norm;
 492     }
 493 }
 494
 495 static void celt_postfilter_apply_transition(CeltBlock *block, float *data)
 496 {
 497     const int T0 = block->pf_period_old;
 498     const int T1 = block->pf_period;
 499
 500     float g00, g01, g02;
 501     float g10, g11, g12;
 502
 503     float x0, x1, x2, x3, x4;
 504
 505     int i;
 506
 507     if (block->pf_gains[0]     == 0.0 &&
 508         block->pf_gains_old[0] == 0.0)
 509         return;
 510
 511     g00 = block->pf_gains_old[0];
 512     g01 = block->pf_gains_old[1];
 513     g02 = block->pf_gains_old[2];
 514     g10 = block->pf_gains[0];
 515     g11 = block->pf_gains[1];
 516     g12 = block->pf_gains[2];
 517
 518     x1 = data[-T1 + 1];
 519     x2 = data[-T1];
 520     x3 = data[-T1 - 1];
 521     x4 = data[-T1 - 2];
 522
 523     for (i = 0; i < CELT_OVERLAP; i++) {
 524         float w = ff_celt_window2[i];
 525         x0 = data[i - T1 + 2];
 526
 527         data[i] +=  (1.0 - w) * g00 * data[i - T0]                          +
 528                     (1.0 - w) * g01 * (data[i - T0 - 1] + data[i - T0 + 1]) +
 529                     (1.0 - w) * g02 * (data[i - T0 - 2] + data[i - T0 + 2]) +
 530                     w         * g10 * x2                                    +
 531                     w         * g11 * (x1 + x3)                             +
 532                     w         * g12 * (x0 + x4);
 533         x4 = x3;
 534         x3 = x2;
 535         x2 = x1;
 536         x1 = x0;
 537     }
 538 }
 539
 540 static void celt_postfilter_apply(CeltBlock *block, float *data, int len)
 541 {
 542     const int T = block->pf_period;
 543     float g0, g1, g2;
 544     float x0, x1, x2, x3, x4;
 545     int i;
 546
 547     if (block->pf_gains[0] == 0.0 || len <= 0)
 548         return;
 549
 550     g0 = block->pf_gains[0];
 551     g1 = block->pf_gains[1];
 552     g2 = block->pf_gains[2];
 553
 554     x4 = data[-T - 2];
 555     x3 = data[-T - 1];
 556     x2 = data[-T];
 557     x1 = data[-T + 1];
 558
 559     for (i = 0; i < len; i++) {
 560         x0 = data[i - T + 2];
 561         data[i] += g0 * x2        +
 562                    g1 * (x1 + x3) +
 563                    g2 * (x0 + x4);
 564         x4 = x3;
 565         x3 = x2;
 566         x2 = x1;
 567         x1 = x0;
 568     }
 569 }
 570
 571 static void celt_postfilter(CeltFrame *f, CeltBlock *block)
 572 {
 573     int len = f->blocksize * f->blocks;
 574
 575     celt_postfilter_apply_transition(block, block->buf + 1024);
 576
 577     block->pf_period_old = block->pf_period;
 578     memcpy(block->pf_gains_old, block->pf_gains, sizeof(block->pf_gains));
 579
 580     block->pf_period = block->pf_period_new;
 581     memcpy(block->pf_gains, block->pf_gains_new, sizeof(block->pf_gains));
 582
 583     if (len > CELT_OVERLAP) {
 584         celt_postfilter_apply_transition(block, block->buf + 1024 + CELT_OVERLAP);
 585         celt_postfilter_apply(block, block->buf + 1024 + 2 * CELT_OVERLAP,
 586                               len - 2 * CELT_OVERLAP);
 587
 588         block->pf_period_old = block->pf_period;
 589         memcpy(block->pf_gains_old, block->pf_gains, sizeof(block->pf_gains));
 590     }
 591
 592     memmove(block->buf, block->buf + len, (1024 + CELT_OVERLAP / 2) * sizeof(float));
 593 }
 594
 595 static int parse_postfilter(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc, int consumed)
 596 {
 597     static const float postfilter_taps[3][3] = {
