Optimize decodeplane32().
[ffmpeg.git] / libavcodec / twinvq.c
1 /*
2  * TwinVQ decoder
3  * Copyright (c) 2009 Vitor Sessak
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 #include "avcodec.h"
23 #include "get_bits.h"
24 #include "dsputil.h"
25 #include "fft.h"
26 #include "lsp.h"
27
28 #include <math.h>
29 #include <stdint.h>
30
31 #include "twinvq_data.h"
32
33 enum FrameType {
34     FT_SHORT = 0,  ///< Short frame  (divided in n   sub-blocks)
35     FT_MEDIUM,     ///< Medium frame (divided in m<n sub-blocks)
36     FT_LONG,       ///< Long frame   (single sub-block + PPC)
37     FT_PPC,        ///< Periodic Peak Component (part of the long frame)
38 };
39
40 /**
41  * Parameters and tables that are different for each frame type
42  */
43 struct FrameMode {
44     uint8_t         sub;      ///< Number subblocks in each frame
45     const uint16_t *bark_tab;
46
47     /** number of distinct bark scale envelope values */
48     uint8_t         bark_env_size;
49
50     const int16_t  *bark_cb;    ///< codebook for the bark scale envelope (BSE)
51     uint8_t         bark_n_coef;///< number of BSE CB coefficients to read
52     uint8_t         bark_n_bit; ///< number of bits of the BSE coefs
53
54     //@{
55     /** main codebooks for spectrum data */
56     const int16_t    *cb0;
57     const int16_t    *cb1;
58     //@}
59
60     uint8_t         cb_len_read; ///< number of spectrum coefficients to read
61 };
62
63 /**
64  * Parameters and tables that are different for every combination of
65  * bitrate/sample rate
66  */
67 typedef struct {
68     struct FrameMode fmode[3]; ///< frame type-dependant parameters
69
70     uint16_t     size;        ///< frame size in samples
71     uint8_t      n_lsp;       ///< number of lsp coefficients
72     const float *lspcodebook;
73
74     /* number of bits of the different LSP CB coefficients */
75     uint8_t      lsp_bit0;
76     uint8_t      lsp_bit1;
77     uint8_t      lsp_bit2;
78
79     uint8_t      lsp_split;      ///< number of CB entries for the LSP decoding
80     const int16_t *ppc_shape_cb; ///< PPC shape CB
81
82     /** number of the bits for the PPC period value */
83     uint8_t      ppc_period_bit;
84
85     uint8_t      ppc_shape_bit;  ///< number of bits of the PPC shape CB coeffs
86     uint8_t      ppc_shape_len;  ///< size of PPC shape CB
87     uint8_t      pgain_bit;      ///< bits for PPC gain
88
89     /** constant for peak period to peak width conversion */
90     uint16_t     peak_per2wid;
91 } ModeTab;
92
93 static const ModeTab mode_08_08 = {
94     {
95         { 8, bark_tab_s08_64,  10, tab.fcb08s  , 1, 5, tab.cb0808s0, tab.cb0808s1, 18},
96         { 2, bark_tab_m08_256, 20, tab.fcb08m  , 2, 5, tab.cb0808m0, tab.cb0808m1, 16},
97         { 1, bark_tab_l08_512, 30, tab.fcb08l  , 3, 6, tab.cb0808l0, tab.cb0808l1, 17}
98     },
99     512 , 12, tab.lsp08,   1, 5, 3, 3, tab.shape08  , 8, 28, 20, 6, 40
100 };
101
102 static const ModeTab mode_11_08 = {
103     {
104         { 8, bark_tab_s11_64,  10, tab.fcb11s  , 1, 5, tab.cb1108s0, tab.cb1108s1, 29},
105         { 2, bark_tab_m11_256, 20, tab.fcb11m  , 2, 5, tab.cb1108m0, tab.cb1108m1, 24},
106         { 1, bark_tab_l11_512, 30, tab.fcb11l  , 3, 6, tab.cb1108l0, tab.cb1108l1, 27}
107     },
108     512 , 16, tab.lsp11,   1, 6, 4, 3, tab.shape11  , 9, 36, 30, 7, 90
109 };
110
111 static const ModeTab mode_11_10 = {
112     {
113         { 8, bark_tab_s11_64,  10, tab.fcb11s  , 1, 5, tab.cb1110s0, tab.cb1110s1, 21},
114         { 2, bark_tab_m11_256, 20, tab.fcb11m  , 2, 5, tab.cb1110m0, tab.cb1110m1, 18},
115         { 1, bark_tab_l11_512, 30, tab.fcb11l  , 3, 6, tab.cb1110l0, tab.cb1110l1, 20}
116     },
117     512 , 16, tab.lsp11,   1, 6, 4, 3, tab.shape11  , 9, 36, 30, 7, 90
118 };
119
120 static const ModeTab mode_16_16 = {
121     {
122         { 8, bark_tab_s16_128, 10, tab.fcb16s  , 1, 5, tab.cb1616s0, tab.cb1616s1, 16},
123         { 2, bark_tab_m16_512, 20, tab.fcb16m  , 2, 5, tab.cb1616m0, tab.cb1616m1, 15},
124         { 1, bark_tab_l16_1024,30, tab.fcb16l  , 3, 6, tab.cb1616l0, tab.cb1616l1, 16}
125     },
126     1024, 16, tab.lsp16,   1, 6, 4, 3, tab.shape16  , 9, 56, 60, 7, 180
127 };
128
129 static const ModeTab mode_22_20 = {
130     {
131         { 8, bark_tab_s22_128, 10, tab.fcb22s_1, 1, 6, tab.cb2220s0, tab.cb2220s1, 18},
132         { 2, bark_tab_m22_512, 20, tab.fcb22m_1, 2, 6, tab.cb2220m0, tab.cb2220m1, 17},
