libavcodec/opus_pvq.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2012 Andrew D'Addesio
   3  * Copyright (c) 2013-2014 Mozilla Corporation
   4  * Copyright (c) 2017 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 #include "opustab.h"
  24 #include "opus_pvq.h"
  25
  26 #define CELT_PVQ_U(n, k) (ff_celt_pvq_u_row[FFMIN(n, k)][FFMAX(n, k)])
  27 #define CELT_PVQ_V(n, k) (CELT_PVQ_U(n, k) + CELT_PVQ_U(n, (k) + 1))
  28
  29 static inline int16_t celt_cos(int16_t x)
  30 {
  31     x = (MUL16(x, x) + 4096) >> 13;
  32     x = (32767-x) + ROUND_MUL16(x, (-7651 + ROUND_MUL16(x, (8277 + ROUND_MUL16(-626, x)))));
  33     return 1+x;
  34 }
  35
  36 static inline int celt_log2tan(int isin, int icos)
  37 {
  38     int lc, ls;
  39     lc = opus_ilog(icos);
  40     ls = opus_ilog(isin);
  41     icos <<= 15 - lc;
  42     isin <<= 15 - ls;
  43     return (ls << 11) - (lc << 11) +
  44            ROUND_MUL16(isin, ROUND_MUL16(isin, -2597) + 7932) -
  45            ROUND_MUL16(icos, ROUND_MUL16(icos, -2597) + 7932);
  46 }
  47
  48 static inline int celt_bits2pulses(const uint8_t *cache, int bits)
  49 {
  50     // TODO: Find the size of cache and make it into an array in the parameters list
  51     int i, low = 0, high;
  52
  53     high = cache[0];
  54     bits--;
  55
  56     for (i = 0; i < 6; i++) {
  57         int center = (low + high + 1) >> 1;
  58         if (cache[center] >= bits)
  59             high = center;
  60         else
  61             low = center;
  62     }
  63
  64     return (bits - (low == 0 ? -1 : cache[low]) <= cache[high] - bits) ? low : high;
  65 }
  66
  67 static inline int celt_pulses2bits(const uint8_t *cache, int pulses)
  68 {
  69     // TODO: Find the size of cache and make it into an array in the parameters list
  70    return (pulses == 0) ? 0 : cache[pulses] + 1;
  71 }
  72
  73 static inline void celt_normalize_residual(const int * av_restrict iy, float * av_restrict X,
  74                                            int N, float g)
  75 {
  76     int i;
  77     for (i = 0; i < N; i++)
  78         X[i] = g * iy[i];
  79 }
  80
  81 static void celt_exp_rotation_impl(float *X, uint32_t len, uint32_t stride,
  82                                    float c, float s)
  83 {
  84     float *Xptr;
  85     int i;
  86
  87     Xptr = X;
  88     for (i = 0; i < len - stride; i++) {
  89         float x1, x2;
  90         x1           = Xptr[0];
  91         x2           = Xptr[stride];
  92         Xptr[stride] = c * x2 + s * x1;
  93         *Xptr++      = c * x1 - s * x2;
  94     }
  95
  96     Xptr = &X[len - 2 * stride - 1];
  97     for (i = len - 2 * stride - 1; i >= 0; i--) {
  98         float x1, x2;
  99         x1           = Xptr[0];
 100         x2           = Xptr[stride];
 101         Xptr[stride] = c * x2 + s * x1;
 102         *Xptr--      = c * x1 - s * x2;
 103     }
 104 }
 105
 106 static inline void celt_exp_rotation(float *X, uint32_t len,
 107                                      uint32_t stride, uint32_t K,
 108                                      enum CeltSpread spread, const int encode)
 109 {
 110     uint32_t stride2 = 0;
 111     float c, s;
 112     float gain, theta;
 113     int i;
 114
 115     if (2*K >= len || spread == CELT_SPREAD_NONE)
 116         return;
 117
 118     gain = (float)len / (len + (20 - 5*spread) * K);
 119     theta = M_PI * gain * gain / 4;
 120
 121     c = cosf(theta);
 122     s = sinf(theta);
 123
 124     if (len >= stride << 3) {
 125         stride2 = 1;
 126         /* This is just a simple (equivalent) way of computing sqrt(len/stride) with rounding.