 598         { 0.3066406250f, 0.2170410156f, 0.1296386719f },
 599         { 0.4638671875f, 0.2680664062f, 0.0           },
 600         { 0.7998046875f, 0.1000976562f, 0.0           }
 601     };
 602     int i;
 603
 604     memset(f->block[0].pf_gains_new, 0, sizeof(f->block[0].pf_gains_new));
 605     memset(f->block[1].pf_gains_new, 0, sizeof(f->block[1].pf_gains_new));
 606
 607     if (f->start_band == 0 && consumed + 16 <= f->framebits) {
 608         int has_postfilter = ff_opus_rc_dec_log(rc, 1);
 609         if (has_postfilter) {
 610             float gain;
 611             int tapset, octave, period;
 612
 613             octave = ff_opus_rc_dec_uint(rc, 6);
 614             period = (16 << octave) + ff_opus_rc_get_raw(rc, 4 + octave) - 1;
 615             gain   = 0.09375f * (ff_opus_rc_get_raw(rc, 3) + 1);
 616             tapset = (opus_rc_tell(rc) + 2 <= f->framebits) ?
 617                      ff_opus_rc_dec_cdf(rc, ff_celt_model_tapset) : 0;
 618
 619             for (i = 0; i < 2; i++) {
 620                 CeltBlock *block = &f->block[i];
 621
 622                 block->pf_period_new = FFMAX(period, CELT_POSTFILTER_MINPERIOD);
 623                 block->pf_gains_new[0] = gain * postfilter_taps[tapset][0];
 624                 block->pf_gains_new[1] = gain * postfilter_taps[tapset][1];
 625                 block->pf_gains_new[2] = gain * postfilter_taps[tapset][2];
 626             }
 627         }
 628
 629         consumed = opus_rc_tell(rc);
 630     }
 631
 632     return consumed;
 633 }
 634
 635 static void process_anticollapse(CeltFrame *f, CeltBlock *block, float *X)
 636 {
 637     int i, j, k;
 638
 639     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
 640         int renormalize = 0;
 641         float *xptr;
 642         float prev[2];
 643         float Ediff, r;
 644         float thresh, sqrt_1;
 645         int depth;
 646
 647         /* depth in 1/8 bits */
 648         depth = (1 + f->pulses[i]) / (ff_celt_freq_range[i] << f->size);
 649         thresh = exp2f(-1.0 - 0.125f * depth);
 650         sqrt_1 = 1.0f / sqrtf(ff_celt_freq_range[i] << f->size);
 651
 652         xptr = X + (ff_celt_freq_bands[i] << f->size);
 653
 654         prev[0] = block->prev_energy[0][i];
 655         prev[1] = block->prev_energy[1][i];
 656         if (f->channels == 1) {
 657             CeltBlock *block1 = &f->block[1];
 658
 659             prev[0] = FFMAX(prev[0], block1->prev_energy[0][i]);
 660             prev[1] = FFMAX(prev[1], block1->prev_energy[1][i]);
 661         }
 662         Ediff = block->energy[i] - FFMIN(prev[0], prev[1]);
 663         Ediff = FFMAX(0, Ediff);
 664
 665         /* r needs to be multiplied by 2 or 2*sqrt(2) depending on LM because
 666         short blocks don't have the same energy as long */
 667         r = exp2(1 - Ediff);
 668         if (f->size == 3)
 669             r *= M_SQRT2;
 670         r = FFMIN(thresh, r) * sqrt_1;
 671         for (k = 0; k < 1 << f->size; k++) {
 672             /* Detect collapse */
 673             if (!(block->collapse_masks[i] & 1 << k)) {
 674                 /* Fill with noise */
 675                 for (j = 0; j < ff_celt_freq_range[i]; j++)
 676                     xptr[(j << f->size) + k] = (celt_rng(f) & 0x8000) ? r : -r;
 677                 renormalize = 1;
 678             }
 679         }
 680
 681         /* We just added some energy, so we need to renormalize */