133         { 1, bark_tab_l22_1024,32, tab.fcb22l_1, 4, 6, tab.cb2220l0, tab.cb2220l1, 18}
134     },
135     1024, 16, tab.lsp22_1, 1, 6, 4, 3, tab.shape22_1, 9, 56, 36, 7, 144
136 };
137
138 static const ModeTab mode_22_24 = {
139     {
140         { 8, bark_tab_s22_128, 10, tab.fcb22s_1, 1, 6, tab.cb2224s0, tab.cb2224s1, 15},
141         { 2, bark_tab_m22_512, 20, tab.fcb22m_1, 2, 6, tab.cb2224m0, tab.cb2224m1, 14},
142         { 1, bark_tab_l22_1024,32, tab.fcb22l_1, 4, 6, tab.cb2224l0, tab.cb2224l1, 15}
143     },
144     1024, 16, tab.lsp22_1, 1, 6, 4, 3, tab.shape22_1, 9, 56, 36, 7, 144
145 };
146
147 static const ModeTab mode_22_32 = {
148     {
149         { 4, bark_tab_s22_128, 10, tab.fcb22s_2, 1, 6, tab.cb2232s0, tab.cb2232s1, 11},
150         { 2, bark_tab_m22_256, 20, tab.fcb22m_2, 2, 6, tab.cb2232m0, tab.cb2232m1, 11},
151         { 1, bark_tab_l22_512, 32, tab.fcb22l_2, 4, 6, tab.cb2232l0, tab.cb2232l1, 12}
152     },
153     512 , 16, tab.lsp22_2, 1, 6, 4, 4, tab.shape22_2, 9, 56, 36, 7, 72
154 };
155
156 static const ModeTab mode_44_40 = {
157     {
158         {16, bark_tab_s44_128, 10, tab.fcb44s  , 1, 6, tab.cb4440s0, tab.cb4440s1, 18},
159         { 4, bark_tab_m44_512, 20, tab.fcb44m  , 2, 6, tab.cb4440m0, tab.cb4440m1, 17},
160         { 1, bark_tab_l44_2048,40, tab.fcb44l  , 4, 6, tab.cb4440l0, tab.cb4440l1, 17}
161     },
162     2048, 20, tab.lsp44,   1, 6, 4, 4, tab.shape44  , 9, 84, 54, 7, 432
163 };
164
165 static const ModeTab mode_44_48 = {
166     {
167         {16, bark_tab_s44_128, 10, tab.fcb44s  , 1, 6, tab.cb4448s0, tab.cb4448s1, 15},
168         { 4, bark_tab_m44_512, 20, tab.fcb44m  , 2, 6, tab.cb4448m0, tab.cb4448m1, 14},
169         { 1, bark_tab_l44_2048,40, tab.fcb44l  , 4, 6, tab.cb4448l0, tab.cb4448l1, 14}
170     },
171     2048, 20, tab.lsp44,   1, 6, 4, 4, tab.shape44  , 9, 84, 54, 7, 432
172 };
173
174 typedef struct TwinContext {
175     AVCodecContext *avctx;
176     DSPContext      dsp;
177     FFTContext mdct_ctx[3];
178
179     const ModeTab *mtab;
180
181     // history
182     float lsp_hist[2][20];           ///< LSP coefficients of the last frame
183     float bark_hist[3][2][40];       ///< BSE coefficients of last frame
184
185     // bitstream parameters
186     int16_t permut[4][4096];
187     uint8_t length[4][2];            ///< main codebook stride
188     uint8_t length_change[4];
189     uint8_t bits_main_spec[2][4][2]; ///< bits for the main codebook
190     int bits_main_spec_change[4];
191     int n_div[4];
192
193     float *spectrum;
194     float *curr_frame;               ///< non-interleaved output
195     float *prev_frame;               ///< non-interleaved previous frame
196     int last_block_pos[2];
197
198     float *cos_tabs[3];
199
200     // scratch buffers
201     float *tmp_buf;
202 } TwinContext;
203
204 #define PPC_SHAPE_CB_SIZE 64
205 #define SUB_AMP_MAX       4500.0
206 #define MULAW_MU          100.0
207 #define GAIN_BITS         8
208 #define AMP_MAX           13000.0
209 #define SUB_GAIN_BITS     5
210 #define WINDOW_TYPE_BITS  4
211 #define PGAIN_MU          200
212
213 /** @note not speed critical, hence not optimized */
214 static void memset_float(float *buf, float val, int size)
215 {
216     while (size--)
217         *buf++ = val;
218 }
219
220 /**
221  * Evaluate a single LPC amplitude spectrum envelope coefficient from the line
222  * spectrum pairs.
223  *
224  * @param lsp a vector of the cosinus of the LSP values
225  * @param cos_val cos(PI*i/N) where i is the index of the LPC amplitude
226  * @param order the order of the LSP (and the size of the *lsp buffer). Must
227  *        be a multiple of four.
228  * @return the LPC value
229  *
230  * @todo reuse code from vorbis_dec.c: vorbis_floor0_decode
231  */
232 static float eval_lpc_spectrum(const float *lsp, float cos_val, int order)
233 {
234     int j;
235     float p = 0.5f;
236     float q = 0.5f;
237     float two_cos_w = 2.0f*cos_val;
238
239     for (j = 0; j + 1 < order; j += 2*2) {
240         // Unroll the loop once since order is a multiple of four
241         q *= lsp[j  ] - two_cos_w;
242         p *= lsp[j+1] - two_cos_w;
243
244         q *= lsp[j+2] - two_cos_w;
245         p *= lsp[j+3] - two_cos_w;
246     }
247
248     p *= p * (2.0f - two_cos_w);
249     q *= q * (2.0f + two_cos_w);
250
251     return 0.5 / (p + q);
252 }
253
254 /**
255  * Evaluates the LPC amplitude spectrum envelope from the line spectrum pairs.