 127         It's basically incrementing long as (stride2+0.5)^2 < len/stride. */
 128         while ((stride2 * stride2 + stride2) * stride + (stride >> 2) < len)
 129             stride2++;
 130     }
 131
 132     /*NOTE: As a minor optimization, we could be passing around log2(B), not B, for both this and for
 133     extract_collapse_mask().*/
 134     len /= stride;
 135     for (i = 0; i < stride; i++) {
 136         if (encode) {
 137             celt_exp_rotation_impl(X + i * len, len, 1, c, -s);
 138             if (stride2)
 139                 celt_exp_rotation_impl(X + i * len, len, stride2, s, -c);
 140         } else {
 141             if (stride2)
 142                 celt_exp_rotation_impl(X + i * len, len, stride2, s, c);
 143             celt_exp_rotation_impl(X + i * len, len, 1, c, s);
 144         }
 145     }
 146 }
 147
 148 static inline uint32_t celt_extract_collapse_mask(const int *iy, uint32_t N, uint32_t B)
 149 {
 150     uint32_t collapse_mask;
 151     int N0;
 152     int i, j;
 153
 154     if (B <= 1)
 155         return 1;
 156
 157     /*NOTE: As a minor optimization, we could be passing around log2(B), not B, for both this and for
 158     exp_rotation().*/
 159     N0 = N/B;
 160     collapse_mask = 0;
 161     for (i = 0; i < B; i++)
 162         for (j = 0; j < N0; j++)
 163             collapse_mask |= (iy[i*N0+j]!=0)<<i;
 164     return collapse_mask;
 165 }
 166
 167 static inline void celt_stereo_merge(float *X, float *Y, float mid, int N)
 168 {
 169     int i;
 170     float xp = 0, side = 0;
 171     float E[2];
 172     float mid2;
 173     float t, gain[2];
 174
 175     /* Compute the norm of X+Y and X-Y as |X|^2 + |Y|^2 +/- sum(xy) */
 176     for (i = 0; i < N; i++) {
 177         xp   += X[i] * Y[i];
 178         side += Y[i] * Y[i];
 179     }
 180
 181     /* Compensating for the mid normalization */
 182     xp *= mid;
 183     mid2 = mid;
 184     E[0] = mid2 * mid2 + side - 2 * xp;
 185     E[1] = mid2 * mid2 + side + 2 * xp;
 186     if (E[0] < 6e-4f || E[1] < 6e-4f) {
 187         for (i = 0; i < N; i++)
 188             Y[i] = X[i];
 189         return;
 190     }
 191
 192     t = E[0];
 193     gain[0] = 1.0f / sqrtf(t);
 194     t = E[1];
 195     gain[1] = 1.0f / sqrtf(t);
 196
 197     for (i = 0; i < N; i++) {
 198         float value[2];
 199         /* Apply mid scaling (side is already scaled) */
 200         value[0] = mid * X[i];
 201         value[1] = Y[i];
 202         X[i] = gain[0] * (value[0] - value[1]);
 203         Y[i] = gain[1] * (value[0] + value[1]);
 204     }
 205 }
 206
 207 static void celt_interleave_hadamard(float *tmp, float *X, int N0,
 208                                      int stride, int hadamard)
 209 {
 210     int i, j;
 211     int N = N0*stride;
 212
 213     if (hadamard) {
 214         const uint8_t *ordery = ff_celt_hadamard_ordery + stride - 2;
 215         for (i = 0; i < stride; i++)
 216             for (j = 0; j < N0; j++)
 217                 tmp[j*stride+i] = X[ordery[i]*N0+j];
 218     } else {
 219         for (i = 0; i < stride; i++)
 220             for (j = 0; j < N0; j++)
 221                 tmp[j*stride+i] = X[i*N0+j];
 222     }
 223
 224     for (i = 0; i < N; i++)
 225         X[i] = tmp[i];
 226 }
 227
 228 static void celt_deinterleave_hadamard(float *tmp, float *X, int N0,
 229                                        int stride, int hadamard)
 230 {
 231     int i, j;
 232     int N = N0*stride;
 233
 234     if (hadamard) {
 235         const uint8_t *ordery = ff_celt_hadamard_ordery + stride - 2;
 236         for (i = 0; i < stride; i++)
 237             for (j = 0; j < N0; j++)
 238                 tmp[ordery[i]*N0+j] = X[j*stride+i];
 239     } else {
 240         for (i = 0; i < stride; i++)
 241             for (j = 0; j < N0; j++)
 242                 tmp[i*N0+j] = X[j*stride+i];
 243     }
 244
 245     for (i = 0; i < N; i++)
 246         X[i] = tmp[i];
 247 }
 248
 249 static void celt_haar1(float *X, int N0, int stride)
 250 {
 251     int i, j;
 252     N0 >>= 1;
 253     for (i = 0; i < stride; i++) {
 254         for (j = 0; j < N0; j++) {
 255             float x0 = X[stride * (2 * j + 0) + i];
 256             float x1 = X[stride * (2 * j + 1) + i];
 257             X[stride * (2 * j + 0) + i] = (x0 + x1) * M_SQRT1_2;
 258             X[stride * (2 * j + 1) + i] = (x0 - x1) * M_SQRT1_2;
 259         }
 260     }
 261 }
 262
 263 static inline int celt_compute_qn(int N, int b, int offset, int pulse_cap,
 264                                   int dualstereo)
 265 {
 266     int qn, qb;
 267     int N2 = 2 * N - 1;
 268     if (dualstereo && N == 2)
 269         N2--;
 270
 271     /* The upper limit ensures that in a stereo split with itheta==16384, we'll
 272      * always have enough bits left over to code at least one pulse in the
 273      * side; otherwise it would collapse, since it doesn't get folded. */
 274     qb = FFMIN3(b - pulse_cap - (4 << 3), (b + N2 * offset) / N2, 8 << 3);
 275     qn = (qb < (1 << 3 >> 1)) ? 1 : ((ff_celt_qn_exp2[qb & 0x7] >> (14 - (qb >> 3))) + 1) >> 1 << 1;
 276     return qn;
 277 }
 278
 279 /* Convert the quantized vector to an index */
 280 static inline uint32_t celt_icwrsi(uint32_t N, uint32_t K, const int *y)
 281 {
 282     int i, idx = 0, sum = 0;
 283     for (i = N - 1; i >= 0; i--) {