 682         if (renormalize)
 683             celt_renormalize_vector(xptr, ff_celt_freq_range[i] << f->size, 1.0f);
 684     }
 685 }
 686
 687 static void celt_decode_bands(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc)
 688 {
 689     float lowband_scratch[8 * 22];
 690     float norm[2 * 8 * 100];
 691
 692     int totalbits = (f->framebits << 3) - f->anticollapse_needed;
 693
 694     int update_lowband = 1;
 695     int lowband_offset = 0;
 696
 697     int i, j;
 698
 699     memset(f->block[0].coeffs, 0, sizeof(f->block[0].coeffs));
 700     memset(f->block[1].coeffs, 0, sizeof(f->block[0].coeffs));
 701
 702     for (i = f->start_band; i < f->end_band; i++) {
 703         uint32_t cm[2] = { (1 << f->blocks) - 1, (1 << f->blocks) - 1 };
 704         int band_offset = ff_celt_freq_bands[i] << f->size;
 705         int band_size   = ff_celt_freq_range[i] << f->size;
 706         float *X = f->block[0].coeffs + band_offset;
 707         float *Y = (f->channels == 2) ? f->block[1].coeffs + band_offset : NULL;
 708
 709         int consumed = opus_rc_tell_frac(rc);
 710         float *norm2 = norm + 8 * 100;
 711         int effective_lowband = -1;
 712         int b = 0;
 713
 714         /* Compute how many bits we want to allocate to this band */
 715         if (i != f->start_band)
 716             f->remaining -= consumed;
 717         f->remaining2 = totalbits - consumed - 1;
 718         if (i <= f->coded_bands - 1) {
 719             int curr_balance = f->remaining / FFMIN(3, f->coded_bands-i);
 720             b = av_clip_uintp2(FFMIN(f->remaining2 + 1, f->pulses[i] + curr_balance), 14);
 721         }
 722
 723         if (ff_celt_freq_bands[i] - ff_celt_freq_range[i] >= ff_celt_freq_bands[f->start_band] &&
 724             (update_lowband || lowband_offset == 0))
 725             lowband_offset = i;
 726
 727         /* Get a conservative estimate of the collapse_mask's for the bands we're
 728            going to be folding from. */
 729         if (lowband_offset != 0 && (f->spread != CELT_SPREAD_AGGRESSIVE ||
 730                                     f->blocks > 1 || f->tf_change[i] < 0)) {
 731             int foldstart, foldend;
 732
 733             /* This ensures we never repeat spectral content within one band */
 734             effective_lowband = FFMAX(ff_celt_freq_bands[f->start_band],
 735                                       ff_celt_freq_bands[lowband_offset] - ff_celt_freq_range[i]);
 736             foldstart = lowband_offset;
 737             while (ff_celt_freq_bands[--foldstart] > effective_lowband);
 738             foldend = lowband_offset - 1;
 739             while (ff_celt_freq_bands[++foldend] < effective_lowband + ff_celt_freq_range[i]);
 740
 741             cm[0] = cm[1] = 0;
 742             for (j = foldstart; j < foldend; j++) {
 743                 cm[0] |= f->block[0].collapse_masks[j];
 744                 cm[1] |= f->block[f->channels - 1].collapse_masks[j];
 745             }
 746         }
 747
 748         if (f->dual_stereo && i == f->intensity_stereo) {
 749             /* Switch off dual stereo to do intensity */
 750             f->dual_stereo = 0;
 751             for (j = ff_celt_freq_bands[f->start_band] << f->size; j < band_offset; j++)
 752                 norm[j] = (norm[j] + norm2[j]) / 2;
 753         }
 754
 755         if (f->dual_stereo) {
 756             cm[0] = f->pvq->decode_band(f->pvq, f, rc, i, X, NULL, band_size, b / 2, f->blocks,