256  */
257 static void eval_lpcenv(TwinContext *tctx, const float *cos_vals, float *lpc)
258 {
259     int i;
260     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
261     int size_s = mtab->size / mtab->fmode[FT_SHORT].sub;
262
263     for (i = 0; i < size_s/2; i++) {
264         float cos_i = tctx->cos_tabs[0][i];
265         lpc[i]          = eval_lpc_spectrum(cos_vals,  cos_i, mtab->n_lsp);
266         lpc[size_s-i-1] = eval_lpc_spectrum(cos_vals, -cos_i, mtab->n_lsp);
267     }
268 }
269
270 static void interpolate(float *out, float v1, float v2, int size)
271 {
272     int i;
273     float step = (v1 - v2)/(size + 1);
274
275     for (i = 0; i < size; i++) {
276         v2 += step;
277         out[i] = v2;
278     }
279 }
280
281 static inline float get_cos(int idx, int part, const float *cos_tab, int size)
282 {
283     return part ? -cos_tab[size - idx - 1] :
284                    cos_tab[       idx    ];
285 }
286
287 /**
288  * Evaluates the LPC amplitude spectrum envelope from the line spectrum pairs.
289  * Probably for speed reasons, the coefficients are evaluated as
290  * siiiibiiiisiiiibiiiisiiiibiiiisiiiibiiiis ...
291  * where s is an evaluated value, i is a value interpolated from the others
292  * and b might be either calculated or interpolated, depending on an
293  * unexplained condition.
294  *
295  * @param step the size of a block "siiiibiiii"
296  * @param in the cosinus of the LSP data
297  * @param part is 0 for 0...PI (positive cossinus values) and 1 for PI...2PI
298           (negative cossinus values)
299  * @param size the size of the whole output
300  */
301 static inline void eval_lpcenv_or_interp(TwinContext *tctx,
302                                          enum FrameType ftype,
303                                          float *out, const float *in,
304                                          int size, int step, int part)
305 {
306     int i;
307     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
308     const float *cos_tab = tctx->cos_tabs[ftype];
309
310     // Fill the 's'
311     for (i = 0; i < size; i += step)
312         out[i] =
313             eval_lpc_spectrum(in,
314                               get_cos(i, part, cos_tab, size),
315                               mtab->n_lsp);
316
317     // Fill the 'iiiibiiii'
318     for (i = step; i <= size - 2*step; i += step) {
319         if (out[i + step] + out[i - step] >  1.95*out[i] ||
320             out[i + step]                 >=  out[i - step]) {
321             interpolate(out + i - step + 1, out[i], out[i-step], step - 1);
322         } else {
323             out[i - step/2] =
324                 eval_lpc_spectrum(in,
325                                   get_cos(i-step/2, part, cos_tab, size),
326                                   mtab->n_lsp);
327             interpolate(out + i - step   + 1, out[i-step/2], out[i-step  ], step/2 - 1);
328             interpolate(out + i - step/2 + 1, out[i       ], out[i-step/2], step/2 - 1);
329         }
330     }
331
332     interpolate(out + size - 2*step + 1, out[size-step], out[size - 2*step], step - 1);
333 }
334
335 static void eval_lpcenv_2parts(TwinContext *tctx, enum FrameType ftype,
336                                const float *buf, float *lpc,
337                                int size, int step)
338 {
339     eval_lpcenv_or_interp(tctx, ftype, lpc         , buf, size/2,   step, 0);
340     eval_lpcenv_or_interp(tctx, ftype, lpc + size/2, buf, size/2, 2*step, 1);
341
342     interpolate(lpc+size/2-step+1, lpc[size/2], lpc[size/2-step], step);
343
344     memset_float(lpc + size - 2*step + 1, lpc[size - 2*step], 2*step - 1);
345 }
346
347 /**
348  * Inverse quantization. Read CB coefficients for cb1 and cb2 from the
349  * bitstream, sum the corresponding vectors and write the result to *out
350  * after permutation.
351  */
352 static void dequant(TwinContext *tctx, GetBitContext *gb, float *out,
353                     enum FrameType ftype,
354                     const int16_t *cb0, const int16_t *cb1, int cb_len)
355 {
356     int pos = 0;
357     int i, j;
358
359     for (i = 0; i < tctx->n_div[ftype]; i++) {
360         int tmp0, tmp1;
361         int sign0 = 1;
362         int sign1 = 1;
363         const int16_t *tab0, *tab1;
364         int length = tctx->length[ftype][i >= tctx->length_change[ftype]];
365         int bitstream_second_part = (i >= tctx->bits_main_spec_change[ftype]);
366
367         int bits = tctx->bits_main_spec[0][ftype][bitstream_second_part];
368         if (bits == 7) {
369             if (get_bits1(gb))
370                 sign0 = -1;
371             bits = 6;
372         }
373         tmp0 = get_bits(gb, bits);
374
375         bits = tctx->bits_main_spec[1][ftype][bitstream_second_part];
376
377         if (bits == 7) {
378             if (get_bits1(gb))
379                 sign1 = -1;
380
381             bits = 6;
382         }
383         tmp1 = get_bits(gb, bits);
384
385         tab0 = cb0 + tmp0*cb_len;
386         tab1 = cb1 + tmp1*cb_len;
387
388         for (j = 0; j < length; j++)
389             out[tctx->permut[ftype][pos+j]] = sign0*tab0[j] + sign1*tab1[j];
390
391         pos += length;
392     }
393
394 }
395
396 static inline float mulawinv(float y, float clip, float mu)
397 {
398     y = av_clipf(y/clip, -1, 1);
399     return clip * FFSIGN(y) * (exp(log(1+mu) * fabs(y)) - 1) / mu;
400 }
401
402 /**
403  * Evaluate a*b/400 rounded to the nearest integer. When, for example,
404  * a*b == 200 and the nearest integer is ill-defined, use a table to emulate
405  * the following broken float-based implementation used by the binary decoder:
406  *
407  * \code
408  * static int very_broken_op(int a, int b)
409  * {
410  *    static float test; // Ugh, force gcc to do the division first...
411  *
412  *    test = a/400.;
413  *    return b * test +  0.5;
414  * }
415  * \endcode
416  *
417  * @note if this function is replaced by just ROUNDED_DIV(a*b,400.), the stddev
418  * between the original file (before encoding with Yamaha encoder) and the
419  * decoded output increases, which leads one to believe that the encoder expects
420  * exactly this broken calculation.