 284         const uint32_t i_s = CELT_PVQ_U(N - i, sum + FFABS(y[i]) + 1);
 285         idx += CELT_PVQ_U(N - i, sum) + (y[i] < 0)*i_s;
 286         sum += FFABS(y[i]);
 287     }
 288     av_assert0(sum == K);
 289     return idx;
 290 }
 291
 292 // this code was adapted from libopus
 293 static inline uint64_t celt_cwrsi(uint32_t N, uint32_t K, uint32_t i, int *y)
 294 {
 295     uint64_t norm = 0;
 296     uint32_t p;
 297     int s, val;
 298     int k0;
 299
 300     while (N > 2) {
 301         uint32_t q;
 302
 303         /*Lots of pulses case:*/
 304         if (K >= N) {
 305             const uint32_t *row = ff_celt_pvq_u_row[N];
 306
 307             /* Are the pulses in this dimension negative? */
 308             p  = row[K + 1];
 309             s  = -(i >= p);
 310             i -= p & s;
 311
 312             /*Count how many pulses were placed in this dimension.*/
 313             k0 = K;
 314             q = row[N];
 315             if (q > i) {
 316                 K = N;
 317                 do {
 318                     p = ff_celt_pvq_u_row[--K][N];
 319                 } while (p > i);
 320             } else
 321                 for (p = row[K]; p > i; p = row[K])
 322                     K--;
 323
 324             i    -= p;
 325             val   = (k0 - K + s) ^ s;
 326             norm += val * val;
 327             *y++  = val;
 328         } else { /*Lots of dimensions case:*/
 329             /*Are there any pulses in this dimension at all?*/
 330             p = ff_celt_pvq_u_row[K    ][N];
 331             q = ff_celt_pvq_u_row[K + 1][N];
 332
 333             if (p <= i && i < q) {
 334                 i -= p;
 335                 *y++ = 0;
 336             } else {
 337                 /*Are the pulses in this dimension negative?*/
 338                 s  = -(i >= q);
 339                 i -= q & s;
 340
 341                 /*Count how many pulses were placed in this dimension.*/
 342                 k0 = K;
 343                 do p = ff_celt_pvq_u_row[--K][N];
 344                 while (p > i);
 345
 346                 i    -= p;
 347                 val   = (k0 - K + s) ^ s;
 348                 norm += val * val;
 349                 *y++  = val;
 350             }
 351         }
 352         N--;
 353     }
 354
 355     /* N == 2 */
 356     p  = 2 * K + 1;
 357     s  = -(i >= p);
 358     i -= p & s;
 359     k0 = K;
 360     K  = (i + 1) / 2;
 361
 362     if (K)
 363         i -= 2 * K - 1;
 364
 365     val   = (k0 - K + s) ^ s;
 366     norm += val * val;
 367     *y++  = val;
 368
 369     /* N==1 */
 370     s     = -i;
 371     val   = (K + s) ^ s;
 372     norm += val * val;
 373     *y    = val;
 374
 375     return norm;
 376 }
 377
 378 static inline void celt_encode_pulses(OpusRangeCoder *rc, int *y, uint32_t N, uint32_t K)
 379 {
 380     ff_opus_rc_enc_uint(rc, celt_icwrsi(N, K, y), CELT_PVQ_V(N, K));
 381 }
 382
 383 static inline float celt_decode_pulses(OpusRangeCoder *rc, int *y, uint32_t N, uint32_t K)
 384 {
 385     const uint32_t idx = ff_opus_rc_dec_uint(rc, CELT_PVQ_V(N, K));
 386     return celt_cwrsi(N, K, idx, y);
 387 }
 388
 389 /*
 390  * Faster than libopus's search, operates entirely in the signed domain.
 391  * Slightly worse/better depending on N, K and the input vector.
 392  */
 393 static void celt_pvq_search(float *X, int *y, int K, int N)
 394 {
 395     int i;
 396     float res = 0.0f, y_norm = 0.0f, xy_norm = 0.0f;
 397
 398     for (i = 0; i < N; i++)
 399         res += FFABS(X[i]);
 400
 401     res = K/res;
 402
 403     for (i = 0; i < N; i++) {
 404         y[i] = lrintf(res*X[i]);
 405         y_norm  += y[i]*y[i];
 406         xy_norm += y[i]*X[i];
 407         K -= FFABS(y[i]);
 408     }
 409
 410     while (K) {
 411         int max_idx = 0, phase = FFSIGN(K);
 412         float max_den = 1.0f, max_num = 0.0f;
 413         y_norm += 1.0f;
 414
 415         for (i = 0; i < N; i++) {
 416             /* If the sum has been overshot and the best place has 0 pulses allocated
 417              * to it, attempting to decrease it further will actually increase the
 418              * sum. Prevent this by disregarding any 0 positions when decrementing. */
 419             const int ca = 1 ^ ((y[i] == 0) & (phase < 0));
 420             float xy_new = xy_norm + 1*phase*FFABS(X[i]);
 421             float y_new  = y_norm  + 2*phase*FFABS(y[i]);
 422             xy_new = xy_new * xy_new;
 423             if (ca && (max_den*xy_new) > (y_new*max_num)) {
 424                 max_den = y_new;
 425                 max_num = xy_new;
 426                 max_idx = i;
 427             }
 428         }
 429
 430         K -= phase;
 431
 432         phase *= FFSIGN(X[max_idx]);
 433         xy_norm += 1*phase*X[max_idx];
 434         y_norm  += 2*phase*y[max_idx];
 435         y[max_idx] += phase;
 436     }
 437 }
 438
 439 static uint32_t celt_alg_quant(OpusRangeCoder *rc, float *X, uint32_t N, uint32_t K,
 440                                enum CeltSpread spread, uint32_t blocks, float gain)
 441 {
 442     int y[176];
 443
 444     celt_exp_rotation(X, N, blocks, K, spread, 1);
 445     celt_pvq_search(X, y, K, N);
 446     celt_encode_pulses(rc, y,  N, K);
 447     return celt_extract_collapse_mask(y, N, blocks);
 448 }
 449
 450 /** Decode pulse vector and combine the result with the pitch vector to produce
 451     the final normalised signal in the current band. */
