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 "codec_internal.h"
  40 #include "internal.h"
  41
  42 #define AMR_USE_16BIT_TABLES
  43 #include "amr.h"
  44
  45 #include "amrwbdata.h"
  46 #include "mips/amrwbdec_mips.h"
  47
  48 typedef struct AMRWBContext {
  49     AMRWBFrame                             frame; ///< AMRWB parameters decoded from bitstream
  50     enum Mode                        fr_cur_mode; ///< mode index of current frame
  51     uint8_t                           fr_quality; ///< frame quality index (FQI)
  52     float                      isf_cur[LP_ORDER]; ///< working ISF vector from current frame
  53     float                   isf_q_past[LP_ORDER]; ///< quantized ISF vector of the previous frame
  54     float               isf_past_final[LP_ORDER]; ///< final processed ISF vector of the previous frame
  55     double                      isp[4][LP_ORDER]; ///< ISP vectors from current frame
  56     double               isp_sub4_past[LP_ORDER]; ///< ISP vector for the 4th subframe of the previous frame
  57
  58     float                   lp_coef[4][LP_ORDER]; ///< Linear Prediction Coefficients from ISP vector
  59
  60     uint8_t                       base_pitch_lag; ///< integer part of pitch lag for the next relative subframe
  61     uint8_t                        pitch_lag_int; ///< integer part of pitch lag of the previous subframe
  62
  63     float excitation_buf[AMRWB_P_DELAY_MAX + LP_ORDER + 2 + AMRWB_SFR_SIZE]; ///< current excitation and all necessary excitation history
  64     float                            *excitation; ///< points to current excitation in excitation_buf[]
  65
  66     float           pitch_vector[AMRWB_SFR_SIZE]; ///< adaptive codebook (pitch) vector for current subframe
  67     float           fixed_vector[AMRWB_SFR_SIZE]; ///< algebraic codebook (fixed) vector for current subframe
  68
  69     float                    prediction_error[4]; ///< quantified prediction errors {20log10(^gamma_gc)} for previous four subframes
  70     float                          pitch_gain[6]; ///< quantified pitch gains for the current and previous five subframes
  71     float                          fixed_gain[2]; ///< quantified fixed gains for the current and previous subframes
  72
  73     float                              tilt_coef; ///< {beta_1} related to the voicing of the previous subframe
  74
  75     float                 prev_sparse_fixed_gain; ///< previous fixed gain; used by anti-sparseness to determine "onset"
  76     uint8_t                    prev_ir_filter_nr; ///< previous impulse response filter "impNr": 0 - strong, 1 - medium, 2 - none
  77     float                           prev_tr_gain; ///< previous initial gain used by noise enhancer for threshold
  78
  79     float samples_az[LP_ORDER + AMRWB_SFR_SIZE];         ///< low-band samples and memory from synthesis at 12.8kHz
  80     float samples_up[UPS_MEM_SIZE + AMRWB_SFR_SIZE];     ///< low-band samples and memory processed for upsampling
  81     float samples_hb[LP_ORDER_16k + AMRWB_SFR_SIZE_16k]; ///< high-band samples and memory from synthesis at 16kHz
  82
  83     float          hpf_31_mem[2], hpf_400_mem[2]; ///< previous values in the high pass filters
  84     float                           demph_mem[1]; ///< previous value in the de-emphasis filter
  85     float               bpf_6_7_mem[HB_FIR_SIZE]; ///< previous values in the high-band band pass filter
  86     float                 lpf_7_mem[HB_FIR_SIZE]; ///< previous values in the high-band low pass filter
  87
  88     AVLFG                                   prng; ///< random number generator for white noise excitation
  89     uint8_t                          first_frame; ///< flag active during decoding of the first frame
  90     ACELPFContext                     acelpf_ctx; ///< context for filters for ACELP-based codecs
  91     ACELPVContext                     acelpv_ctx; ///< context for vector operations for ACELP-based codecs
  92     CELPFContext                       celpf_ctx; ///< context for filters for CELP-based codecs
  93     CELPMContext                       celpm_ctx; ///< context for fixed point math operations
  94
  95 } AMRWBContext;
  96
  97 typedef struct AMRWBChannelsContext {
  98     AMRWBContext ch[2];
  99 } AMRWBChannelsContext;
 100
 101 static av_cold int amrwb_decode_init(AVCodecContext *avctx)
 102 {
 103     AMRWBChannelsContext *s = avctx->priv_data;
 104     int i;
 105
 106     if (avctx->ch_layout.nb_channels > 2) {
 107         avpriv_report_missing_feature(avctx, ">2 channel AMR");
 108         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 109     }
 110
 111     if (!avctx->ch_layout.nb_channels) {
 112         av_channel_layout_uninit(&avctx->ch_layout);
 113         avctx->ch_layout      = (AVChannelLayout)AV_CHANNEL_LAYOUT_MONO;
 114     }
 115     if (!avctx->sample_rate)
 116         avctx->sample_rate = 16000;
 117     avctx->sample_fmt     = AV_SAMPLE_FMT_FLTP;
 118
 119     for (int ch = 0; ch < avctx->ch_layout.nb_channels; ch++) {
 120         AMRWBContext *ctx = &s->ch[ch];
 121
 122         av_lfg_init(&ctx->prng, 1);
 123
 124         ctx->excitation  = &ctx->excitation_buf[AMRWB_P_DELAY_MAX + LP_ORDER + 1];
 125         ctx->first_frame = 1;
 126
 127         for (i = 0; i < LP_ORDER; i++)
 128             ctx->isf_past_final[i] = isf_init[i] * (1.0f / (1 << 15));
 129
 130         for (i = 0; i < 4; i++)
 131             ctx->prediction_error[i] = MIN_ENERGY;
 132
 133         ff_acelp_filter_init(&ctx->acelpf_ctx);
 134         ff_acelp_vectors_init(&ctx->acelpv_ctx);
 135         ff_celp_filter_init(&ctx->celpf_ctx);
 136         ff_celp_math_init(&ctx->celpm_ctx);
 137     }
 138
 139     return 0;
 140 }
 141
 142 /**
 143  * Decode the frame header in the "MIME/storage" format. This format
 144  * is simpler and does not carry the auxiliary frame information.
 145  *
 146  * @param[in] ctx                  The Context
 147  * @param[in] buf                  Pointer to the input buffer
 148  *
 149  * @return The decoded header length in bytes
 150  */
 151 static int decode_mime_header(AMRWBContext *ctx, const uint8_t *buf)
 152 {
 153     /* Decode frame header (1st octet) */
 154     ctx->fr_cur_mode  = buf[0] >> 3 & 0x0F;
 155     ctx->fr_quality   = (buf[0] & 0x4) == 0x4;
 156
 157     return 1;
 158 }
 159
 160 /**
 161  * Decode quantized ISF vectors using 36-bit indexes (6K60 mode only).
 162  *
 163  * @param[in]  ind                 Array of 5 indexes
 164  * @param[out] isf_q               Buffer for isf_q[LP_ORDER]
 165  */
 166 static void decode_isf_indices_36b(uint16_t *ind, float *isf_q)
 167 {
 168     int i;
 169
 170     for (i = 0; i < 9; i++)
 171         isf_q[i]      = dico1_isf[ind[0]][i]      * (1.0f / (1 << 15));
 172
 173     for (i = 0; i < 7; i++)
 174         isf_q[i + 9]  = dico2_isf[ind[1]][i]      * (1.0f / (1 << 15));
 175
 176     for (i = 0; i < 5; i++)
 177         isf_q[i]     += dico21_isf_36b[ind[2]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 178
 179     for (i = 0; i < 4; i++)
 180         isf_q[i + 5] += dico22_isf_36b[ind[3]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 181
 182     for (i = 0; i < 7; i++)
 183         isf_q[i + 9] += dico23_isf_36b[ind[4]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 184 }
 185
 186 /**
 187  * Decode quantized ISF vectors using 46-bit indexes (except 6K60 mode).
