fft: remove inline wrappers for function pointers
[ffmpeg.git] / libavcodec / twinvq.c
1 /*
2  * TwinVQ decoder
3  * Copyright (c) 2009 Vitor Sessak
4  *
5  * This file is part of Libav.
6  *
7  * Libav 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  * Libav 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 Libav; 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 PPC_SHAPE_LEN_MAX 60
206 #define SUB_AMP_MAX       4500.0
207 #define MULAW_MU          100.0
208 #define GAIN_BITS         8
209 #define AMP_MAX           13000.0
210 #define SUB_GAIN_BITS     5
211 #define WINDOW_TYPE_BITS  4
212 #define PGAIN_MU          200
213 #define LSP_COEFS_MAX     20
214 #define LSP_SPLIT_MAX     4
215 #define CHANNELS_MAX      2
216 #define SUBBLOCKS_MAX     16
217 #define BARK_N_COEF_MAX   4
218
219 /** @note not speed critical, hence not optimized */
220 static void memset_float(float *buf, float val, int size)
221 {
222     while (size--)
223         *buf++ = val;
224 }
225
226 /**
227  * Evaluate a single LPC amplitude spectrum envelope coefficient from the line
228  * spectrum pairs.
229  *
230  * @param lsp a vector of the cosinus of the LSP values
231  * @param cos_val cos(PI*i/N) where i is the index of the LPC amplitude
232  * @param order the order of the LSP (and the size of the *lsp buffer). Must
233  *        be a multiple of four.
234  * @return the LPC value
235  *
236  * @todo reuse code from vorbis_dec.c: vorbis_floor0_decode
237  */
238 static float eval_lpc_spectrum(const float *lsp, float cos_val, int order)
239 {
240     int j;
241     float p = 0.5f;
242     float q = 0.5f;
243     float two_cos_w = 2.0f*cos_val;
244
245     for (j = 0; j + 1 < order; j += 2*2) {
246         // Unroll the loop once since order is a multiple of four
247         q *= lsp[j  ] - two_cos_w;
248         p *= lsp[j+1] - two_cos_w;
249
250         q *= lsp[j+2] - two_cos_w;
251         p *= lsp[j+3] - two_cos_w;
252     }
253
254     p *= p * (2.0f - two_cos_w);
255     q *= q * (2.0f + two_cos_w);
256
257     return 0.5 / (p + q);
258 }
259
260 /**
261  * Evaluate the LPC amplitude spectrum envelope from the line spectrum pairs.
262  */
263 static void eval_lpcenv(TwinContext *tctx, const float *cos_vals, float *lpc)
264 {
265     int i;
266     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
267     int size_s = mtab->size / mtab->fmode[FT_SHORT].sub;
268
269     for (i = 0; i < size_s/2; i++) {
270         float cos_i = tctx->cos_tabs[0][i];
271         lpc[i]          = eval_lpc_spectrum(cos_vals,  cos_i, mtab->n_lsp);
272         lpc[size_s-i-1] = eval_lpc_spectrum(cos_vals, -cos_i, mtab->n_lsp);
273     }
274 }
275
276 static void interpolate(float *out, float v1, float v2, int size)
277 {
278     int i;
279     float step = (v1 - v2)/(size + 1);
280
281     for (i = 0; i < size; i++) {
282         v2 += step;
283         out[i] = v2;
284     }
285 }
286
287 static inline float get_cos(int idx, int part, const float *cos_tab, int size)
288 {
289     return part ? -cos_tab[size - idx - 1] :
290                    cos_tab[       idx    ];
291 }
292
293 /**
294  * Evaluate the LPC amplitude spectrum envelope from the line spectrum pairs.
295  * Probably for speed reasons, the coefficients are evaluated as
296  * siiiibiiiisiiiibiiiisiiiibiiiisiiiibiiiis ...
297  * where s is an evaluated value, i is a value interpolated from the others
298  * and b might be either calculated or interpolated, depending on an
299  * unexplained condition.