 452 static uint32_t celt_alg_unquant(OpusRangeCoder *rc, float *X, uint32_t N, uint32_t K,
 453                                  enum CeltSpread spread, uint32_t blocks, float gain)
 454 {
 455     int y[176];
 456
 457     gain /= sqrtf(celt_decode_pulses(rc, y, N, K));
 458     celt_normalize_residual(y, X, N, gain);
 459     celt_exp_rotation(X, N, blocks, K, spread, 0);
 460     return celt_extract_collapse_mask(y, N, blocks);
 461 }
 462
 463 uint32_t ff_celt_decode_band(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc, const int band,
 464                              float *X, float *Y, int N, int b, uint32_t blocks,
 465                              float *lowband, int duration, float *lowband_out, int level,
 466                              float gain, float *lowband_scratch, int fill)
 467 {
 468     const uint8_t *cache;
 469     int dualstereo, split;
 470     int imid = 0, iside = 0;
 471     uint32_t N0 = N;
 472     int N_B;
 473     int N_B0;
 474     int B0 = blocks;
 475     int time_divide = 0;
 476     int recombine = 0;
 477     int inv = 0;
 478     float mid = 0, side = 0;
 479     int longblocks = (B0 == 1);
 480     uint32_t cm = 0;
 481
 482     N_B0 = N_B = N / blocks;
 483     split = dualstereo = (Y != NULL);
 484
 485     if (N == 1) {
 486         /* special case for one sample */
 487         int i;
 488         float *x = X;
 489         for (i = 0; i <= dualstereo; i++) {
 490             int sign = 0;
 491             if (f->remaining2 >= 1<<3) {
 492                 sign           = ff_opus_rc_get_raw(rc, 1);
 493                 f->remaining2 -= 1 << 3;
 494                 b             -= 1 << 3;
 495             }
 496             x[0] = sign ? -1.0f : 1.0f;
 497             x = Y;
 498         }
 499         if (lowband_out)
 500             lowband_out[0] = X[0];
 501         return 1;
 502     }
 503
 504     if (!dualstereo && level == 0) {
 505         int tf_change = f->tf_change[band];
 506         int k;
 507         if (tf_change > 0)
 508             recombine = tf_change;
 509         /* Band recombining to increase frequency resolution */
 510
 511         if (lowband &&
 512             (recombine || ((N_B & 1) == 0 && tf_change < 0) || B0 > 1)) {
 513             int j;
 514             for (j = 0; j < N; j++)
 515                 lowband_scratch[j] = lowband[j];
 516             lowband = lowband_scratch;
 517         }
 518
 519         for (k = 0; k < recombine; k++) {
 520             if (lowband)
 521                 celt_haar1(lowband, N >> k, 1 << k);
 522             fill = ff_celt_bit_interleave[fill & 0xF] | ff_celt_bit_interleave[fill >> 4] << 2;
 523         }
 524         blocks >>= recombine;
 525         N_B <<= recombine;
 526
 527         /* Increasing the time resolution */
 528         while ((N_B & 1) == 0 && tf_change < 0) {
 529             if (lowband)
 530                 celt_haar1(lowband, N_B, blocks);
 531             fill |= fill << blocks;
 532             blocks <<= 1;
 533             N_B >>= 1;
 534             time_divide++;
 535             tf_change++;
 536         }
 537         B0 = blocks;
 538         N_B0 = N_B;
 539
 540         /* Reorganize the samples in time order instead of frequency order */
 541         if (B0 > 1 && lowband)
 542             celt_deinterleave_hadamard(f->scratch, lowband, N_B >> recombine,
 543                                        B0 << recombine, longblocks);
 544     }
 545
 546     /* If we need 1.5 more bit than we can produce, split the band in two. */
 547     cache = ff_celt_cache_bits +
 548             ff_celt_cache_index[(duration + 1) * CELT_MAX_BANDS + band];
 549     if (!dualstereo && duration >= 0 && b > cache[cache[0]] + 12 && N > 2) {
 550         N >>= 1;
 551         Y = X + N;
 552         split = 1;
 553         duration -= 1;
 554         if (blocks == 1)
 555             fill = (fill & 1) | (fill << 1);
 556         blocks = (blocks + 1) >> 1;
 557     }
 558
 559     if (split) {
 560         int qn;
 561         int itheta = 0;
 562         int mbits, sbits, delta;
 563         int qalloc;
 564         int pulse_cap;
 565         int offset;
 566         int orig_fill;
 567         int tell;
 568
 569         /* Decide on the resolution to give to the split parameter theta */
 570         pulse_cap = ff_celt_log_freq_range[band] + duration * 8;
 571         offset = (pulse_cap >> 1) - (dualstereo && N == 2 ? CELT_QTHETA_OFFSET_TWOPHASE :
 572                                                           CELT_QTHETA_OFFSET);
 573         qn = (dualstereo && band >= f->intensity_stereo) ? 1 :
 574              celt_compute_qn(N, b, offset, pulse_cap, dualstereo);
 575         tell = opus_rc_tell_frac(rc);
 576         if (qn != 1) {
 577             /* Entropy coding of the angle. We use a uniform pdf for the
 578             time split, a step for stereo, and a triangular one for the rest. */
 579             if (dualstereo && N > 2)
 580                 itheta = ff_opus_rc_dec_uint_step(rc, qn/2);
 581             else if (dualstereo || B0 > 1)
 582                 itheta = ff_opus_rc_dec_uint(rc, qn+1);
 583             else
 584                 itheta = ff_opus_rc_dec_uint_tri(rc, qn);
 585             itheta = itheta * 16384 / qn;
 586             /* NOTE: Renormalising X and Y *may* help fixed-point a bit at very high rate.