 188  *
 189  * @param[in]  ind                 Array of 7 indexes
 190  * @param[out] isf_q               Buffer for isf_q[LP_ORDER]
 191  */
 192 static void decode_isf_indices_46b(uint16_t *ind, float *isf_q)
 193 {
 194     int i;
 195
 196     for (i = 0; i < 9; i++)
 197         isf_q[i]       = dico1_isf[ind[0]][i]  * (1.0f / (1 << 15));
 198
 199     for (i = 0; i < 7; i++)
 200         isf_q[i + 9]   = dico2_isf[ind[1]][i]  * (1.0f / (1 << 15));
 201
 202     for (i = 0; i < 3; i++)
 203         isf_q[i]      += dico21_isf[ind[2]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 204
 205     for (i = 0; i < 3; i++)
 206         isf_q[i + 3]  += dico22_isf[ind[3]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 207
 208     for (i = 0; i < 3; i++)
 209         isf_q[i + 6]  += dico23_isf[ind[4]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 210
 211     for (i = 0; i < 3; i++)
 212         isf_q[i + 9]  += dico24_isf[ind[5]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 213
 214     for (i = 0; i < 4; i++)
 215         isf_q[i + 12] += dico25_isf[ind[6]][i] * (1.0f / (1 << 15));
 216 }
 217
 218 /**
 219  * Apply mean and past ISF values using the prediction factor.
 220  * Updates past ISF vector.
 221  *
 222  * @param[in,out] isf_q            Current quantized ISF
 223  * @param[in,out] isf_past         Past quantized ISF
 224  */
 225 static void isf_add_mean_and_past(float *isf_q, float *isf_past)
 226 {
 227     int i;
 228     float tmp;
 229
 230     for (i = 0; i < LP_ORDER; i++) {
 231         tmp = isf_q[i];
 232         isf_q[i] += isf_mean[i] * (1.0f / (1 << 15));
 233         isf_q[i] += PRED_FACTOR * isf_past[i];
 234         isf_past[i] = tmp;
 235     }
 236 }
 237
 238 /**
 239  * Interpolate the fourth ISP vector from current and past frames
 240  * to obtain an ISP vector for each subframe.
 241  *
 242  * @param[in,out] isp_q            ISPs for each subframe
 243  * @param[in]     isp4_past        Past ISP for subframe 4
 244  */
 245 static void interpolate_isp(double isp_q[4][LP_ORDER], const double *isp4_past)
 246 {
 247     int i, k;
 248
 249     for (k = 0; k < 3; k++) {
 250         float c = isfp_inter[k];
 251         for (i = 0; i < LP_ORDER; i++)
 252             isp_q[k][i] = (1.0 - c) * isp4_past[i] + c * isp_q[3][i];
 253     }
 254 }
 255
 256 /**
 257  * Decode an adaptive codebook index into pitch lag (except 6k60, 8k85 modes).
 258  * Calculate integer lag and fractional lag always using 1/4 resolution.
 259  * In 1st and 3rd subframes the index is relative to last subframe integer lag.
 260  *
 261  * @param[out]    lag_int          Decoded integer pitch lag
 262  * @param[out]    lag_frac         Decoded fractional pitch lag
 263  * @param[in]     pitch_index      Adaptive codebook pitch index
 264  * @param[in,out] base_lag_int     Base integer lag used in relative subframes
 265  * @param[in]     subframe         Current subframe index (0 to 3)
 266  */
 267 static void decode_pitch_lag_high(int *lag_int, int *lag_frac, int pitch_index,
 268                                   uint8_t *base_lag_int, int subframe)
 269 {
 270     if (subframe == 0 || subframe == 2) {
 271         if (pitch_index < 376) {
 272             *lag_int  = (pitch_index + 137) >> 2;
 273             *lag_frac = pitch_index - (*lag_int << 2) + 136;
 274         } else if (pitch_index < 440) {
 275             *lag_int  = (pitch_index + 257 - 376) >> 1;
 276             *lag_frac = (pitch_index - (*lag_int << 1) + 256 - 376) * 2;
 277             /* the actual resolution is 1/2 but expressed as 1/4 */
 278         } else {
 279             *lag_int  = pitch_index - 280;
 280             *lag_frac = 0;
 281         }
 282         /* minimum lag for next subframe */
 283         *base_lag_int = av_clip(*lag_int - 8 - (*lag_frac < 0),
 284                                 AMRWB_P_DELAY_MIN, AMRWB_P_DELAY_MAX - 15);
 285         // XXX: the spec states clearly that *base_lag_int should be
 286         // the nearest integer to *lag_int (minus 8), but the ref code
 287         // actually always uses its floor, I'm following the latter
 288     } else {
 289         *lag_int  = (pitch_index + 1) >> 2;
 290         *lag_frac = pitch_index - (*lag_int << 2);
 291         *lag_int += *base_lag_int;
 292     }
 293 }
 294
 295 /**
 296  * Decode an adaptive codebook index into pitch lag for 8k85 and 6k60 modes.
 297  * The description is analogous to decode_pitch_lag_high, but in 6k60 the
 298  * relative index is used for all subframes except the first.
 299  */
 300 static void decode_pitch_lag_low(int *lag_int, int *lag_frac, int pitch_index,
 301                                  uint8_t *base_lag_int, int subframe, enum Mode mode)
 302 {
 303     if (subframe == 0 || (subframe == 2 && mode != MODE_6k60)) {
 304         if (pitch_index < 116) {
 305             *lag_int  = (pitch_index + 69) >> 1;
 306             *lag_frac = (pitch_index - (*lag_int << 1) + 68) * 2;
 307         } else {
 308             *lag_int  = pitch_index - 24;
 309             *lag_frac = 0;
 310         }
 311         // XXX: same problem as before
 312         *base_lag_int = av_clip(*lag_int - 8 - (*lag_frac < 0),
 313                                 AMRWB_P_DELAY_MIN, AMRWB_P_DELAY_MAX - 15);
 314     } else {
 315         *lag_int  = (pitch_index + 1) >> 1;
 316         *lag_frac = (pitch_index - (*lag_int << 1)) * 2;
 317         *lag_int += *base_lag_int;
 318     }
 319 }
 320
 321 /**
 322  * Find the pitch vector by interpolating the past excitation at the
 323  * pitch delay, which is obtained in this function.