421  */
422 static int very_broken_op(int a, int b)
423 {
424     int x = a*b + 200;
425     int size;
426     const uint8_t *rtab;
427
428     if (x%400 || b%5)
429         return x/400;
430
431     x /= 400;
432
433     size = tabs[b/5].size;
434     rtab = tabs[b/5].tab;
435     return x - rtab[size*av_log2(2*(x - 1)/size)+(x - 1)%size];
436 }
437
438 /**
439  * Sum to data a periodic peak of a given period, width and shape.
440  *
441  * @param period the period of the peak divised by 400.0
442  */
443 static void add_peak(int period, int width, const float *shape,
444                      float ppc_gain, float *speech, int len)
445 {
446     int i, j;
447
448     const float *shape_end = shape + len;
449     int center;
450
451     // First peak centered around zero
452     for (i = 0; i < width/2; i++)
453         speech[i] += ppc_gain * *shape++;
454
455     for (i = 1; i < ROUNDED_DIV(len,width) ; i++) {
456         center = very_broken_op(period, i);
457         for (j = -width/2; j < (width+1)/2; j++)
458             speech[j+center] += ppc_gain * *shape++;
459     }
460
461     // For the last block, be careful not to go beyond the end of the buffer
462     center = very_broken_op(period, i);
463     for (j = -width/2; j < (width + 1)/2 && shape < shape_end; j++)
464         speech[j+center] += ppc_gain * *shape++;
465 }
466
467 static void decode_ppc(TwinContext *tctx, int period_coef, const float *shape,
468                        float ppc_gain, float *speech)
469 {
470     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
471     int isampf = tctx->avctx->sample_rate/1000;
472     int ibps = tctx->avctx->bit_rate/(1000 * tctx->avctx->channels);
473     int min_period = ROUNDED_DIV(  40*2*mtab->size, isampf);
474     int max_period = ROUNDED_DIV(6*40*2*mtab->size, isampf);
475     int period_range = max_period - min_period;
476
477     // This is actually the period multiplied by 400. It is just linearly coded
478     // between its maximum and minimum value.
479     int period = min_period +
480         ROUNDED_DIV(period_coef*period_range, (1 << mtab->ppc_period_bit) - 1);
481     int width;
482
483     if (isampf == 22 && ibps == 32) {
484         // For some unknown reason, NTT decided to code this case differently...
485         width = ROUNDED_DIV((period + 800)* mtab->peak_per2wid, 400*mtab->size);
486     } else
487         width =             (period      )* mtab->peak_per2wid/(400*mtab->size);
488
489     add_peak(period, width, shape, ppc_gain, speech, mtab->ppc_shape_len);
490 }
491
492 static void dec_gain(TwinContext *tctx, GetBitContext *gb, enum FrameType ftype,
493                      float *out)
494 {
495     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
496     int i, j;
497     int sub = mtab->fmode[ftype].sub;
498     float step     = AMP_MAX     / ((1 <<     GAIN_BITS) - 1);
499     float sub_step = SUB_AMP_MAX / ((1 << SUB_GAIN_BITS) - 1);
500
501     if (ftype == FT_LONG) {
502         for (i = 0; i < tctx->avctx->channels; i++)
503             out[i] = (1./(1<<13)) *
504                 mulawinv(step * 0.5 + step * get_bits(gb, GAIN_BITS),
505                          AMP_MAX, MULAW_MU);
506     } else {
507         for (i = 0; i < tctx->avctx->channels; i++) {
508             float val = (1./(1<<23)) *
509                 mulawinv(step * 0.5 + step * get_bits(gb, GAIN_BITS),
510                          AMP_MAX, MULAW_MU);
511
512             for (j = 0; j < sub; j++) {
513                 out[i*sub + j] =
514                     val*mulawinv(sub_step* 0.5 +
515                                  sub_step* get_bits(gb, SUB_GAIN_BITS),
516                                  SUB_AMP_MAX, MULAW_MU);
517             }
518         }
519     }
520 }
521
522 /**
523  * Rearrange the LSP coefficients so that they have a minimum distance of
524  * min_dist. This function does it exactly as described in section of 3.2.4
525  * of the G.729 specification (but interestingly is different from what the
526  * reference decoder actually does).