 587             Let's do that at higher complexity */
 588         } else if (dualstereo) {
 589             inv = (b > 2 << 3 && f->remaining2 > 2 << 3) ? ff_opus_rc_dec_log(rc, 2) : 0;
 590             itheta = 0;
 591         }
 592         qalloc = opus_rc_tell_frac(rc) - tell;
 593         b -= qalloc;
 594
 595         orig_fill = fill;
 596         if (itheta == 0) {
 597             imid = 32767;
 598             iside = 0;
 599             fill = av_mod_uintp2(fill, blocks);
 600             delta = -16384;
 601         } else if (itheta == 16384) {
 602             imid = 0;
 603             iside = 32767;
 604             fill &= ((1 << blocks) - 1) << blocks;
 605             delta = 16384;
 606         } else {
 607             imid = celt_cos(itheta);
 608             iside = celt_cos(16384-itheta);
 609             /* This is the mid vs side allocation that minimizes squared error
 610             in that band. */
 611             delta = ROUND_MUL16((N - 1) << 7, celt_log2tan(iside, imid));
 612         }
 613
 614         mid  = imid  / 32768.0f;
 615         side = iside / 32768.0f;
 616
 617         /* This is a special case for N=2 that only works for stereo and takes
 618         advantage of the fact that mid and side are orthogonal to encode
 619         the side with just one bit. */
 620         if (N == 2 && dualstereo) {
 621             int c;
 622             int sign = 0;
 623             float tmp;
 624             float *x2, *y2;
 625             mbits = b;
 626             /* Only need one bit for the side */
 627             sbits = (itheta != 0 && itheta != 16384) ? 1 << 3 : 0;
 628             mbits -= sbits;
 629             c = (itheta > 8192);
 630             f->remaining2 -= qalloc+sbits;
 631
 632             x2 = c ? Y : X;
 633             y2 = c ? X : Y;
 634             if (sbits)
 635                 sign = ff_opus_rc_get_raw(rc, 1);
 636             sign = 1 - 2 * sign;
 637             /* We use orig_fill here because we want to fold the side, but if
 638             itheta==16384, we'll have cleared the low bits of fill. */
 639             cm = ff_celt_decode_band(f, rc, band, x2, NULL, N, mbits, blocks,
 640                                      lowband, duration, lowband_out, level, gain,
 641                                      lowband_scratch, orig_fill);
 642             /* We don't split N=2 bands, so cm is either 1 or 0 (for a fold-collapse),
 643             and there's no need to worry about mixing with the other channel. */
 644             y2[0] = -sign * x2[1];
 645             y2[1] =  sign * x2[0];
 646             X[0] *= mid;
 647             X[1] *= mid;
 648             Y[0] *= side;
 649             Y[1] *= side;
 650             tmp = X[0];
 651             X[0] = tmp - Y[0];
 652             Y[0] = tmp + Y[0];
 653             tmp = X[1];
 654             X[1] = tmp - Y[1];
 655             Y[1] = tmp + Y[1];
 656         } else {
 657             /* "Normal" split code */
 658             float *next_lowband2     = NULL;
 659             float *next_lowband_out1 = NULL;
 660             int next_level = 0;
 661             int rebalance;
 662
 663             /* Give more bits to low-energy MDCTs than they would
 664              * otherwise deserve */
 665             if (B0 > 1 && !dualstereo && (itheta & 0x3fff)) {
 666                 if (itheta > 8192)
 667                     /* Rough approximation for pre-echo masking */
 668                     delta -= delta >> (4 - duration);
 669                 else
 670                     /* Corresponds to a forward-masking slope of
 671                      * 1.5 dB per 10 ms */
 672                     delta = FFMIN(0, delta + (N << 3 >> (5 - duration)));
 673             }
 674             mbits = av_clip((b - delta) / 2, 0, b);
 675             sbits = b - mbits;
 676             f->remaining2 -= qalloc;
 677
 678             if (lowband && !dualstereo)
 679                 next_lowband2 = lowband + N; /* >32-bit split case */
 680
 681             /* Only stereo needs to pass on lowband_out.
 682              * Otherwise, it's handled at the end */
 683             if (dualstereo)
 684                 next_lowband_out1 = lowband_out;
 685             else
 686                 next_level = level + 1;
 687
 688             rebalance = f->remaining2;
 689             if (mbits >= sbits) {
 690                 /* In stereo mode, we do not apply a scaling to the mid
 691                  * because we need the normalized mid for folding later */
 692                 cm = ff_celt_decode_band(f, rc, band, X, NULL, N, mbits, blocks,
 693                                          lowband, duration, next_lowband_out1,
 694                                          next_level, dualstereo ? 1.0f : (gain * mid),
 695                                          lowband_scratch, fill);
 696
 697                 rebalance = mbits - (rebalance - f->remaining2);
 698                 if (rebalance > 3 << 3 && itheta != 0)
 699                     sbits += rebalance - (3 << 3);
 700
 701                 /* For a stereo split, the high bits of fill are always zero,
 702                  * so no folding will be done to the side. */
 703                 cm |= ff_celt_decode_band(f, rc, band, Y, NULL, N, sbits, blocks,
 704                                           next_lowband2, duration, NULL,
 705                                           next_level, gain * side, NULL,
 706                                           fill >> blocks) << ((B0 >> 1) & (dualstereo - 1));
 707             } else {
 708                 /* For a stereo split, the high bits of fill are always zero,
 709                  * so no folding will be done to the side. */
 710                 cm = ff_celt_decode_band(f, rc, band, Y, NULL, N, sbits, blocks,
 711                                          next_lowband2, duration, NULL,
 712                                          next_level, gain * side, NULL,
 713                                          fill >> blocks) << ((B0 >> 1) & (dualstereo - 1));
 714
 715                 rebalance = sbits - (rebalance - f->remaining2);