 324  *
 325  * @param[in,out] ctx              The context
 326  * @param[in]     amr_subframe     Current subframe data
 327  * @param[in]     subframe         Current subframe index (0 to 3)
 328  */
 329 static void decode_pitch_vector(AMRWBContext *ctx,
 330                                 const AMRWBSubFrame *amr_subframe,
 331                                 const int subframe)
 332 {
 333     int pitch_lag_int, pitch_lag_frac;
 334     int i;
 335     float *exc     = ctx->excitation;
 336     enum Mode mode = ctx->fr_cur_mode;
 337
 338     if (mode <= MODE_8k85) {
 339         decode_pitch_lag_low(&pitch_lag_int, &pitch_lag_frac, amr_subframe->adap,
 340                               &ctx->base_pitch_lag, subframe, mode);
 341     } else
 342         decode_pitch_lag_high(&pitch_lag_int, &pitch_lag_frac, amr_subframe->adap,
 343                               &ctx->base_pitch_lag, subframe);
 344
 345     ctx->pitch_lag_int = pitch_lag_int;
 346     pitch_lag_int += pitch_lag_frac > 0;
 347
 348     /* Calculate the pitch vector by interpolating the past excitation at the
 349        pitch lag using a hamming windowed sinc function */
 350     ctx->acelpf_ctx.acelp_interpolatef(exc,
 351                           exc + 1 - pitch_lag_int,
 352                           ac_inter, 4,
 353                           pitch_lag_frac + (pitch_lag_frac > 0 ? 0 : 4),
 354                           LP_ORDER, AMRWB_SFR_SIZE + 1);
 355
 356     /* Check which pitch signal path should be used
 357      * 6k60 and 8k85 modes have the ltp flag set to 0 */
 358     if (amr_subframe->ltp) {
 359         memcpy(ctx->pitch_vector, exc, AMRWB_SFR_SIZE * sizeof(float));
 360     } else {
 361         for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++)
 362             ctx->pitch_vector[i] = 0.18 * exc[i - 1] + 0.64 * exc[i] +
 363                                    0.18 * exc[i + 1];
 364         memcpy(exc, ctx->pitch_vector, AMRWB_SFR_SIZE * sizeof(float));
 365     }
 366 }
 367
 368 /** Get x bits in the index interval [lsb,lsb+len-1] inclusive */
 369 #define BIT_STR(x,lsb,len) av_mod_uintp2((x) >> (lsb), (len))
 370
 371 /** Get the bit at specified position */
 372 #define BIT_POS(x, p) (((x) >> (p)) & 1)
 373
 374 /**
 375  * The next six functions decode_[i]p_track decode exactly i pulses
 376  * positions and amplitudes (-1 or 1) in a subframe track using
 377  * an encoded pulse indexing (TS 26.190 section 5.8.2).
 378  *
 379  * The results are given in out[], in which a negative number means
 380  * amplitude -1 and vice versa (i.e., ampl(x) = x / abs(x) ).
 381  *
 382  * @param[out] out                 Output buffer (writes i elements)
 383  * @param[in]  code                Pulse index (no. of bits varies, see below)
 384  * @param[in]  m                   (log2) Number of potential positions
 385  * @param[in]  off                 Offset for decoded positions
 386  */
 387 static inline void decode_1p_track(int *out, int code, int m, int off)
 388 {
 389     int pos = BIT_STR(code, 0, m) + off; ///code: m+1 bits
 390
 391     out[0] = BIT_POS(code, m) ? -pos : pos;
 392 }
 393
 394 static inline void decode_2p_track(int *out, int code, int m, int off) ///code: 2m+1 bits
 395 {
 396     int pos0 = BIT_STR(code, m, m) + off;
 397     int pos1 = BIT_STR(code, 0, m) + off;
 398
 399     out[0] = BIT_POS(code, 2*m) ? -pos0 : pos0;
 400     out[1] = BIT_POS(code, 2*m) ? -pos1 : pos1;
 401     out[1] = pos0 > pos1 ? -out[1] : out[1];
 402 }
 403
 404 static void decode_3p_track(int *out, int code, int m, int off) ///code: 3m+1 bits
 405 {
 406     int half_2p = BIT_POS(code, 2*m - 1) << (m - 1);
 407
 408     decode_2p_track(out, BIT_STR(code, 0, 2*m - 1),
 409                     m - 1, off + half_2p);
 410     decode_1p_track(out + 2, BIT_STR(code, 2*m, m + 1), m, off);
 411 }
 412
 413 static void decode_4p_track(int *out, int code, int m, int off) ///code: 4m bits
 414 {
 415     int half_4p, subhalf_2p;
 416     int b_offset = 1 << (m - 1);
 417
 418     switch (BIT_STR(code, 4*m - 2, 2)) { /* case ID (2 bits) */
 419     case 0: /* 0 pulses in A, 4 pulses in B or vice versa */
 420         half_4p = BIT_POS(code, 4*m - 3) << (m - 1); // which has 4 pulses
 421         subhalf_2p = BIT_POS(code, 2*m - 3) << (m - 2);
 422
 423         decode_2p_track(out, BIT_STR(code, 0, 2*m - 3),
 424                         m - 2, off + half_4p + subhalf_2p);
 425         decode_2p_track(out + 2, BIT_STR(code, 2*m - 2, 2*m - 1),
 426                         m - 1, off + half_4p);
 427         break;
 428     case 1: /* 1 pulse in A, 3 pulses in B */
 429         decode_1p_track(out, BIT_STR(code,  3*m - 2, m),
 430                         m - 1, off);
 431         decode_3p_track(out + 1, BIT_STR(code, 0, 3*m - 2),
 432                         m - 1, off + b_offset);
 433         break;
 434     case 2: /* 2 pulses in each half */
 435         decode_2p_track(out, BIT_STR(code, 2*m - 1, 2*m - 1),
 436                         m - 1, off);
 437         decode_2p_track(out + 2, BIT_STR(code, 0, 2*m - 1),
 438                         m - 1, off + b_offset);
 439         break;
 440     case 3: /* 3 pulses in A, 1 pulse in B */
 441         decode_3p_track(out, BIT_STR(code, m, 3*m - 2),
 442                         m - 1, off);
 443         decode_1p_track(out + 3, BIT_STR(code, 0, m),
 444                         m - 1, off + b_offset);
 445         break;
 446     }
 447 }
 448
 449 static void decode_5p_track(int *out, int code, int m, int off) ///code: 5m bits
 450 {
 451     int half_3p = BIT_POS(code, 5*m - 1) << (m - 1);
 452
 453     decode_3p_track(out, BIT_STR(code, 2*m + 1, 3*m - 2),
 454                     m - 1, off + half_3p);
 455
 456     decode_2p_track(out + 3, BIT_STR(code, 0, 2*m + 1), m, off);
 457 }
 458
 459 static void decode_6p_track(int *out, int code, int m, int off) ///code: 6m-2 bits
 460 {
 461     int b_offset = 1 << (m - 1);
 462     /* which half has more pulses in cases 0 to 2 */
 463     int half_more  = BIT_POS(code, 6*m - 5) << (m - 1);
 464     int half_other = b_offset - half_more;
 465
 466     switch (BIT_STR(code, 6*m - 4, 2)) { /* case ID (2 bits) */
 467     case 0: /* 0 pulses in A, 6 pulses in B or vice versa */
 468         decode_1p_track(out, BIT_STR(code, 0, m),
 469                         m - 1, off + half_more);
 470         decode_5p_track(out + 1, BIT_STR(code, m, 5*m - 5),
 471                         m - 1, off + half_more);
 472         break;
 473     case 1: /* 1 pulse in A, 5 pulses in B or vice versa */
 474         decode_1p_track(out, BIT_STR(code, 0, m),
 475                         m - 1, off + half_other);
 476         decode_5p_track(out + 1, BIT_STR(code, m, 5*m - 5),
 477                         m - 1, off + half_more);
 478         break;
 479     case 2: /* 2 pulses in A, 4 pulses in B or vice versa */
 480         decode_2p_track(out, BIT_STR(code, 0, 2*m - 1),
 481                         m - 1, off + half_other);
 482         decode_4p_track(out + 2, BIT_STR(code, 2*m - 1, 4*m - 4),
 483                         m - 1, off + half_more);
 484         break;
 485     case 3: /* 3 pulses in A, 3 pulses in B */
 486         decode_3p_track(out, BIT_STR(code, 3*m - 2, 3*m - 2),
 487                         m - 1, off);
 488         decode_3p_track(out + 3, BIT_STR(code, 0, 3*m - 2),
 489                         m - 1, off + b_offset);
 490         break;
 491     }
 492 }
 493
 494 /**
 495  * Decode the algebraic codebook index to pulse positions and signs,
 496  * then construct the algebraic codebook vector.