300  *
301  * @param step the size of a block "siiiibiiii"
302  * @param in the cosinus of the LSP data
303  * @param part is 0 for 0...PI (positive cossinus values) and 1 for PI...2PI
304           (negative cossinus values)
305  * @param size the size of the whole output
306  */
307 static inline void eval_lpcenv_or_interp(TwinContext *tctx,
308                                          enum FrameType ftype,
309                                          float *out, const float *in,
310                                          int size, int step, int part)
311 {
312     int i;
313     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
314     const float *cos_tab = tctx->cos_tabs[ftype];
315
316     // Fill the 's'
317     for (i = 0; i < size; i += step)
318         out[i] =
319             eval_lpc_spectrum(in,
320                               get_cos(i, part, cos_tab, size),
321                               mtab->n_lsp);
322
323     // Fill the 'iiiibiiii'
324     for (i = step; i <= size - 2*step; i += step) {
325         if (out[i + step] + out[i - step] >  1.95*out[i] ||
326             out[i + step]                 >=  out[i - step]) {
327             interpolate(out + i - step + 1, out[i], out[i-step], step - 1);
328         } else {
329             out[i - step/2] =
330                 eval_lpc_spectrum(in,
331                                   get_cos(i-step/2, part, cos_tab, size),
332                                   mtab->n_lsp);
333             interpolate(out + i - step   + 1, out[i-step/2], out[i-step  ], step/2 - 1);
334             interpolate(out + i - step/2 + 1, out[i       ], out[i-step/2], step/2 - 1);
335         }
336     }
337
338     interpolate(out + size - 2*step + 1, out[size-step], out[size - 2*step], step - 1);
339 }
340
341 static void eval_lpcenv_2parts(TwinContext *tctx, enum FrameType ftype,
342                                const float *buf, float *lpc,
343                                int size, int step)
344 {
345     eval_lpcenv_or_interp(tctx, ftype, lpc         , buf, size/2,   step, 0);
346     eval_lpcenv_or_interp(tctx, ftype, lpc + size/2, buf, size/2, 2*step, 1);
347
348     interpolate(lpc+size/2-step+1, lpc[size/2], lpc[size/2-step], step);
349
350     memset_float(lpc + size - 2*step + 1, lpc[size - 2*step], 2*step - 1);
351 }
352
353 /**
354  * Inverse quantization. Read CB coefficients for cb1 and cb2 from the
355  * bitstream, sum the corresponding vectors and write the result to *out
356  * after permutation.
357  */
358 static void dequant(TwinContext *tctx, GetBitContext *gb, float *out,
359                     enum FrameType ftype,
360                     const int16_t *cb0, const int16_t *cb1, int cb_len)
361 {
362     int pos = 0;
363     int i, j;
364
365     for (i = 0; i < tctx->n_div[ftype]; i++) {
366         int tmp0, tmp1;
367         int sign0 = 1;
368         int sign1 = 1;
369         const int16_t *tab0, *tab1;
370         int length = tctx->length[ftype][i >= tctx->length_change[ftype]];
371         int bitstream_second_part = (i >= tctx->bits_main_spec_change[ftype]);
372
373         int bits = tctx->bits_main_spec[0][ftype][bitstream_second_part];
374         if (bits == 7) {
375             if (get_bits1(gb))
376                 sign0 = -1;
377             bits = 6;
378         }
379         tmp0 = get_bits(gb, bits);
380
381         bits = tctx->bits_main_spec[1][ftype][bitstream_second_part];
382
383         if (bits == 7) {
384             if (get_bits1(gb))
385                 sign1 = -1;
386
387             bits = 6;
388         }
389         tmp1 = get_bits(gb, bits);
390
391         tab0 = cb0 + tmp0*cb_len;
392         tab1 = cb1 + tmp1*cb_len;
393
394         for (j = 0; j < length; j++)
395             out[tctx->permut[ftype][pos+j]] = sign0*tab0[j] + sign1*tab1[j];
396
397         pos += length;
398     }
399
400 }
401
402 static inline float mulawinv(float y, float clip, float mu)
403 {
404     y = av_clipf(y/clip, -1, 1);
405     return clip * FFSIGN(y) * (exp(log(1+mu) * fabs(y)) - 1) / mu;
406 }
407
408 /**
409  * Evaluate a*b/400 rounded to the nearest integer. When, for example,
410  * a*b == 200 and the nearest integer is ill-defined, use a table to emulate
411  * the following broken float-based implementation used by the binary decoder:
412  *
413  * \code
414  * static int very_broken_op(int a, int b)
415  * {
416  *    static float test; // Ugh, force gcc to do the division first...
417  *
418  *    test = a/400.;
419  *    return b * test +  0.5;
420  * }
421  * \endcode
422  *
423  * @note if this function is replaced by just ROUNDED_DIV(a*b,400.), the stddev
424  * between the original file (before encoding with Yamaha encoder) and the
425  * decoded output increases, which leads one to believe that the encoder expects
426  * exactly this broken calculation.