 757                                         effective_lowband != -1 ? norm + (effective_lowband << f->size) : NULL, f->size,
 758                                         norm + band_offset, 0, 1.0f, lowband_scratch, cm[0]);
 759
 760             cm[1] = f->pvq->decode_band(f->pvq, f, rc, i, Y, NULL, band_size, b/2, f->blocks,
 761                                         effective_lowband != -1 ? norm2 + (effective_lowband << f->size) : NULL, f->size,
 762                                         norm2 + band_offset, 0, 1.0f, lowband_scratch, cm[1]);
 763         } else {
 764             cm[0] = f->pvq->decode_band(f->pvq, f, rc, i, X, Y, band_size, b, f->blocks,
 765                                         effective_lowband != -1 ? norm + (effective_lowband << f->size) : NULL, f->size,
 766                                         norm + band_offset, 0, 1.0f, lowband_scratch, cm[0]|cm[1]);
 767             cm[1] = cm[0];
 768         }
 769
 770         f->block[0].collapse_masks[i]               = (uint8_t)cm[0];
 771         f->block[f->channels - 1].collapse_masks[i] = (uint8_t)cm[1];
 772         f->remaining += f->pulses[i] + consumed;
 773
 774         /* Update the folding position only as long as we have 1 bit/sample depth */
 775         update_lowband = (b > band_size << 3);
 776     }
 777 }
 778
 779 int ff_celt_decode_frame(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc,
 780                          float **output, int channels, int frame_size,
 781                          int start_band,  int end_band)
 782 {
 783     int i, j;
 784     int consumed;           // bits of entropy consumed thus far for this frame
 785     MDCT15Context *imdct;
 786     float imdct_scale = 1.0;
 787
 788     if (channels != 1 && channels != 2) {
 789         av_log(f->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid number of coded channels: %d\n",
 790                channels);
 791         return AVERROR_INVALIDDATA;
 792     }
 793     if (start_band < 0 || start_band > end_band || end_band > CELT_MAX_BANDS) {
 794         av_log(f->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid start/end band: %d %d\n",
 795                start_band, end_band);
 796         return AVERROR_INVALIDDATA;
 797     }
 798
 799     f->silence        = 0;
 800     f->transient      = 0;
 801     f->anticollapse   = 0;
 802     f->flushed        = 0;
 803     f->channels       = channels;
 804     f->start_band     = start_band;
 805     f->end_band       = end_band;
 806     f->framebits      = rc->rb.bytes * 8;
 807
 808     f->size = av_log2(frame_size / CELT_SHORT_BLOCKSIZE);
 809     if (f->size > CELT_MAX_LOG_BLOCKS ||
 810         frame_size != CELT_SHORT_BLOCKSIZE * (1 << f->size)) {
 811         av_log(f->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid CELT frame size: %d\n",
 812                frame_size);
 813         return AVERROR_INVALIDDATA;
 814     }
 815
 816     if (!f->output_channels)
 817         f->output_channels = channels;
 818
 819     memset(f->block[0].collapse_masks, 0, sizeof(f->block[0].collapse_masks));
 820     memset(f->block[1].collapse_masks, 0, sizeof(f->block[1].collapse_masks));
 821
 822     consumed = opus_rc_tell(rc);
 823
 824     /* obtain silence flag */
 825     if (consumed >= f->framebits)
 826         f->silence = 1;
 827     else if (consumed == 1)
 828         f->silence = ff_opus_rc_dec_log(rc, 15);
 829
 830