 497  *
 498  * @param[out] fixed_vector        Buffer for the fixed codebook excitation
 499  * @param[in]  pulse_hi            MSBs part of the pulse index array (higher modes only)
 500  * @param[in]  pulse_lo            LSBs part of the pulse index array
 501  * @param[in]  mode                Mode of the current frame
 502  */
 503 static void decode_fixed_vector(float *fixed_vector, const uint16_t *pulse_hi,
 504                                 const uint16_t *pulse_lo, const enum Mode mode)
 505 {
 506     /* sig_pos stores for each track the decoded pulse position indexes
 507      * (1-based) multiplied by its corresponding amplitude (+1 or -1) */
 508     int sig_pos[4][6];
 509     int spacing = (mode == MODE_6k60) ? 2 : 4;
 510     int i, j;
 511
 512     switch (mode) {
 513     case MODE_6k60:
 514         for (i = 0; i < 2; i++)
 515             decode_1p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 5, 1);
 516         break;
 517     case MODE_8k85:
 518         for (i = 0; i < 4; i++)
 519             decode_1p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 4, 1);
 520         break;
 521     case MODE_12k65:
 522         for (i = 0; i < 4; i++)
 523             decode_2p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 4, 1);
 524         break;
 525     case MODE_14k25:
 526         for (i = 0; i < 2; i++)
 527             decode_3p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 4, 1);
 528         for (i = 2; i < 4; i++)
 529             decode_2p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 4, 1);
 530         break;
 531     case MODE_15k85:
 532         for (i = 0; i < 4; i++)
 533             decode_3p_track(sig_pos[i], pulse_lo[i], 4, 1);
 534         break;
 535     case MODE_18k25:
 536         for (i = 0; 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_19k85:
 541         for (i = 0; i < 2; i++)
 542             decode_5p_track(sig_pos[i], (int) pulse_lo[i] +
 543                            ((int) pulse_hi[i] << 10), 4, 1);
 544         for (i = 2; i < 4; i++)
 545             decode_4p_track(sig_pos[i], (int) pulse_lo[i] +
 546                            ((int) pulse_hi[i] << 14), 4, 1);
 547         break;
 548     case MODE_23k05:
 549     case MODE_23k85:
 550         for (i = 0; i < 4; i++)
 551             decode_6p_track(sig_pos[i], (int) pulse_lo[i] +
 552                            ((int) pulse_hi[i] << 11), 4, 1);
 553         break;
 554     }
 555
 556     memset(fixed_vector, 0, sizeof(float) * AMRWB_SFR_SIZE);
 557
 558     for (i = 0; i < 4; i++)
 559         for (j = 0; j < pulses_nb_per_mode_tr[mode][i]; j++) {
 560             int pos = (FFABS(sig_pos[i][j]) - 1) * spacing + i;
 561
 562             fixed_vector[pos] += sig_pos[i][j] < 0 ? -1.0 : 1.0;
 563         }
 564 }
 565
 566 /**
 567  * Decode pitch gain and fixed gain correction factor.
 568  *
 569  * @param[in]  vq_gain             Vector-quantized index for gains
 570  * @param[in]  mode                Mode of the current frame
 571  * @param[out] fixed_gain_factor   Decoded fixed gain correction factor
 572  * @param[out] pitch_gain          Decoded pitch gain
 573  */
 574 static void decode_gains(const uint8_t vq_gain, const enum Mode mode,
 575                          float *fixed_gain_factor, float *pitch_gain)
 576 {
 577     const int16_t *gains = (mode <= MODE_8k85 ? qua_gain_6b[vq_gain] :
 578                                                 qua_gain_7b[vq_gain]);
 579
 580     *pitch_gain        = gains[0] * (1.0f / (1 << 14));
 581     *fixed_gain_factor = gains[1] * (1.0f / (1 << 11));
 582 }
 583
 584 /**
 585  * Apply pitch sharpening filters to the fixed codebook vector.
 586  *
 587  * @param[in]     ctx              The context
 588  * @param[in,out] fixed_vector     Fixed codebook excitation
 589  */
 590 // XXX: Spec states this procedure should be applied when the pitch
 591 // lag is less than 64, but this checking seems absent in reference and AMR-NB
 592 static void pitch_sharpening(AMRWBContext *ctx, float *fixed_vector)
 593 {
 594     int i;
 595
 596     /* Tilt part */
 597     for (i = AMRWB_SFR_SIZE - 1; i != 0; i--)
 598         fixed_vector[i] -= fixed_vector[i - 1] * ctx->tilt_coef;
 599
 600     /* Periodicity enhancement part */
 601     for (i = ctx->pitch_lag_int; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++)
 602         fixed_vector[i] += fixed_vector[i - ctx->pitch_lag_int] * 0.85;
 603 }
 604
 605 /**
 606  * Calculate the voicing factor (-1.0 = unvoiced to 1.0 = voiced).
 607  *
 608  * @param[in] p_vector, f_vector   Pitch and fixed excitation vectors
 609  * @param[in] p_gain, f_gain       Pitch and fixed gains
 610  * @param[in] ctx                  The context
 611  */
 612 // XXX: There is something wrong with the precision here! The magnitudes
 613 // of the energies are not correct. Please check the reference code carefully
 614 static float voice_factor(float *p_vector, float p_gain,
 615                           float *f_vector, float f_gain,
 616                           CELPMContext *ctx)
 617 {
 618     double p_ener = (double) ctx->dot_productf(p_vector, p_vector,
 619                                                           AMRWB_SFR_SIZE) *
 620                     p_gain * p_gain;
 621     double f_ener = (double) ctx->dot_productf(f_vector, f_vector,
 622                                                           AMRWB_SFR_SIZE) *
 623                     f_gain * f_gain;
 624
 625     return (p_ener - f_ener) / (p_ener + f_ener + 0.01);
 626 }
 627
 628 /**
 629  * Reduce fixed vector sparseness by smoothing with one of three IR filters,
 630  * also known as "adaptive phase dispersion".
 631  *
 632  * @param[in]     ctx              The context
 633  * @param[in,out] fixed_vector     Unfiltered fixed vector
 634  * @param[out]    buf              Space for modified vector if necessary
 635  *
 636  * @return The potentially overwritten filtered fixed vector address
 637  */
 638 static float *anti_sparseness(AMRWBContext *ctx,
 639                               float *fixed_vector, float *buf)
 640 {
 641     int ir_filter_nr;
 642
 643     if (ctx->fr_cur_mode > MODE_8k85) // no filtering in higher modes
 644         return fixed_vector;
 645
 646     if (ctx->pitch_gain[0] < 0.6) {
 647         ir_filter_nr = 0;      // strong filtering
 648     } else if (ctx->pitch_gain[0] < 0.9) {
 649         ir_filter_nr = 1;      // medium filtering
 650     } else
 651         ir_filter_nr = 2;      // no filtering
 652
 653     /* detect 'onset' */
 654     if (ctx->fixed_gain[0] > 3.0 * ctx->fixed_gain[1]) {
 655         if (ir_filter_nr < 2)
 656             ir_filter_nr++;
 657     } else {
 658         int i, count = 0;
 659
 660         for (i = 0; i < 6; i++)
 661             if (ctx->pitch_gain[i] < 0.6)
 662                 count++;
 663
 664         if (count > 2)
 665             ir_filter_nr = 0;
 666
 667         if (ir_filter_nr > ctx->prev_ir_filter_nr + 1)
 668             ir_filter_nr--;
 669     }
 670
 671     /* update ir filter strength history */
 672     ctx->prev_ir_filter_nr = ir_filter_nr;
 673
 674     ir_filter_nr += (ctx->fr_cur_mode == MODE_8k85);
 675
 676     if (ir_filter_nr < 2) {
 677         int i;
 678         const float *coef = ir_filters_lookup[ir_filter_nr];
 679
 680         /* Circular convolution code in the reference
 681          * decoder was modified to avoid using one
 682          * extra array. The filtered vector is given by:
 683          *
 684          * c2(n) = sum(i,0,len-1){ c(i) * coef( (n - i + len) % len ) }
 685          */
 686
 687         memset(buf, 0, sizeof(float) * AMRWB_SFR_SIZE);
 688         for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++)
 689             if (fixed_vector[i])
 690                 ff_celp_circ_addf(buf, buf, coef, i, fixed_vector[i],
 691                                   AMRWB_SFR_SIZE);
 692         fixed_vector = buf;
 693     }
 694
 695     return fixed_vector;
 696 }
 697
 698 /**
 699  * Calculate a stability factor {teta} based on distance between
 700  * current and past isf. A value of 1 shows maximum signal stability.