427  */
428 static int very_broken_op(int a, int b)
429 {
430     int x = a*b + 200;
431     int size;
432     const uint8_t *rtab;
433
434     if (x%400 || b%5)
435         return x/400;
436
437     x /= 400;
438
439     size = tabs[b/5].size;
440     rtab = tabs[b/5].tab;
441     return x - rtab[size*av_log2(2*(x - 1)/size)+(x - 1)%size];
442 }
443
444 /**
445  * Sum to data a periodic peak of a given period, width and shape.
446  *
447  * @param period the period of the peak divised by 400.0
448  */
449 static void add_peak(int period, int width, const float *shape,
450                      float ppc_gain, float *speech, int len)
451 {
452     int i, j;
453
454     const float *shape_end = shape + len;
455     int center;
456
457     // First peak centered around zero
458     for (i = 0; i < width/2; i++)
459         speech[i] += ppc_gain * *shape++;
460
461     for (i = 1; i < ROUNDED_DIV(len,width) ; i++) {
462         center = very_broken_op(period, i);
463         for (j = -width/2; j < (width+1)/2; j++)
464             speech[j+center] += ppc_gain * *shape++;
465     }
466
467     // For the last block, be careful not to go beyond the end of the buffer
468     center = very_broken_op(period, i);
469     for (j = -width/2; j < (width + 1)/2 && shape < shape_end; j++)
470         speech[j+center] += ppc_gain * *shape++;
471 }
472
473 static void decode_ppc(TwinContext *tctx, int period_coef, const float *shape,
474                        float ppc_gain, float *speech)
475 {
476     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
477     int isampf = tctx->avctx->sample_rate/1000;
478     int ibps = tctx->avctx->bit_rate/(1000 * tctx->avctx->channels);
479     int min_period = ROUNDED_DIV(  40*2*mtab->size, isampf);
480     int max_period = ROUNDED_DIV(6*40*2*mtab->size, isampf);
481     int period_range = max_period - min_period;
482
483     // This is actually the period multiplied by 400. It is just linearly coded
484     // between its maximum and minimum value.
485     int period = min_period +
486         ROUNDED_DIV(period_coef*period_range, (1 << mtab->ppc_period_bit) - 1);
487     int width;
488
489     if (isampf == 22 && ibps == 32) {
490         // For some unknown reason, NTT decided to code this case differently...
491         width = ROUNDED_DIV((period + 800)* mtab->peak_per2wid, 400*mtab->size);
492     } else
493         width =             (period      )* mtab->peak_per2wid/(400*mtab->size);
494
495     add_peak(period, width, shape, ppc_gain, speech, mtab->ppc_shape_len);
496 }
497
498 static void dec_gain(TwinContext *tctx, GetBitContext *gb, enum FrameType ftype,
499                      float *out)
500 {
501     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
502     int i, j;
503     int sub = mtab->fmode[ftype].sub;
504     float step     = AMP_MAX     / ((1 <<     GAIN_BITS) - 1);
505     float sub_step = SUB_AMP_MAX / ((1 << SUB_GAIN_BITS) - 1);
506
507     if (ftype == FT_LONG) {
508         for (i = 0; i < tctx->avctx->channels; i++)
509             out[i] = (1./(1<<13)) *
510                 mulawinv(step * 0.5 + step * get_bits(gb, GAIN_BITS),
511                          AMP_MAX, MULAW_MU);
512     } else {
513         for (i = 0; i < tctx->avctx->channels; i++) {
514             float val = (1./(1<<23)) *
515                 mulawinv(step * 0.5 + step * get_bits(gb, GAIN_BITS),
516                          AMP_MAX, MULAW_MU);
517
518             for (j = 0; j < sub; j++) {
519                 out[i*sub + j] =
520                     val*mulawinv(sub_step* 0.5 +
521                                  sub_step* get_bits(gb, SUB_GAIN_BITS),
522                                  SUB_AMP_MAX, MULAW_MU);
523             }
524         }
525     }
526 }
527
528 /**
529  * Rearrange the LSP coefficients so that they have a minimum distance of
530  * min_dist. This function does it exactly as described in section of 3.2.4
531  * of the G.729 specification (but interestingly is different from what the
532  * reference decoder actually does).