 831     if (f->silence) {
 832         consumed = f->framebits;
 833         rc->total_bits += f->framebits - opus_rc_tell(rc);
 834     }
 835
 836     /* obtain post-filter options */
 837     consumed = parse_postfilter(f, rc, consumed);
 838
 839     /* obtain transient flag */
 840     if (f->size != 0 && consumed+3 <= f->framebits)
 841         f->transient = ff_opus_rc_dec_log(rc, 3);
 842
 843     f->blocks    = f->transient ? 1 << f->size : 1;
 844     f->blocksize = frame_size / f->blocks;
 845
 846     imdct = f->imdct[f->transient ? 0 : f->size];
 847
 848     if (channels == 1) {
 849         for (i = 0; i < CELT_MAX_BANDS; i++)
 850             f->block[0].energy[i] = FFMAX(f->block[0].energy[i], f->block[1].energy[i]);
 851     }
 852
 853     celt_decode_coarse_energy(f, rc);
 854     celt_decode_tf_changes   (f, rc);
 855     celt_decode_allocation   (f, rc);
 856     celt_decode_fine_energy  (f, rc);
 857     celt_decode_bands        (f, rc);
 858
 859     if (f->anticollapse_needed)
 860         f->anticollapse = ff_opus_rc_get_raw(rc, 1);
 861
 862     celt_decode_final_energy(f, rc);
 863
 864     /* apply anti-collapse processing and denormalization to
 865      * each coded channel */
 866     for (i = 0; i < f->channels; i++) {
 867         CeltBlock *block = &f->block[i];
 868
 869         if (f->anticollapse)
 870             process_anticollapse(f, block, f->block[i].coeffs);
 871
 872         celt_denormalize(f, block, f->block[i].coeffs);
 873     }
 874
 875     /* stereo -> mono downmix */
 876     if (f->output_channels < f->channels) {
 877         f->dsp->vector_fmac_scalar(f->block[0].coeffs, f->block[1].coeffs, 1.0, FFALIGN(frame_size, 16));
 878         imdct_scale = 0.5;
 879     } else if (f->output_channels > f->channels)
 880         memcpy(f->block[1].coeffs, f->block[0].coeffs, frame_size * sizeof(float));
 881
 882     if (f->silence) {
 883         for (i = 0; i < 2; i++) {
 884             CeltBlock *block = &f->block[i];
 885
 886             for (j = 0; j < FF_ARRAY_ELEMS(block->energy); j++)
 887                 block->energy[j] = CELT_ENERGY_SILENCE;
 888         }
 889         memset(f->block[0].coeffs, 0, sizeof(f->block[0].coeffs));
 890         memset(f->block[1].coeffs, 0, sizeof(f->block[1].coeffs));
 891     }
 892
 893     /* transform and output for each output channel */
 894     for (i = 0; i < f->output_channels; i++) {
 895         CeltBlock *block = &f->block[i];
 896         float m = block->emph_coeff;
 897
 898         /* iMDCT and overlap-add */
 899         for (j = 0; j < f->blocks; j++) {
 900             float *dst  = block->buf + 1024 + j * f->blocksize;
 901
 902             imdct->imdct_half(imdct, dst + CELT_OVERLAP / 2, f->block[i].coeffs + j,
 903                               f->blocks, imdct_scale);
 904             f->dsp->vector_fmul_window(dst, dst, dst + CELT_OVERLAP / 2,
 905                                        ff_celt_window, CELT_OVERLAP / 2);
 906         }
 907
 908         /* postfilter */
 909         celt_postfilter(f, block);
 910
 911         /* deemphasis and output scaling */
 912         for (j = 0; j < frame_size; j++) {
 913             float tmp = block->buf[1024 - frame_size + j] + m;
 914             m = tmp * CELT_EMPH_COEFF;
 915             output[i][j] = tmp / 32768.;
 916         }
 917         block->emph_coeff = m;
 918     }
 919
 920     if (channels == 1)