 701  */
 702 static float stability_factor(const float *isf, const float *isf_past)
 703 {
 704     int i;
 705     float acc = 0.0;
 706
 707     for (i = 0; i < LP_ORDER - 1; i++)
 708         acc += (isf[i] - isf_past[i]) * (isf[i] - isf_past[i]);
 709
 710     // XXX: This part is not so clear from the reference code
 711     // the result is more accurate changing the "/ 256" to "* 512"
 712     return FFMAX(0.0, 1.25 - acc * 0.8 * 512);
 713 }
 714
 715 /**
 716  * Apply a non-linear fixed gain smoothing in order to reduce
 717  * fluctuation in the energy of excitation.
 718  *
 719  * @param[in]     fixed_gain       Unsmoothed fixed gain
 720  * @param[in,out] prev_tr_gain     Previous threshold gain (updated)
 721  * @param[in]     voice_fac        Frame voicing factor
 722  * @param[in]     stab_fac         Frame stability factor
 723  *
 724  * @return The smoothed gain
 725  */
 726 static float noise_enhancer(float fixed_gain, float *prev_tr_gain,
 727                             float voice_fac,  float stab_fac)
 728 {
 729     float sm_fac = 0.5 * (1 - voice_fac) * stab_fac;
 730     float g0;
 731
 732     // XXX: the following fixed-point constants used to in(de)crement
 733     // gain by 1.5dB were taken from the reference code, maybe it could
 734     // be simpler
 735     if (fixed_gain < *prev_tr_gain) {
 736         g0 = FFMIN(*prev_tr_gain, fixed_gain + fixed_gain *
 737                      (6226 * (1.0f / (1 << 15)))); // +1.5 dB
 738     } else
 739         g0 = FFMAX(*prev_tr_gain, fixed_gain *
 740                     (27536 * (1.0f / (1 << 15)))); // -1.5 dB
 741
 742     *prev_tr_gain = g0; // update next frame threshold
 743
 744     return sm_fac * g0 + (1 - sm_fac) * fixed_gain;
 745 }
 746
 747 /**
 748  * Filter the fixed_vector to emphasize the higher frequencies.
 749  *
 750  * @param[in,out] fixed_vector     Fixed codebook vector
 751  * @param[in]     voice_fac        Frame voicing factor
 752  */
 753 static void pitch_enhancer(float *fixed_vector, float voice_fac)
 754 {
 755     int i;
 756     float cpe  = 0.125 * (1 + voice_fac);
 757     float last = fixed_vector[0]; // holds c(i - 1)
 758
 759     fixed_vector[0] -= cpe * fixed_vector[1];
 760
 761     for (i = 1; i < AMRWB_SFR_SIZE - 1; i++) {
 762         float cur = fixed_vector[i];
 763
 764         fixed_vector[i] -= cpe * (last + fixed_vector[i + 1]);
 765         last = cur;
 766     }
 767
 768     fixed_vector[AMRWB_SFR_SIZE - 1] -= cpe * last;
 769 }
 770
 771 /**
 772  * Conduct 16th order linear predictive coding synthesis from excitation.
 773  *
 774  * @param[in]     ctx              Pointer to the AMRWBContext
 775  * @param[in]     lpc              Pointer to the LPC coefficients
 776  * @param[out]    excitation       Buffer for synthesis final excitation
 777  * @param[in]     fixed_gain       Fixed codebook gain for synthesis
 778  * @param[in]     fixed_vector     Algebraic codebook vector
 779  * @param[in,out] samples          Pointer to the output samples and memory
 780  */
 781 static void synthesis(AMRWBContext *ctx, float *lpc, float *excitation,
 782                       float fixed_gain, const float *fixed_vector,
 783                       float *samples)
 784 {
 785     ctx->acelpv_ctx.weighted_vector_sumf(excitation, ctx->pitch_vector, fixed_vector,
 786                             ctx->pitch_gain[0], fixed_gain, AMRWB_SFR_SIZE);
 787
 788     /* emphasize pitch vector contribution in low bitrate modes */
 789     if (ctx->pitch_gain[0] > 0.5 && ctx->fr_cur_mode <= MODE_8k85) {
 790         int i;
 791         float energy = ctx->celpm_ctx.dot_productf(excitation, excitation,
 792                                                     AMRWB_SFR_SIZE);
 793
 794         // XXX: Weird part in both ref code and spec. A unknown parameter
 795         // {beta} seems to be identical to the current pitch gain
 796         float pitch_factor = 0.25 * ctx->pitch_gain[0] * ctx->pitch_gain[0];
 797
 798         for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++)
 799             excitation[i] += pitch_factor * ctx->pitch_vector[i];
 800
 801         ff_scale_vector_to_given_sum_of_squares(excitation, excitation,
 802                                                 energy, AMRWB_SFR_SIZE);
 803     }
 804
 805     ctx->celpf_ctx.celp_lp_synthesis_filterf(samples, lpc, excitation,
 806                                  AMRWB_SFR_SIZE, LP_ORDER);
 807 }
 808
 809 /**
 810  * Apply to synthesis a de-emphasis filter of the form:
 811  * H(z) = 1 / (1 - m * z^-1)
 812  *
 813  * @param[out]    out              Output buffer
 814  * @param[in]     in               Input samples array with in[-1]
 815  * @param[in]     m                Filter coefficient
 816  * @param[in,out] mem              State from last filtering
 817  */
 818 static void de_emphasis(float *out, float *in, float m, float mem[1])
 819 {
 820     int i;
 821
 822     out[0] = in[0] + m * mem[0];
 823
 824     for (i = 1; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++)
 825          out[i] = in[i] + out[i - 1] * m;
 826
 827     mem[0] = out[AMRWB_SFR_SIZE - 1];
 828 }
 829
 830 /**
 831  * Upsample a signal by 5/4 ratio (from 12.8kHz to 16kHz) using
 832  * a FIR interpolation filter. Uses past data from before *in address.
 833  *
 834  * @param[out] out                 Buffer for interpolated signal
 835  * @param[in]  in                  Current signal data (length 0.8*o_size)
 836  * @param[in]  o_size              Output signal length
 837  * @param[in] ctx                  The context
 838  */
 839 static void upsample_5_4(float *out, const float *in, int o_size, CELPMContext *ctx)
 840 {
 841     const float *in0 = in - UPS_FIR_SIZE + 1;
 842     int i, j, k;
 843     int int_part = 0, frac_part;
 844
 845     i = 0;
 846     for (j = 0; j < o_size / 5; j++) {
 847         out[i] = in[int_part];
 848         frac_part = 4;
 849         i++;
 850
 851         for (k = 1; k < 5; k++) {
 852             out[i] = ctx->dot_productf(in0 + int_part,
 853                                                   upsample_fir[4 - frac_part],
 854                                                   UPS_MEM_SIZE);
 855             int_part++;
 856             frac_part--;
 857             i++;
 858         }
 859     }
 860 }
 861
 862 /**
 863  * Calculate the high-band gain based on encoded index (23k85 mode) or
 864  * on the low-band speech signal and the Voice Activity Detection flag.