527  */
528 static void rearrange_lsp(int order, float *lsp, float min_dist)
529 {
530     int i;
531     float min_dist2 = min_dist * 0.5;
532     for (i = 1; i < order; i++)
533         if (lsp[i] - lsp[i-1] < min_dist) {
534             float avg = (lsp[i] + lsp[i-1]) * 0.5;
535
536             lsp[i-1] = avg - min_dist2;
537             lsp[i  ] = avg + min_dist2;
538         }
539 }
540
541 static void decode_lsp(TwinContext *tctx, int lpc_idx1, uint8_t *lpc_idx2,
542                        int lpc_hist_idx, float *lsp, float *hist)
543 {
544     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
545     int i, j;
546
547     const float *cb  =  mtab->lspcodebook;
548     const float *cb2 =  cb  + (1 << mtab->lsp_bit1)*mtab->n_lsp;
549     const float *cb3 =  cb2 + (1 << mtab->lsp_bit2)*mtab->n_lsp;
550
551     const int8_t funny_rounding[4] = {
552         -2,
553         mtab->lsp_split == 4 ? -2 : 1,
554         mtab->lsp_split == 4 ? -2 : 1,
555         0
556     };
557
558     j = 0;
559     for (i = 0; i < mtab->lsp_split; i++) {
560         int chunk_end = ((i + 1)*mtab->n_lsp + funny_rounding[i])/mtab->lsp_split;
561         for (; j < chunk_end; j++)
562             lsp[j] = cb [lpc_idx1    * mtab->n_lsp + j] +
563                      cb2[lpc_idx2[i] * mtab->n_lsp + j];
564     }
565
566     rearrange_lsp(mtab->n_lsp, lsp, 0.0001);
567
568     for (i = 0; i < mtab->n_lsp; i++) {
569         float tmp1 = 1. -          cb3[lpc_hist_idx*mtab->n_lsp + i];
570         float tmp2 =     hist[i] * cb3[lpc_hist_idx*mtab->n_lsp + i];
571         hist[i] = lsp[i];
572         lsp[i]  = lsp[i] * tmp1 + tmp2;
573     }
574
575     rearrange_lsp(mtab->n_lsp, lsp, 0.0001);
576     rearrange_lsp(mtab->n_lsp, lsp, 0.000095);
577     ff_sort_nearly_sorted_floats(lsp, mtab->n_lsp);
578 }
579
580 static void dec_lpc_spectrum_inv(TwinContext *tctx, float *lsp,
581                                  enum FrameType ftype, float *lpc)
582 {
583     int i;
584     int size = tctx->mtab->size / tctx->mtab->fmode[ftype].sub;
585
586     for (i = 0; i < tctx->mtab->n_lsp; i++)
587         lsp[i] =  2*cos(lsp[i]);
588
589     switch (ftype) {
590     case FT_LONG:
591         eval_lpcenv_2parts(tctx, ftype, lsp, lpc, size, 8);
592         break;
593     case FT_MEDIUM:
594         eval_lpcenv_2parts(tctx, ftype, lsp, lpc, size, 2);
595         break;
596     case FT_SHORT:
597         eval_lpcenv(tctx, lsp, lpc);
598         break;
599     }
600 }
601
602 static void imdct_and_window(TwinContext *tctx, enum FrameType ftype, int wtype,
603                             float *in, float *prev, int ch)
604 {
605     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
606     int bsize = mtab->size / mtab->fmode[ftype].sub;
607     int size  = mtab->size;
608     float *buf1 = tctx->tmp_buf;
609     int j;
610     int wsize; // Window size
611     float *out = tctx->curr_frame + 2*ch*mtab->size;
612     float *out2 = out;
613     float *prev_buf;
614     int first_wsize;
615
616     static const uint8_t wtype_to_wsize[]      = {0, 0, 2, 2, 2, 1, 0, 1, 1};
617     int types_sizes[] = {
618         mtab->size /    mtab->fmode[FT_LONG  ].sub,
619         mtab->size /    mtab->fmode[FT_MEDIUM].sub,
620         mtab->size / (2*mtab->fmode[FT_SHORT ].sub),
621     };
622
623     wsize = types_sizes[wtype_to_wsize[wtype]];
624     first_wsize = wsize;
625     prev_buf = prev + (size - bsize)/2;
626
627     for (j = 0; j < mtab->fmode[ftype].sub; j++) {
628         int sub_wtype = ftype == FT_MEDIUM ? 8 : wtype;
629
630         if (!j && wtype == 4)
631             sub_wtype = 4;
632         else if (j == mtab->fmode[ftype].sub-1 && wtype == 7)
633             sub_wtype = 7;
634
635         wsize = types_sizes[wtype_to_wsize[sub_wtype]];
636
637         ff_imdct_half(&tctx->mdct_ctx[ftype], buf1 + bsize*j, in + bsize*j);
638
639         tctx->dsp.vector_fmul_window(out2,
640                                      prev_buf + (bsize-wsize)/2,
641                                      buf1 + bsize*j,
642                                      ff_sine_windows[av_log2(wsize)],
643                                      0.0,
644                                      wsize/2);
645         out2 += wsize;
646
647         memcpy(out2, buf1 + bsize*j + wsize/2, (bsize - wsize/2)*sizeof(float));
648
649         out2 += ftype == FT_MEDIUM ? (bsize-wsize)/2 : bsize - wsize;
650
651         prev_buf = buf1 + bsize*j + bsize/2;
652     }
653
654     tctx->last_block_pos[ch] = (size + first_wsize)/2;
655 }
656
657 static void imdct_output(TwinContext *tctx, enum FrameType ftype, int wtype,
658                          float *out)
659 {
660     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
661     float *prev_buf = tctx->prev_frame + tctx->last_block_pos[0];
662     int i, j;
663
664     for (i = 0; i < tctx->avctx->channels; i++) {
665         imdct_and_window(tctx, ftype, wtype,
666                          tctx->spectrum + i*mtab->size,
667                          prev_buf + 2*i*mtab->size,
668                          i);
669     }
670
671     if (tctx->avctx->channels == 2) {
672         for (i = 0; i < mtab->size - tctx->last_block_pos[0]; i++) {
673             float f1 = prev_buf[               i];
674             float f2 = prev_buf[2*mtab->size + i];
675             out[2*i    ] = f1 + f2;
676             out[2*i + 1] = f1 - f2;
677         }
678         for (j = 0; i < mtab->size; j++,i++) {
679             float f1 = tctx->curr_frame[               j];
680             float f2 = tctx->curr_frame[2*mtab->size + j];
681             out[2*i    ] = f1 + f2;
682             out[2*i + 1] = f1 - f2;
683         }
684     } else {
685         memcpy(out, prev_buf,
686                (mtab->size - tctx->last_block_pos[0]) * sizeof(*out));
687
688         out +=  mtab->size - tctx->last_block_pos[0];
689
690         memcpy(out, tctx->curr_frame,
691                (tctx->last_block_pos[0]) * sizeof(*out));
692     }
693
694 }
695
696 static void dec_bark_env(TwinContext *tctx, const uint8_t *in, int use_hist,
697                          int ch, float *out, float gain, enum FrameType ftype)
698 {
699     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
700     int i,j;
701     float *hist = tctx->bark_hist[ftype][ch];
702     float val = ((const float []) {0.4, 0.35, 0.28})[ftype];
703     int bark_n_coef  = mtab->fmode[ftype].bark_n_coef;
704     int fw_cb_len = mtab->fmode[ftype].bark_env_size / bark_n_coef;
705     int idx = 0;
706
707     for (i = 0; i < fw_cb_len; i++)
708         for (j = 0; j < bark_n_coef; j++, idx++) {
709             float tmp2 =
710                 mtab->fmode[ftype].bark_cb[fw_cb_len*in[j] + i] * (1./4096);
711             float st = use_hist ?