 921         memcpy(f->block[1].energy, f->block[0].energy, sizeof(f->block[0].energy));
 922
 923     for (i = 0; i < 2; i++ ) {
 924         CeltBlock *block = &f->block[i];
 925
 926         if (!f->transient) {
 927             memcpy(block->prev_energy[1], block->prev_energy[0], sizeof(block->prev_energy[0]));
 928             memcpy(block->prev_energy[0], block->energy,         sizeof(block->prev_energy[0]));
 929         } else {
 930             for (j = 0; j < CELT_MAX_BANDS; j++)
 931                 block->prev_energy[0][j] = FFMIN(block->prev_energy[0][j], block->energy[j]);
 932         }
 933
 934         for (j = 0; j < f->start_band; j++) {
 935             block->prev_energy[0][j] = CELT_ENERGY_SILENCE;
 936             block->energy[j]         = 0.0;
 937         }
 938         for (j = f->end_band; j < CELT_MAX_BANDS; j++) {
 939             block->prev_energy[0][j] = CELT_ENERGY_SILENCE;
 940             block->energy[j]         = 0.0;
 941         }
 942     }
 943
 944     f->seed = rc->range;
 945
 946     return 0;
 947 }
 948
 949 void ff_celt_flush(CeltFrame *f)
 950 {
 951     int i, j;
 952
 953     if (f->flushed)
 954         return;
 955
 956     for (i = 0; i < 2; i++) {
 957         CeltBlock *block = &f->block[i];
 958
 959         for (j = 0; j < CELT_MAX_BANDS; j++)
 960             block->prev_energy[0][j] = block->prev_energy[1][j] = CELT_ENERGY_SILENCE;
 961
 962         memset(block->energy, 0, sizeof(block->energy));
 963         memset(block->buf,    0, sizeof(block->buf));
 964
 965         memset(block->pf_gains,     0, sizeof(block->pf_gains));
 966         memset(block->pf_gains_old, 0, sizeof(block->pf_gains_old));
 967         memset(block->pf_gains_new, 0, sizeof(block->pf_gains_new));
 968
 969         block->emph_coeff = 0.0;
 970     }
 971     f->seed = 0;
 972
 973     f->flushed = 1;
 974 }
 975
 976 void ff_celt_free(CeltFrame **f)
 977 {
 978     CeltFrame *frm = *f;
 979     int i;
 980
 981     if (!frm)
 982         return;
 983
 984     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(frm->imdct); i++)
 985         ff_mdct15_uninit(&frm->imdct[i]);
 986
 987     ff_celt_pvq_uninit(&frm->pvq);
 988
 989     av_freep(&frm->dsp);
 990     av_freep(f);
 991 }
 992
 993 int ff_celt_init(AVCodecContext *avctx, CeltFrame **f, int output_channels)
 994 {
 995     CeltFrame *frm;
 996     int i, ret;
 997
 998     if (output_channels != 1 && output_channels != 2) {
 999         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid number of output channels: %d\n",
1000                output_channels);
1001         return AVERROR(EINVAL);
1002     }
1003
1004     frm = av_mallocz(sizeof(*frm));
1005     if (!frm)
1006         return AVERROR(ENOMEM);
1007
1008     frm->avctx           = avctx;
1009     frm->output_channels = output_channels;
1010
1011     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(frm->imdct); i++)
1012         if ((ret = ff_mdct15_init(&frm->imdct[i], 1, i + 3, -1.0f)) < 0)
1013             goto fail;
1014
1015     if ((ret = ff_celt_pvq_init(&frm->pvq)) < 0)
1016         goto fail;
1017
1018     frm->dsp = avpriv_float_dsp_alloc(avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_BITEXACT);
1019     if (!frm->dsp) {
1020         ret = AVERROR(ENOMEM);
1021         goto fail;
1022     }
1023
1024     ff_celt_flush(frm);
1025
1026     *f = frm;
1027
1028     return 0;
1029 fail:
1030     ff_celt_free(&frm);
1031     return ret;
1032 }