 716                 if (rebalance > 3 << 3 && itheta != 16384)
 717                     mbits += rebalance - (3 << 3);
 718
 719                 /* In stereo mode, we do not apply a scaling to the mid because
 720                  * we need the normalized mid for folding later */
 721                 cm |= ff_celt_decode_band(f, rc, band, X, NULL, N, mbits, blocks,
 722                                           lowband, duration, next_lowband_out1,
 723                                           next_level, dualstereo ? 1.0f : (gain * mid),
 724                                           lowband_scratch, fill);
 725             }
 726         }
 727     } else {
 728         /* This is the basic no-split case */
 729         uint32_t q         = celt_bits2pulses(cache, b);
 730         uint32_t curr_bits = celt_pulses2bits(cache, q);
 731         f->remaining2 -= curr_bits;
 732
 733         /* Ensures we can never bust the budget */
 734         while (f->remaining2 < 0 && q > 0) {
 735             f->remaining2 += curr_bits;
 736             curr_bits      = celt_pulses2bits(cache, --q);
 737             f->remaining2 -= curr_bits;
 738         }
 739
 740         if (q != 0) {
 741             /* Finally do the actual quantization */
 742             cm = celt_alg_unquant(rc, X, N, (q < 8) ? q : (8 + (q & 7)) << ((q >> 3) - 1),
 743                                   f->spread, blocks, gain);
 744         } else {
 745             /* If there's no pulse, fill the band anyway */
 746             int j;
 747             uint32_t cm_mask = (1 << blocks) - 1;
 748             fill &= cm_mask;
 749             if (!fill) {
 750                 for (j = 0; j < N; j++)
 751                     X[j] = 0.0f;
 752             } else {
 753                 if (!lowband) {
 754                     /* Noise */
 755                     for (j = 0; j < N; j++)
 756                         X[j] = (((int32_t)celt_rng(f)) >> 20);
 757                     cm = cm_mask;
 758                 } else {
 759                     /* Folded spectrum */
 760                     for (j = 0; j < N; j++) {
 761                         /* About 48 dB below the "normal" folding level */
 762                         X[j] = lowband[j] + (((celt_rng(f)) & 0x8000) ? 1.0f / 256 : -1.0f / 256);
 763                     }
 764                     cm = fill;
 765                 }
 766                 celt_renormalize_vector(X, N, gain);
 767             }
 768         }
 769     }
 770
 771     /* This code is used by the decoder and by the resynthesis-enabled encoder */
 772     if (dualstereo) {
 773         int j;
 774         if (N != 2)
 775             celt_stereo_merge(X, Y, mid, N);
 776         if (inv) {
 777             for (j = 0; j < N; j++)
 778                 Y[j] *= -1;
 779         }
 780     } else if (level == 0) {
 781         int k;
 782
 783         /* Undo the sample reorganization going from time order to frequency order */
 784         if (B0 > 1)
 785             celt_interleave_hadamard(f->scratch, X, N_B>>recombine,
 786                                      B0<<recombine, longblocks);
 787
 788         /* Undo time-freq changes that we did earlier */
 789         N_B = N_B0;
 790         blocks = B0;
 791         for (k = 0; k < time_divide; k++) {
 792             blocks >>= 1;
 793             N_B <<= 1;
 794             cm |= cm >> blocks;
 795             celt_haar1(X, N_B, blocks);
 796         }
 797
 798         for (k = 0; k < recombine; k++) {
 799             cm = ff_celt_bit_deinterleave[cm];
 800             celt_haar1(X, N0>>k, 1<<k);
 801         }
 802         blocks <<= recombine;
 803
 804         /* Scale output for later folding */
 805         if (lowband_out) {
 806             int j;
 807             float n = sqrtf(N0);
 808             for (j = 0; j < N0; j++)
 809                 lowband_out[j] = n * X[j];
 810         }
 811         cm = av_mod_uintp2(cm, blocks);
 812     }
 813
 814     return cm;
 815 }
 816
 817 /* This has to be, AND MUST BE done by the psychoacoustic system, this has a very
 818  * big impact on the entire quantization and especially huge on transients */
 819 static int celt_calc_theta(const float *X, const float *Y, int coupling, int N)
 820 {
 821     int j;
 822     float e[2] = { 0.0f, 0.0f };
 823     for (j = 0; j < N; j++) {
 824         if (coupling) { /* Coupling case */
 825             e[0] += (X[j] + Y[j])*(X[j] + Y[j]);
 826             e[1] += (X[j] - Y[j])*(X[j] - Y[j]);
 827         } else {
 828             e[0] += X[j]*X[j];
 829             e[1] += Y[j]*Y[j];
 830         }
 831     }
 832     return lrintf(32768.0f*atan2f(sqrtf(e[1]), sqrtf(e[0]))/M_PI);
 833 }
 834
 835 static void celt_stereo_is_decouple(float *X, float *Y, float e_l, float e_r, int N)
 836 {
 837     int i;
 838     const float energy_n = 1.0f/(sqrtf(e_l*e_l + e_r*e_r) + FLT_EPSILON);
 839     e_l *= energy_n;
 840     e_r *= energy_n;
 841     for (i = 0; i < N; i++)
 842         X[i] = e_l*X[i] + e_r*Y[i];
 843 }
 844
 845 static void celt_stereo_ms_decouple(float *X, float *Y, int N)
 846 {
 847     int i;
 848     const float decouple_norm = 1.0f/sqrtf(2.0f);
 849     for (i = 0; i < N; i++) {
 850         const float Xret = X[i];
 851         X[i] = (X[i] + Y[i])*decouple_norm;
 852         Y[i] = (Y[i] - Xret)*decouple_norm;
 853     }
 854 }
 855
 856 uint32_t ff_celt_encode_band(CeltFrame *f, OpusRangeCoder *rc, const int band,
 857                              float *X, float *Y, int N, int b, uint32_t blocks,
 858                              float *lowband, int duration, float *lowband_out, int level,
 859                              float gain, float *lowband_scratch, int fill)
 860 {
 861     const uint8_t *cache;
 862     int dualstereo, split;
 863     int imid = 0, iside = 0;
 864     //uint32_t N0 = N;
 865     int N_B = N / blocks;
 866     //int N_B0 = N_B;
 867     int B0 = blocks;
 868     int time_divide = 0;
 869     int recombine = 0;
 870     int inv = 0;
 871     float mid = 0, side = 0;
 872     int longblocks = (B0 == 1);
 873     uint32_t cm = 0;
 874
 875     split = dualstereo = (Y != NULL);
 876
 877     if (N == 1) {