 865  *
 866  * @param[in] ctx                  The context
 867  * @param[in] synth                LB speech synthesis at 12.8k
 868  * @param[in] hb_idx               Gain index for mode 23k85 only
 869  * @param[in] vad                  VAD flag for the frame
 870  */
 871 static float find_hb_gain(AMRWBContext *ctx, const float *synth,
 872                           uint16_t hb_idx, uint8_t vad)
 873 {
 874     int wsp = (vad > 0);
 875     float tilt;
 876     float tmp;
 877
 878     if (ctx->fr_cur_mode == MODE_23k85)
 879         return qua_hb_gain[hb_idx] * (1.0f / (1 << 14));
 880
 881     tmp = ctx->celpm_ctx.dot_productf(synth, synth + 1, AMRWB_SFR_SIZE - 1);
 882
 883     if (tmp > 0) {
 884         tilt = tmp / ctx->celpm_ctx.dot_productf(synth, synth, AMRWB_SFR_SIZE);
 885     } else
 886         tilt = 0;
 887
 888     /* return gain bounded by [0.1, 1.0] */
 889     return av_clipf((1.0 - tilt) * (1.25 - 0.25 * wsp), 0.1, 1.0);
 890 }
 891
 892 /**
 893  * Generate the high-band excitation with the same energy from the lower
 894  * one and scaled by the given gain.
 895  *
 896  * @param[in]  ctx                 The context
 897  * @param[out] hb_exc              Buffer for the excitation
 898  * @param[in]  synth_exc           Low-band excitation used for synthesis
 899  * @param[in]  hb_gain             Wanted excitation gain
 900  */
 901 static void scaled_hb_excitation(AMRWBContext *ctx, float *hb_exc,
 902                                  const float *synth_exc, float hb_gain)
 903 {
 904     int i;
 905     float energy = ctx->celpm_ctx.dot_productf(synth_exc, synth_exc,
 906                                                 AMRWB_SFR_SIZE);
 907
 908     /* Generate a white-noise excitation */
 909     for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE_16k; i++)
 910         hb_exc[i] = 32768.0 - (uint16_t) av_lfg_get(&ctx->prng);
 911
 912     ff_scale_vector_to_given_sum_of_squares(hb_exc, hb_exc,
 913                                             energy * hb_gain * hb_gain,
 914                                             AMRWB_SFR_SIZE_16k);
 915 }
 916
 917 /**
 918  * Calculate the auto-correlation for the ISF difference vector.
 919  */
 920 static float auto_correlation(float *diff_isf, float mean, int lag)
 921 {
 922     int i;
 923     float sum = 0.0;
 924
 925     for (i = 7; i < LP_ORDER - 2; i++) {
 926         float prod = (diff_isf[i] - mean) * (diff_isf[i - lag] - mean);
 927         sum += prod * prod;
 928     }
 929     return sum;
 930 }
 931
 932 /**
 933  * Extrapolate a ISF vector to the 16kHz range (20th order LP)
 934  * used at mode 6k60 LP filter for the high frequency band.
 935  *
 936  * @param[out] isf Buffer for extrapolated isf; contains LP_ORDER
 937  *                 values on input
 938  */
 939 static void extrapolate_isf(float isf[LP_ORDER_16k])
 940 {
 941     float diff_isf[LP_ORDER - 2], diff_mean;
 942     float corr_lag[3];
 943     float est, scale;
 944     int i, j, i_max_corr;
 945
 946     isf[LP_ORDER_16k - 1] = isf[LP_ORDER - 1];
 947
 948     /* Calculate the difference vector */
 949     for (i = 0; i < LP_ORDER - 2; i++)
 950         diff_isf[i] = isf[i + 1] - isf[i];
 951
 952     diff_mean = 0.0;
 953     for (i = 2; i < LP_ORDER - 2; i++)
 954         diff_mean += diff_isf[i] * (1.0f / (LP_ORDER - 4));
 955
 956     /* Find which is the maximum autocorrelation */
 957     i_max_corr = 0;
 958     for (i = 0; i < 3; i++) {
 959         corr_lag[i] = auto_correlation(diff_isf, diff_mean, i + 2);
 960
 961         if (corr_lag[i] > corr_lag[i_max_corr])
 962             i_max_corr = i;
 963     }
 964     i_max_corr++;
 965
 966     for (i = LP_ORDER - 1; i < LP_ORDER_16k - 1; i++)
 967         isf[i] = isf[i - 1] + isf[i - 1 - i_max_corr]
 968                             - isf[i - 2 - i_max_corr];
 969
 970     /* Calculate an estimate for ISF(18) and scale ISF based on the error */
 971     est   = 7965 + (isf[2] - isf[3] - isf[4]) / 6.0;
 972     scale = 0.5 * (FFMIN(est, 7600) - isf[LP_ORDER - 2]) /
 973             (isf[LP_ORDER_16k - 2] - isf[LP_ORDER - 2]);
 974
 975     for (i = LP_ORDER - 1, j = 0; i < LP_ORDER_16k - 1; i++, j++)
 976         diff_isf[j] = scale * (isf[i] - isf[i - 1]);
 977
 978     /* Stability insurance */
 979     for (i = 1; i < LP_ORDER_16k - LP_ORDER; i++)
 980         if (diff_isf[i] + diff_isf[i - 1] < 5.0) {
 981             if (diff_isf[i] > diff_isf[i - 1]) {
 982                 diff_isf[i - 1] = 5.0 - diff_isf[i];
 983             } else
 984                 diff_isf[i] = 5.0 - diff_isf[i - 1];
 985         }
 986
 987     for (i = LP_ORDER - 1, j = 0; i < LP_ORDER_16k - 1; i++, j++)
 988         isf[i] = isf[i - 1] + diff_isf[j] * (1.0f / (1 << 15));
 989
 990     /* Scale the ISF vector for 16000 Hz */
 991     for (i = 0; i < LP_ORDER_16k - 1; i++)
 992         isf[i] *= 0.8;
 993 }
 994
 995 /**
 996  * Spectral expand the LP coefficients using the equation:
 997  *   y[i] = x[i] * (gamma ** i)
 998  *
 999  * @param[out] out                 Output buffer (may use input array)
1000  * @param[in]  lpc                 LP coefficients array
1001  * @param[in]  gamma               Weighting factor
1002  * @param[in]  size                LP array size
1003  */
1004 static void lpc_weighting(float *out, const float *lpc, float gamma, int size)
1005 {
1006     int i;
1007     float fac = gamma;
1008
1009     for (i = 0; i < size; i++) {
1010         out[i] = lpc[i] * fac;
1011         fac   *= gamma;
1012     }
1013 }
1014
1015 /**
1016  * Conduct 20th order linear predictive coding synthesis for the high
1017  * frequency band excitation at 16kHz.