712                 (1. - val) * tmp2 + val*hist[idx] + 1. : tmp2 + 1.;
713
714             hist[idx] = tmp2;
715             if (st < -1.) st = 1.;
716
717             memset_float(out, st * gain, mtab->fmode[ftype].bark_tab[idx]);
718             out += mtab->fmode[ftype].bark_tab[idx];
719         }
720
721 }
722
723 static void read_and_decode_spectrum(TwinContext *tctx, GetBitContext *gb,
724                                      float *out, enum FrameType ftype)
725 {
726     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
727     int channels = tctx->avctx->channels;
728     int sub = mtab->fmode[ftype].sub;
729     int block_size = mtab->size / sub;
730     float gain[channels*sub];
731     float ppc_shape[mtab->ppc_shape_len * channels * 4];
732     uint8_t bark1[channels][sub][mtab->fmode[ftype].bark_n_coef];
733     uint8_t bark_use_hist[channels][sub];
734
735     uint8_t lpc_idx1[channels];
736     uint8_t lpc_idx2[channels][tctx->mtab->lsp_split];
737     uint8_t lpc_hist_idx[channels];
738
739     int i, j, k;
740
741     dequant(tctx, gb, out, ftype,
742             mtab->fmode[ftype].cb0, mtab->fmode[ftype].cb1,
743             mtab->fmode[ftype].cb_len_read);
744
745     for (i = 0; i < channels; i++)
746         for (j = 0; j < sub; j++)
747             for (k = 0; k < mtab->fmode[ftype].bark_n_coef; k++)
748                 bark1[i][j][k] =
749                     get_bits(gb, mtab->fmode[ftype].bark_n_bit);
750
751     for (i = 0; i < channels; i++)
752         for (j = 0; j < sub; j++)
753             bark_use_hist[i][j] = get_bits1(gb);
754
755     dec_gain(tctx, gb, ftype, gain);
756
757     for (i = 0; i < channels; i++) {
758         lpc_hist_idx[i] = get_bits(gb, tctx->mtab->lsp_bit0);
759         lpc_idx1    [i] = get_bits(gb, tctx->mtab->lsp_bit1);
760
761         for (j = 0; j < tctx->mtab->lsp_split; j++)
762             lpc_idx2[i][j] = get_bits(gb, tctx->mtab->lsp_bit2);
763     }
764
765     if (ftype == FT_LONG) {
766         int cb_len_p = (tctx->n_div[3] + mtab->ppc_shape_len*channels - 1)/
767             tctx->n_div[3];
768         dequant(tctx, gb, ppc_shape, FT_PPC, mtab->ppc_shape_cb,
769                 mtab->ppc_shape_cb + cb_len_p*PPC_SHAPE_CB_SIZE, cb_len_p);
770     }
771
772     for (i = 0; i < channels; i++) {
773         float *chunk = out + mtab->size * i;
774         float lsp[tctx->mtab->n_lsp];
775
776         for (j = 0; j < sub; j++) {
777             dec_bark_env(tctx, bark1[i][j], bark_use_hist[i][j], i,
778                          tctx->tmp_buf, gain[sub*i+j], ftype);
779
780             tctx->dsp.vector_fmul(chunk + block_size*j, tctx->tmp_buf,
781                                   block_size);
782
783         }
784
785         if (ftype == FT_LONG) {
786             float pgain_step = 25000. / ((1 << mtab->pgain_bit) - 1);
787             int p_coef = get_bits(gb, tctx->mtab->ppc_period_bit);
788             int g_coef = get_bits(gb, tctx->mtab->pgain_bit);
789             float v = 1./8192*
790                 mulawinv(pgain_step*g_coef+ pgain_step/2, 25000., PGAIN_MU);
791
792             decode_ppc(tctx, p_coef, ppc_shape + i*mtab->ppc_shape_len, v,
793                        chunk);
794         }
795
796         decode_lsp(tctx, lpc_idx1[i], lpc_idx2[i], lpc_hist_idx[i], lsp,
797                    tctx->lsp_hist[i]);
798
799         dec_lpc_spectrum_inv(tctx, lsp, ftype, tctx->tmp_buf);
800
801         for (j = 0; j < mtab->fmode[ftype].sub; j++) {
802             tctx->dsp.vector_fmul(chunk, tctx->tmp_buf, block_size);
803             chunk += block_size;
804         }
805     }
806 }
807
808 static int twin_decode_frame(AVCodecContext * avctx, void *data,
809                              int *data_size, AVPacket *avpkt)
810 {
811     const uint8_t *buf = avpkt->data;
812     int buf_size = avpkt->size;
813     TwinContext *tctx = avctx->priv_data;
814     GetBitContext gb;
815     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
816     float *out = data;
817     enum FrameType ftype;
818     int window_type;
819     static const enum FrameType wtype_to_ftype_table[] = {
820         FT_LONG,   FT_LONG, FT_SHORT, FT_LONG,
821         FT_MEDIUM, FT_LONG, FT_LONG,  FT_MEDIUM, FT_MEDIUM
822     };
823
824     if (buf_size*8 < avctx->bit_rate*mtab->size/avctx->sample_rate + 8) {
825         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
826                "Frame too small (%d bytes). Truncated file?\n", buf_size);
827         *data_size = 0;
828         return buf_size;
829     }
830
831     init_get_bits(&gb, buf, buf_size * 8);
832     skip_bits(&gb, get_bits(&gb, 8));
833     window_type = get_bits(&gb, WINDOW_TYPE_BITS);
834
835     if (window_type > 8) {
836         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid window type, broken sample?\n");
837         return -1;
838     }
839
840     ftype = wtype_to_ftype_table[window_type];
841
842     read_and_decode_spectrum(tctx, &gb, tctx->spectrum, ftype);
843
844     imdct_output(tctx, ftype, window_type, out);
845
846     FFSWAP(float*, tctx->curr_frame, tctx->prev_frame);