 878         /* special case for one sample - the decoder's output will be +- 1.0f!!! */
 879         int i;
 880         float *x = X;
 881         for (i = 0; i <= dualstereo; i++) {
 882             if (f->remaining2 >= 1<<3) {
 883                 ff_opus_rc_put_raw(rc, x[0] < 0, 1);
 884                 f->remaining2 -= 1 << 3;
 885                 b             -= 1 << 3;
 886             }
 887             x = Y;
 888         }
 889         if (lowband_out)
 890             lowband_out[0] = X[0];
 891         return 1;
 892     }
 893
 894     if (!dualstereo && level == 0) {
 895         int tf_change = f->tf_change[band];
 896         int k;
 897         if (tf_change > 0)
 898             recombine = tf_change;
 899         /* Band recombining to increase frequency resolution */
 900
 901         if (lowband &&
 902             (recombine || ((N_B & 1) == 0 && tf_change < 0) || B0 > 1)) {
 903             int j;
 904             for (j = 0; j < N; j++)
 905                 lowband_scratch[j] = lowband[j];
 906             lowband = lowband_scratch;
 907         }
 908
 909         for (k = 0; k < recombine; k++) {
 910             celt_haar1(X, N >> k, 1 << k);
 911             fill = ff_celt_bit_interleave[fill & 0xF] | ff_celt_bit_interleave[fill >> 4] << 2;
 912         }
 913         blocks >>= recombine;
 914         N_B <<= recombine;
 915
 916         /* Increasing the time resolution */
 917         while ((N_B & 1) == 0 && tf_change < 0) {
 918             celt_haar1(X, N_B, blocks);
 919             fill |= fill << blocks;
 920             blocks <<= 1;
 921             N_B >>= 1;
 922             time_divide++;
 923             tf_change++;
 924         }
 925         B0 = blocks;
 926         //N_B0 = N_B;
 927
 928         /* Reorganize the samples in time order instead of frequency order */
 929         if (B0 > 1)
 930             celt_deinterleave_hadamard(f->scratch, X, N_B >> recombine,
 931                                        B0 << recombine, longblocks);
 932     }
 933
 934     /* If we need 1.5 more bit than we can produce, split the band in two. */
 935     cache = ff_celt_cache_bits +
 936             ff_celt_cache_index[(duration + 1) * CELT_MAX_BANDS + band];
 937     if (!dualstereo && duration >= 0 && b > cache[cache[0]] + 12 && N > 2) {
 938         N >>= 1;
 939         Y = X + N;
 940         split = 1;
 941         duration -= 1;
 942         if (blocks == 1)
 943             fill = (fill & 1) | (fill << 1);
 944         blocks = (blocks + 1) >> 1;
 945     }
 946
 947     if (split) {
 948         int qn;
 949         int itheta = celt_calc_theta(X, Y, dualstereo, N);
 950         int mbits, sbits, delta;
 951         int qalloc;
 952         int pulse_cap;
 953         int offset;
 954         int orig_fill;
 955         int tell;
 956
 957         /* Decide on the resolution to give to the split parameter theta */
 958         pulse_cap = ff_celt_log_freq_range[band] + duration * 8;
 959         offset = (pulse_cap >> 1) - (dualstereo && N == 2 ? CELT_QTHETA_OFFSET_TWOPHASE :
 960                                                           CELT_QTHETA_OFFSET);
 961         qn = (dualstereo && band >= f->intensity_stereo) ? 1 :
 962              celt_compute_qn(N, b, offset, pulse_cap, dualstereo);
 963         tell = opus_rc_tell_frac(rc);
 964
 965         if (qn != 1) {
 966
 967             itheta = (itheta*qn + 8192) >> 14;
 968
 969             /* Entropy coding of the angle. We use a uniform pdf for the
 970              * time split, a step for stereo, and a triangular one for the rest. */
 971             if (dualstereo && N > 2)
 972                 ff_opus_rc_enc_uint_step(rc, itheta, qn / 2);
 973             else if (dualstereo || B0 > 1)
 974                 ff_opus_rc_enc_uint(rc, itheta, qn + 1);
 975             else
 976                 ff_opus_rc_enc_uint_tri(rc, itheta, qn);
 977             itheta = itheta * 16384 / qn;
 978
 979             if (dualstereo) {
 980                 if (itheta == 0)
 981                     celt_stereo_is_decouple(X, Y, f->block[0].lin_energy[band], f->block[1].lin_energy[band], N);
 982                 else
 983                     celt_stereo_ms_decouple(X, Y, N);
 984             }
 985         } else if (dualstereo) {
 986              inv = itheta > 8192;
 987              if (inv)
 988              {
 989                 int j;
 990                 for (j=0;j<N;j++)
 991                    Y[j] = -Y[j];
 992              }
 993              celt_stereo_is_decouple(X, Y, f->block[0].lin_energy[band], f->block[1].lin_energy[band], N);
 994
 995             if (b > 2 << 3 && f->remaining2 > 2 << 3) {
 996                 ff_opus_rc_enc_log(rc, inv, 2);
 997             } else {
 998                 inv = 0;
 999             }
1000
1001             itheta = 0;
1002         }
1003         qalloc = opus_rc_tell_frac(rc) - tell;
1004         b -= qalloc;
1005
1006         orig_fill = fill;
1007         if (itheta == 0) {
1008             imid = 32767;
1009             iside = 0;
1010             fill = av_mod_uintp2(fill, blocks);
1011             delta = -16384;
1012         } else if (itheta == 16384) {
1013             imid = 0;
1014             iside = 32767;
1015             fill &= ((1 << blocks) - 1) << blocks;
1016             delta = 16384;
1017         } else {
1018             imid = celt_cos(itheta);
1019             iside = celt_cos(16384-itheta);
1020             /* This is the mid vs side allocation that minimizes squared error
1021             in that band. */
1022             delta = ROUND_MUL16((N - 1) << 7, celt_log2tan(iside, imid));
1023         }
1024
1025         mid  = imid  / 32768.0f;
1026         side = iside / 32768.0f;
1027
1028         /* This is a special case for N=2 that only works for stereo and takes
1029         advantage of the fact that mid and side are orthogonal to encode
1030         the side with just one bit. */
1031         if (N == 2 && dualstereo) {
1032             int c;
1033             int sign = 0;
1034             float tmp;
1035             float *x2, *y2;
1036             mbits = b;