1018  *
1019  * @param[in]     ctx              The context
1020  * @param[in]     subframe         Current subframe index (0 to 3)
1021  * @param[in,out] samples          Pointer to the output speech samples
1022  * @param[in]     exc              Generated white-noise scaled excitation
1023  * @param[in]     isf              Current frame isf vector
1024  * @param[in]     isf_past         Past frame final isf vector
1025  */
1026 static void hb_synthesis(AMRWBContext *ctx, int subframe, float *samples,
1027                          const float *exc, const float *isf, const float *isf_past)
1028 {
1029     float hb_lpc[LP_ORDER_16k];
1030     enum Mode mode = ctx->fr_cur_mode;
1031
1032     if (mode == MODE_6k60) {
1033         float e_isf[LP_ORDER_16k]; // ISF vector for extrapolation
1034         double e_isp[LP_ORDER_16k];
1035
1036         ctx->acelpv_ctx.weighted_vector_sumf(e_isf, isf_past, isf, isfp_inter[subframe],
1037                                 1.0 - isfp_inter[subframe], LP_ORDER);
1038
1039         extrapolate_isf(e_isf);
1040
1041         e_isf[LP_ORDER_16k - 1] *= 2.0;
1042         ff_acelp_lsf2lspd(e_isp, e_isf, LP_ORDER_16k);
1043         ff_amrwb_lsp2lpc(e_isp, hb_lpc, LP_ORDER_16k);
1044
1045         lpc_weighting(hb_lpc, hb_lpc, 0.9, LP_ORDER_16k);
1046     } else {
1047         lpc_weighting(hb_lpc, ctx->lp_coef[subframe], 0.6, LP_ORDER);
1048     }
1049
1050     ctx->celpf_ctx.celp_lp_synthesis_filterf(samples, hb_lpc, exc, AMRWB_SFR_SIZE_16k,
1051                                  (mode == MODE_6k60) ? LP_ORDER_16k : LP_ORDER);
1052 }
1053
1054 /**
1055  * Apply a 15th order filter to high-band samples.
1056  * The filter characteristic depends on the given coefficients.
1057  *
1058  * @param[out]    out              Buffer for filtered output
1059  * @param[in]     fir_coef         Filter coefficients
1060  * @param[in,out] mem              State from last filtering (updated)
1061  * @param[in]     in               Input speech data (high-band)
1062  *
1063  * @remark It is safe to pass the same array in in and out parameters
1064  */
1065
1066 #ifndef hb_fir_filter
1067 static void hb_fir_filter(float *out, const float fir_coef[HB_FIR_SIZE + 1],
1068                           float mem[HB_FIR_SIZE], const float *in)
1069 {
1070     int i, j;
1071     float data[AMRWB_SFR_SIZE_16k + HB_FIR_SIZE]; // past and current samples
1072
1073     memcpy(data, mem, HB_FIR_SIZE * sizeof(float));
1074     memcpy(data + HB_FIR_SIZE, in, AMRWB_SFR_SIZE_16k * sizeof(float));
1075
1076     for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE_16k; i++) {
1077         out[i] = 0.0;
1078         for (j = 0; j <= HB_FIR_SIZE; j++)
1079             out[i] += data[i + j] * fir_coef[j];
1080     }
1081
1082     memcpy(mem, data + AMRWB_SFR_SIZE_16k, HB_FIR_SIZE * sizeof(float));
1083 }
1084 #endif /* hb_fir_filter */
1085
1086 /**
1087  * Update context state before the next subframe.
1088  */
1089 static void update_sub_state(AMRWBContext *ctx)
1090 {
1091     memmove(&ctx->excitation_buf[0], &ctx->excitation_buf[AMRWB_SFR_SIZE],
1092             (AMRWB_P_DELAY_MAX + LP_ORDER + 1) * sizeof(float));
1093
1094     memmove(&ctx->pitch_gain[1], &ctx->pitch_gain[0], 5 * sizeof(float));
1095     memmove(&ctx->fixed_gain[1], &ctx->fixed_gain[0], 1 * sizeof(float));
1096
1097     memmove(&ctx->samples_az[0], &ctx->samples_az[AMRWB_SFR_SIZE],
1098             LP_ORDER * sizeof(float));
1099     memmove(&ctx->samples_up[0], &ctx->samples_up[AMRWB_SFR_SIZE],
1100             UPS_MEM_SIZE * sizeof(float));
1101     memmove(&ctx->samples_hb[0], &ctx->samples_hb[AMRWB_SFR_SIZE_16k],
1102             LP_ORDER_16k * sizeof(float));
1103 }
1104
1105 static int amrwb_decode_frame(AVCodecContext *avctx, AVFrame *frame,
1106                               int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
1107 {
1108     AMRWBChannelsContext *s  = avctx->priv_data;
1109     const uint8_t *buf = avpkt->data;
1110     int buf_size       = avpkt->size;
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
1118     for (int ch = 0; ch < avctx->ch_layout.nb_channels; ch++) {
1119         AMRWBContext *ctx  = &s->ch[ch];
1120         AMRWBFrame   *cf   = &ctx->frame;
1121         int expected_fr_size, header_size;
1122         float spare_vector[AMRWB_SFR_SIZE];      // extra stack space to hold result from anti-sparseness processing
1123         float fixed_gain_factor;                 // fixed gain correction factor (gamma)
1124         float *synth_fixed_vector;               // pointer to the fixed vector that synthesis should use
1125         float synth_fixed_gain;                  // the fixed gain that synthesis should use
1126         float voice_fac, stab_fac;               // parameters used for gain smoothing
1127         float synth_exc[AMRWB_SFR_SIZE];         // post-processed excitation for synthesis
1128         float hb_exc[AMRWB_SFR_SIZE_16k];        // excitation for the high frequency band
1129         float hb_samples[AMRWB_SFR_SIZE_16k];    // filtered high-band samples from synthesis
1130         float hb_gain;
1131         float *buf_out = (float *)frame->extended_data[ch];
1132
1133         header_size      = decode_mime_header(ctx, buf);
1134         expected_fr_size = ((cf_sizes_wb[ctx->fr_cur_mode] + 7) >> 3) + 1;
1135
1136         if (!ctx->fr_quality)
1137             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Encountered a bad or corrupted frame\n");
1138
1139         if (ctx->fr_cur_mode == NO_DATA || !ctx->fr_quality) {
1140             /* The specification suggests a "random signal" and
1141                "a muting technique" to "gradually decrease the output level". */
1142             av_samples_set_silence(&frame->extended_data[ch], 0, frame->nb_samples, 1, AV_SAMPLE_FMT_FLT);
1143             buf += expected_fr_size;
1144             buf_size -= expected_fr_size;
1145             continue;
1146         }
1147         if (ctx->fr_cur_mode > MODE_SID) {
1148             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
1149                    "Invalid mode %d\n", ctx->fr_cur_mode);
1150             return AVERROR_INVALIDDATA;
1151         }
1152
1153         if (buf_size < expected_fr_size) {
1154             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
1155                    "Frame too small (%d bytes). Truncated file?\n", buf_size);
1156             *got_frame_ptr = 0;
1157             return AVERROR_INVALIDDATA;
1158         }
1159
1160         if (ctx->fr_cur_mode == MODE_SID) { /* Comfort noise frame */
1161             avpriv_request_sample(avctx, "SID mode");
1162             return AVERROR_PATCHWELCOME;
1163         }
1164
1165         ff_amr_bit_reorder((uint16_t *) &ctx->frame, sizeof(AMRWBFrame),
1166                            buf + header_size, amr_bit_orderings_by_mode[ctx->fr_cur_mode]);
1167
1168         /* Decode the quantized ISF vector */
1169         if (ctx->fr_cur_mode == MODE_6k60) {