847
848     if (tctx->avctx->frame_number < 2) {
849         *data_size=0;
850         return buf_size;
851     }
852
853     *data_size = mtab->size*avctx->channels*4;
854
855     return buf_size;
856 }
857
858 /**
859  * Init IMDCT and windowing tables
860  */
861 static av_cold void init_mdct_win(TwinContext *tctx)
862 {
863     int i,j;
864     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
865     int size_s = mtab->size / mtab->fmode[FT_SHORT].sub;
866     int size_m = mtab->size / mtab->fmode[FT_MEDIUM].sub;
867     int channels = tctx->avctx->channels;
868     float norm = channels == 1 ? 2. : 1.;
869
870     for (i = 0; i < 3; i++) {
871         int bsize = tctx->mtab->size/tctx->mtab->fmode[i].sub;
872         ff_mdct_init(&tctx->mdct_ctx[i], av_log2(bsize) + 1, 1,
873                      -sqrt(norm/bsize) / (1<<15));
874     }
875
876     tctx->tmp_buf  = av_malloc(mtab->size            * sizeof(*tctx->tmp_buf));
877
878     tctx->spectrum  = av_malloc(2*mtab->size*channels*sizeof(float));
879     tctx->curr_frame = av_malloc(2*mtab->size*channels*sizeof(float));
880     tctx->prev_frame  = av_malloc(2*mtab->size*channels*sizeof(float));
881
882     for (i = 0; i < 3; i++) {
883         int m = 4*mtab->size/mtab->fmode[i].sub;
884         double freq = 2*M_PI/m;
885         tctx->cos_tabs[i] = av_malloc((m/4)*sizeof(*tctx->cos_tabs));
886
887         for (j = 0; j <= m/8; j++)
888             tctx->cos_tabs[i][j] = cos((2*j + 1)*freq);
889         for (j = 1; j <  m/8; j++)
890             tctx->cos_tabs[i][m/4-j] = tctx->cos_tabs[i][j];
891     }
892
893
894     ff_init_ff_sine_windows(av_log2(size_m));
895     ff_init_ff_sine_windows(av_log2(size_s/2));
896     ff_init_ff_sine_windows(av_log2(mtab->size));
897 }
898
899 /**
900  * Interpret the data as if it were a num_blocks x line_len[0] matrix and for
901  * each line do a cyclic permutation, i.e.
902  * abcdefghijklm -> defghijklmabc
903  * where the amount to be shifted is evaluated depending on the column.
904  */
905 static void permutate_in_line(int16_t *tab, int num_vect, int num_blocks,
906                               int block_size,
907                               const uint8_t line_len[2], int length_div,
908                               enum FrameType ftype)
909
910 {
911     int i,j;
912
913     for (i = 0; i < line_len[0]; i++) {
914         int shift;
915
916         if (num_blocks == 1 ||
917             (ftype == FT_LONG && num_vect % num_blocks) ||
918             (ftype != FT_LONG && num_vect & 1         ) ||
919             i == line_len[1]) {
920             shift = 0;
921         } else if (ftype == FT_LONG) {
922             shift = i;
923         } else
924             shift = i*i;
925
926         for (j = 0; j < num_vect && (j+num_vect*i < block_size*num_blocks); j++)
927             tab[i*num_vect+j] = i*num_vect + (j + shift) % num_vect;
928     }
929 }
930
931 /**
932  * Interpret the input data as in the following table:
933  *
934  * \verbatim
935  *
936  * abcdefgh
937  * ijklmnop
938  * qrstuvw
939  * x123456
940  *
941  * \endverbatim
942  *
943  * and transpose it, giving the output
944  * aiqxbjr1cks2dlt3emu4fvn5gow6hp
945  */
946 static void transpose_perm(int16_t *out, int16_t *in, int num_vect,
947                            const uint8_t line_len[2], int length_div)
948 {
949     int i,j;
950     int cont= 0;
951     for (i = 0; i < num_vect; i++)
952         for (j = 0; j < line_len[i >= length_div]; j++)
953             out[cont++] = in[j*num_vect + i];
954 }
955
956 static void linear_perm(int16_t *out, int16_t *in, int n_blocks, int size)
957 {
958     int block_size = size/n_blocks;
959     int i;
960
961     for (i = 0; i < size; i++)
962         out[i] = block_size * (in[i] % n_blocks) + in[i] / n_blocks;
963 }
964
965 static av_cold void construct_perm_table(TwinContext *tctx,enum FrameType ftype)
966 {
967     int block_size;
968     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
969     int size = tctx->avctx->channels*mtab->fmode[ftype].sub;
970     int16_t *tmp_perm = (int16_t *) tctx->tmp_buf;
971
972     if (ftype == FT_PPC) {
973         size  = tctx->avctx->channels;
974         block_size = mtab->ppc_shape_len;
975     } else
976         block_size = mtab->size / mtab->fmode[ftype].sub;
977
978     permutate_in_line(tmp_perm, tctx->n_div[ftype], size,
979                       block_size, tctx->length[ftype],
980                       tctx->length_change[ftype], ftype);
981
982     transpose_perm(tctx->permut[ftype], tmp_perm, tctx->n_div[ftype],
983                    tctx->length[ftype], tctx->length_change[ftype]);
984
985     linear_perm(tctx->permut[ftype], tctx->permut[ftype], size,
986                 size*block_size);
987 }
988
989 static av_cold void init_bitstream_params(TwinContext *tctx)
990 {
991     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
992     int n_ch = tctx->avctx->channels;
993     int total_fr_bits = tctx->avctx->bit_rate*mtab->size/
994                              tctx->avctx->sample_rate;
995