1037             /* Only need one bit for the side */
1038             sbits = (itheta != 0 && itheta != 16384) ? 1 << 3 : 0;
1039             mbits -= sbits;
1040             c = (itheta > 8192);
1041             f->remaining2 -= qalloc+sbits;
1042
1043             x2 = c ? Y : X;
1044             y2 = c ? X : Y;
1045             if (sbits) {
1046                 sign = x2[0]*y2[1] - x2[1]*y2[0] < 0;
1047                 ff_opus_rc_put_raw(rc, sign, 1);
1048             }
1049             sign = 1 - 2 * sign;
1050             /* We use orig_fill here because we want to fold the side, but if
1051             itheta==16384, we'll have cleared the low bits of fill. */
1052             cm = ff_celt_encode_band(f, rc, band, x2, NULL, N, mbits, blocks,
1053                                      lowband, duration, lowband_out, level, gain,
1054                                      lowband_scratch, orig_fill);
1055             /* We don't split N=2 bands, so cm is either 1 or 0 (for a fold-collapse),
1056             and there's no need to worry about mixing with the other channel. */
1057             y2[0] = -sign * x2[1];
1058             y2[1] =  sign * x2[0];
1059             X[0] *= mid;
1060             X[1] *= mid;
1061             Y[0] *= side;
1062             Y[1] *= side;
1063             tmp = X[0];
1064             X[0] = tmp - Y[0];
1065             Y[0] = tmp + Y[0];
1066             tmp = X[1];
1067             X[1] = tmp - Y[1];
1068             Y[1] = tmp + Y[1];
1069         } else {
1070             /* "Normal" split code */
1071             float *next_lowband2     = NULL;
1072             float *next_lowband_out1 = NULL;
1073             int next_level = 0;
1074             int rebalance;
1075
1076             /* Give more bits to low-energy MDCTs than they would
1077              * otherwise deserve */
1078             if (B0 > 1 && !dualstereo && (itheta & 0x3fff)) {
1079                 if (itheta > 8192)
1080                     /* Rough approximation for pre-echo masking */
1081                     delta -= delta >> (4 - duration);
1082                 else
1083                     /* Corresponds to a forward-masking slope of
1084                      * 1.5 dB per 10 ms */
1085                     delta = FFMIN(0, delta + (N << 3 >> (5 - duration)));
1086             }
1087             mbits = av_clip((b - delta) / 2, 0, b);
1088             sbits = b - mbits;
1089             f->remaining2 -= qalloc;
1090
1091             if (lowband && !dualstereo)
1092                 next_lowband2 = lowband + N; /* >32-bit split case */
1093
1094             /* Only stereo needs to pass on lowband_out.
1095              * Otherwise, it's handled at the end */
1096             if (dualstereo)
1097                 next_lowband_out1 = lowband_out;
1098             else
1099                 next_level = level + 1;
1100
1101             rebalance = f->remaining2;
1102             if (mbits >= sbits) {
1103                 /* In stereo mode, we do not apply a scaling to the mid
1104                  * because we need the normalized mid for folding later */
1105                 cm = ff_celt_encode_band(f, rc, band, X, NULL, N, mbits, blocks,
1106                                          lowband, duration, next_lowband_out1,
1107                                          next_level, dualstereo ? 1.0f : (gain * mid),
1108                                          lowband_scratch, fill);
1109
1110                 rebalance = mbits - (rebalance - f->remaining2);
1111                 if (rebalance > 3 << 3 && itheta != 0)
1112                     sbits += rebalance - (3 << 3);
1113
1114                 /* For a stereo split, the high bits of fill are always zero,
1115                  * so no folding will be done to the side. */
1116                 cm |= ff_celt_encode_band(f, rc, band, Y, NULL, N, sbits, blocks,
1117                                           next_lowband2, duration, NULL,
1118                                           next_level, gain * side, NULL,
1119                                           fill >> blocks) << ((B0 >> 1) & (dualstereo - 1));
1120             } else {
1121                 /* For a stereo split, the high bits of fill are always zero,
1122                  * so no folding will be done to the side. */
1123                 cm = ff_celt_encode_band(f, rc, band, Y, NULL, N, sbits, blocks,
1124                                          next_lowband2, duration, NULL,
1125                                          next_level, gain * side, NULL,
1126                                          fill >> blocks) << ((B0 >> 1) & (dualstereo - 1));
1127
1128                 rebalance = sbits - (rebalance - f->remaining2);
1129                 if (rebalance > 3 << 3 && itheta != 16384)
1130                     mbits += rebalance - (3 << 3);
1131
1132                 /* In stereo mode, we do not apply a scaling to the mid because
1133                  * we need the normalized mid for folding later */
1134                 cm |= ff_celt_encode_band(f, rc, band, X, NULL, N, mbits, blocks,
1135                                           lowband, duration, next_lowband_out1,
1136                                           next_level, dualstereo ? 1.0f : (gain * mid),
1137                                           lowband_scratch, fill);
1138             }
1139         }
1140     } else {
1141         /* This is the basic no-split case */
1142         uint32_t q         = celt_bits2pulses(cache, b);
1143         uint32_t curr_bits = celt_pulses2bits(cache, q);
1144         f->remaining2 -= curr_bits;
1145
1146         /* Ensures we can never bust the budget */
1147         while (f->remaining2 < 0 && q > 0) {
1148             f->remaining2 += curr_bits;
1149             curr_bits      = celt_pulses2bits(cache, --q);
1150             f->remaining2 -= curr_bits;
1151         }
1152
1153         if (q != 0) {
1154             /* Finally do the actual quantization */
1155             cm = celt_alg_quant(rc, X, N, (q < 8) ? q : (8 + (q & 7)) << ((q >> 3) - 1),
1156                                 f->spread, blocks, gain);
1157         }
1158     }
1159
1160     return cm;
1161 }