1170             decode_isf_indices_36b(cf->isp_id, ctx->isf_cur);
1171         } else {
1172             decode_isf_indices_46b(cf->isp_id, ctx->isf_cur);
1173         }
1174
1175         isf_add_mean_and_past(ctx->isf_cur, ctx->isf_q_past);
1176         ff_set_min_dist_lsf(ctx->isf_cur, MIN_ISF_SPACING, LP_ORDER - 1);
1177
1178         stab_fac = stability_factor(ctx->isf_cur, ctx->isf_past_final);
1179
1180         ctx->isf_cur[LP_ORDER - 1] *= 2.0;
1181         ff_acelp_lsf2lspd(ctx->isp[3], ctx->isf_cur, LP_ORDER);
1182
1183         /* Generate a ISP vector for each subframe */
1184         if (ctx->first_frame) {
1185             ctx->first_frame = 0;
1186             memcpy(ctx->isp_sub4_past, ctx->isp[3], LP_ORDER * sizeof(double));
1187         }
1188         interpolate_isp(ctx->isp, ctx->isp_sub4_past);
1189
1190         for (sub = 0; sub < 4; sub++)
1191             ff_amrwb_lsp2lpc(ctx->isp[sub], ctx->lp_coef[sub], LP_ORDER);
1192
1193         for (sub = 0; sub < 4; sub++) {
1194             const AMRWBSubFrame *cur_subframe = &cf->subframe[sub];
1195             float *sub_buf = buf_out + sub * AMRWB_SFR_SIZE_16k;
1196
1197             /* Decode adaptive codebook (pitch vector) */
1198             decode_pitch_vector(ctx, cur_subframe, sub);
1199             /* Decode innovative codebook (fixed vector) */
1200             decode_fixed_vector(ctx->fixed_vector, cur_subframe->pul_ih,
1201                                 cur_subframe->pul_il, ctx->fr_cur_mode);
1202
1203             pitch_sharpening(ctx, ctx->fixed_vector);
1204
1205             decode_gains(cur_subframe->vq_gain, ctx->fr_cur_mode,
1206                          &fixed_gain_factor, &ctx->pitch_gain[0]);
1207
1208             ctx->fixed_gain[0] =
1209                 ff_amr_set_fixed_gain(fixed_gain_factor,
1210                                       ctx->celpm_ctx.dot_productf(ctx->fixed_vector,
1211                                                                   ctx->fixed_vector,
1212                                                                   AMRWB_SFR_SIZE) /
1213                                       AMRWB_SFR_SIZE,
1214                                       ctx->prediction_error,
1215                                       ENERGY_MEAN, energy_pred_fac);
1216
1217             /* Calculate voice factor and store tilt for next subframe */
1218             voice_fac      = voice_factor(ctx->pitch_vector, ctx->pitch_gain[0],
1219                                           ctx->fixed_vector, ctx->fixed_gain[0],
1220                                           &ctx->celpm_ctx);
1221             ctx->tilt_coef = voice_fac * 0.25 + 0.25;
1222
1223             /* Construct current excitation */
1224             for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE; i++) {
1225                 ctx->excitation[i] *= ctx->pitch_gain[0];
1226                 ctx->excitation[i] += ctx->fixed_gain[0] * ctx->fixed_vector[i];
1227                 ctx->excitation[i] = truncf(ctx->excitation[i]);
1228             }
1229
1230             /* Post-processing of excitation elements */
1231             synth_fixed_gain = noise_enhancer(ctx->fixed_gain[0], &ctx->prev_tr_gain,
1232                                               voice_fac, stab_fac);
1233
1234             synth_fixed_vector = anti_sparseness(ctx, ctx->fixed_vector,
1235                                                  spare_vector);
1236
1237             pitch_enhancer(synth_fixed_vector, voice_fac);
1238
1239             synthesis(ctx, ctx->lp_coef[sub], synth_exc, synth_fixed_gain,
1240                       synth_fixed_vector, &ctx->samples_az[LP_ORDER]);
1241
1242             /* Synthesis speech post-processing */
1243             de_emphasis(&ctx->samples_up[UPS_MEM_SIZE],
1244                         &ctx->samples_az[LP_ORDER], PREEMPH_FAC, ctx->demph_mem);
1245
1246             ctx->acelpf_ctx.acelp_apply_order_2_transfer_function(&ctx->samples_up[UPS_MEM_SIZE],
1247                                                                   &ctx->samples_up[UPS_MEM_SIZE], hpf_zeros, hpf_31_poles,
1248                                                                   hpf_31_gain, ctx->hpf_31_mem, AMRWB_SFR_SIZE);
1249
1250             upsample_5_4(sub_buf, &ctx->samples_up[UPS_FIR_SIZE],
1251                          AMRWB_SFR_SIZE_16k, &ctx->celpm_ctx);
1252
1253             /* High frequency band (6.4 - 7.0 kHz) generation part */
1254             ctx->acelpf_ctx.acelp_apply_order_2_transfer_function(hb_samples,
1255                                                                   &ctx->samples_up[UPS_MEM_SIZE], hpf_zeros, hpf_400_poles,
1256                                                                   hpf_400_gain, ctx->hpf_400_mem, AMRWB_SFR_SIZE);
1257
1258             hb_gain = find_hb_gain(ctx, hb_samples,
1259                                    cur_subframe->hb_gain, cf->vad);
1260
1261             scaled_hb_excitation(ctx, hb_exc, synth_exc, hb_gain);
1262
1263             hb_synthesis(ctx, sub, &ctx->samples_hb[LP_ORDER_16k],
1264                          hb_exc, ctx->isf_cur, ctx->isf_past_final);
1265
1266             /* High-band post-processing filters */
1267             hb_fir_filter(hb_samples, bpf_6_7_coef, ctx->bpf_6_7_mem,
1268                           &ctx->samples_hb[LP_ORDER_16k]);
1269
1270             if (ctx->fr_cur_mode == MODE_23k85)
1271                 hb_fir_filter(hb_samples, lpf_7_coef, ctx->lpf_7_mem,
1272                               hb_samples);
1273
1274             /* Add the low and high frequency bands */
1275             for (i = 0; i < AMRWB_SFR_SIZE_16k; i++)
1276                 sub_buf[i] = (sub_buf[i] + hb_samples[i]) * (1.0f / (1 << 15));
1277
1278             /* Update buffers and history */
1279             update_sub_state(ctx);
1280         }
1281
1282         /* update state for next frame */
1283         memcpy(ctx->isp_sub4_past, ctx->isp[3], LP_ORDER * sizeof(ctx->isp[3][0]));
1284         memcpy(ctx->isf_past_final, ctx->isf_cur, LP_ORDER * sizeof(float));
1285
1286         buf += expected_fr_size;
1287         buf_size -= expected_fr_size;
1288     }
1289
1290     *got_frame_ptr = 1;
1291
1292     return avpkt->size;
1293 }
1294
1295 const FFCodec ff_amrwb_decoder = {
1296     .p.name         = "amrwb",
1297     .p.long_name    = NULL_IF_CONFIG_SMALL("AMR-WB (Adaptive Multi-Rate WideBand)"),
1298     .p.type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1299     .p.id           = AV_CODEC_ID_AMR_WB,
1300     .priv_data_size = sizeof(AMRWBChannelsContext),
1301     .init           = amrwb_decode_init,
1302     FF_CODEC_DECODE_CB(amrwb_decode_frame),
1303     .p.capabilities = AV_CODEC_CAP_DR1 | AV_CODEC_CAP_CHANNEL_CONF,
1304     .p.sample_fmts  = (const enum AVSampleFormat[]){ AV_SAMPLE_FMT_FLT,
1305                                                      AV_SAMPLE_FMT_NONE },
1306     .caps_internal  = FF_CODEC_CAP_INIT_THREADSAFE,
1307 };