996     int lsp_bits_per_block = n_ch*(mtab->lsp_bit0 + mtab->lsp_bit1 +
997                                    mtab->lsp_split*mtab->lsp_bit2);
998
999     int ppc_bits = n_ch*(mtab->pgain_bit + mtab->ppc_shape_bit +
1000                          mtab->ppc_period_bit);
1001
1002     int bsize_no_main_cb[3];
1003     int bse_bits[3];
1004     int i;
1005     enum FrameType frametype;
1006
1007     for (i = 0; i < 3; i++)
1008         // +1 for history usage switch
1009         bse_bits[i] = n_ch *
1010             (mtab->fmode[i].bark_n_coef * mtab->fmode[i].bark_n_bit + 1);
1011
1012     bsize_no_main_cb[2] = bse_bits[2] + lsp_bits_per_block + ppc_bits +
1013                           WINDOW_TYPE_BITS + n_ch*GAIN_BITS;
1014
1015     for (i = 0; i < 2; i++)
1016         bsize_no_main_cb[i] =
1017             lsp_bits_per_block + n_ch*GAIN_BITS + WINDOW_TYPE_BITS +
1018             mtab->fmode[i].sub*(bse_bits[i] + n_ch*SUB_GAIN_BITS);
1019
1020     // The remaining bits are all used for the main spectrum coefficients
1021     for (i = 0; i < 4; i++) {
1022         int bit_size;
1023         int vect_size;
1024         int rounded_up, rounded_down, num_rounded_down, num_rounded_up;
1025         if (i == 3) {
1026             bit_size  = n_ch * mtab->ppc_shape_bit;
1027             vect_size = n_ch * mtab->ppc_shape_len;
1028         } else {
1029             bit_size = total_fr_bits - bsize_no_main_cb[i];
1030             vect_size = n_ch * mtab->size;
1031         }
1032
1033         tctx->n_div[i] = (bit_size + 13) / 14;
1034
1035         rounded_up   = (bit_size + tctx->n_div[i] - 1)/tctx->n_div[i];
1036         rounded_down = (bit_size           )/tctx->n_div[i];
1037         num_rounded_down = rounded_up * tctx->n_div[i] - bit_size;
1038         num_rounded_up = tctx->n_div[i] - num_rounded_down;
1039         tctx->bits_main_spec[0][i][0] = (rounded_up   + 1)/2;
1040         tctx->bits_main_spec[1][i][0] = (rounded_up      )/2;
1041         tctx->bits_main_spec[0][i][1] = (rounded_down + 1)/2;
1042         tctx->bits_main_spec[1][i][1] = (rounded_down    )/2;
1043         tctx->bits_main_spec_change[i] = num_rounded_up;
1044
1045         rounded_up   = (vect_size + tctx->n_div[i] - 1)/tctx->n_div[i];
1046         rounded_down = (vect_size                     )/tctx->n_div[i];
1047         num_rounded_down = rounded_up * tctx->n_div[i] - vect_size;
1048         num_rounded_up = tctx->n_div[i] - num_rounded_down;
1049         tctx->length[i][0] = rounded_up;
1050         tctx->length[i][1] = rounded_down;
1051         tctx->length_change[i] = num_rounded_up;
1052     }
1053
1054     for (frametype = FT_SHORT; frametype <= FT_PPC; frametype++)
1055         construct_perm_table(tctx, frametype);
1056 }
1057
1058 static av_cold int twin_decode_init(AVCodecContext *avctx)
1059 {
1060     TwinContext *tctx = avctx->priv_data;
1061     int isampf = avctx->sample_rate/1000;
1062     int ibps = avctx->bit_rate/(1000 * avctx->channels);
1063
1064     tctx->avctx       = avctx;
1065     avctx->sample_fmt = SAMPLE_FMT_FLT;
1066
1067     if (avctx->channels > 2) {
1068         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported number of channels: %i\n",
1069                avctx->channels);
1070         return -1;
1071     }
1072
1073     switch ((isampf << 8) +  ibps) {
1074     case (8 <<8) +  8: tctx->mtab = &mode_08_08; break;
1075     case (11<<8) +  8: tctx->mtab = &mode_11_08; break;
1076     case (11<<8) + 10: tctx->mtab = &mode_11_10; break;
1077     case (16<<8) + 16: tctx->mtab = &mode_16_16; break;
1078     case (22<<8) + 20: tctx->mtab = &mode_22_20; break;
1079     case (22<<8) + 24: tctx->mtab = &mode_22_24; break;
1080     case (22<<8) + 32: tctx->mtab = &mode_22_32; break;
1081     case (44<<8) + 40: tctx->mtab = &mode_44_40; break;
1082     case (44<<8) + 48: tctx->mtab = &mode_44_48; break;
1083     default:
1084         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "This version does not support %d kHz - %d kbit/s/ch mode.\n", isampf, isampf);
1085         return -1;
1086     }
1087
1088     dsputil_init(&tctx->dsp, avctx);
1089     init_mdct_win(tctx);
1090     init_bitstream_params(tctx);
1091
1092     memset_float(tctx->bark_hist[0][0], 0.1, FF_ARRAY_ELEMS(tctx->bark_hist));
1093
1094     return 0;
1095 }
1096
1097 static av_cold int twin_decode_close(AVCodecContext *avctx)
1098 {
1099     TwinContext *tctx = avctx->priv_data;
1100     int i;
1101
1102     for (i = 0; i < 3; i++) {
1103         ff_mdct_end(&tctx->mdct_ctx[i]);
1104         av_free(tctx->cos_tabs[i]);
1105     }
1106
1107
1108     av_free(tctx->curr_frame);
1109     av_free(tctx->spectrum);
1110     av_free(tctx->prev_frame);
1111     av_free(tctx->tmp_buf);
1112
1113     return 0;
1114 }
1115
1116 AVCodec twinvq_decoder =
1117 {
1118     "twinvq",
1119     AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1120     CODEC_ID_TWINVQ,
1121     sizeof(TwinContext),
1122     twin_decode_init,
1123     NULL,
1124     twin_decode_close,
1125     twin_decode_frame,
1126     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VQF TwinVQ"),
1127 };