533  */
534 static void rearrange_lsp(int order, float *lsp, float min_dist)
535 {
536     int i;
537     float min_dist2 = min_dist * 0.5;
538     for (i = 1; i < order; i++)
539         if (lsp[i] - lsp[i-1] < min_dist) {
540             float avg = (lsp[i] + lsp[i-1]) * 0.5;
541
542             lsp[i-1] = avg - min_dist2;
543             lsp[i  ] = avg + min_dist2;
544         }
545 }
546
547 static void decode_lsp(TwinContext *tctx, int lpc_idx1, uint8_t *lpc_idx2,
548                        int lpc_hist_idx, float *lsp, float *hist)
549 {
550     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
551     int i, j;
552
553     const float *cb  =  mtab->lspcodebook;
554     const float *cb2 =  cb  + (1 << mtab->lsp_bit1)*mtab->n_lsp;
555     const float *cb3 =  cb2 + (1 << mtab->lsp_bit2)*mtab->n_lsp;
556
557     const int8_t funny_rounding[4] = {
558         -2,
559         mtab->lsp_split == 4 ? -2 : 1,
560         mtab->lsp_split == 4 ? -2 : 1,
561         0
562     };
563
564     j = 0;
565     for (i = 0; i < mtab->lsp_split; i++) {
566         int chunk_end = ((i + 1)*mtab->n_lsp + funny_rounding[i])/mtab->lsp_split;
567         for (; j < chunk_end; j++)
568             lsp[j] = cb [lpc_idx1    * mtab->n_lsp + j] +
569                      cb2[lpc_idx2[i] * mtab->n_lsp + j];
570     }
571
572     rearrange_lsp(mtab->n_lsp, lsp, 0.0001);
573
574     for (i = 0; i < mtab->n_lsp; i++) {
575         float tmp1 = 1. -          cb3[lpc_hist_idx*mtab->n_lsp + i];
576         float tmp2 =     hist[i] * cb3[lpc_hist_idx*mtab->n_lsp + i];
577         hist[i] = lsp[i];
578         lsp[i]  = lsp[i] * tmp1 + tmp2;
579     }
580
581     rearrange_lsp(mtab->n_lsp, lsp, 0.0001);
582     rearrange_lsp(mtab->n_lsp, lsp, 0.000095);
583     ff_sort_nearly_sorted_floats(lsp, mtab->n_lsp);
584 }
585
586 static void dec_lpc_spectrum_inv(TwinContext *tctx, float *lsp,
587                                  enum FrameType ftype, float *lpc)
588 {
589     int i;
590     int size = tctx->mtab->size / tctx->mtab->fmode[ftype].sub;
591
592     for (i = 0; i < tctx->mtab->n_lsp; i++)
593         lsp[i] =  2*cos(lsp[i]);
594
595     switch (ftype) {
596     case FT_LONG:
597         eval_lpcenv_2parts(tctx, ftype, lsp, lpc, size, 8);
598         break;
599     case FT_MEDIUM:
600         eval_lpcenv_2parts(tctx, ftype, lsp, lpc, size, 2);
601         break;
602     case FT_SHORT:
603         eval_lpcenv(tctx, lsp, lpc);
604         break;
605     }
606 }
607
608 static void imdct_and_window(TwinContext *tctx, enum FrameType ftype, int wtype,
609                             float *in, float *prev, int ch)
610 {
611     FFTContext *mdct = &tctx->mdct_ctx[ftype];
612     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
613     int bsize = mtab->size / mtab->fmode[ftype].sub;
614     int size  = mtab->size;
615     float *buf1 = tctx->tmp_buf;
616     int j;
617     int wsize; // Window size
618     float *out = tctx->curr_frame + 2*ch*mtab->size;
619     float *out2 = out;
620     float *prev_buf;
621     int first_wsize;
622
623     static const uint8_t wtype_to_wsize[]      = {0, 0, 2, 2, 2, 1, 0, 1, 1};
624     int types_sizes[] = {
625         mtab->size /    mtab->fmode[FT_LONG  ].sub,
626         mtab->size /    mtab->fmode[FT_MEDIUM].sub,
627         mtab->size / (2*mtab->fmode[FT_SHORT ].sub),
628     };
629
630     wsize = types_sizes[wtype_to_wsize[wtype]];
631     first_wsize = wsize;
632     prev_buf = prev + (size - bsize)/2;
633
634     for (j = 0; j < mtab->fmode[ftype].sub; j++) {
635         int sub_wtype = ftype == FT_MEDIUM ? 8 : wtype;
636
637         if (!j && wtype == 4)
638             sub_wtype = 4;
639         else if (j == mtab->fmode[ftype].sub-1 && wtype == 7)
640             sub_wtype = 7;
641
642         wsize = types_sizes[wtype_to_wsize[sub_wtype]];
643
644         mdct->imdct_half(mdct, buf1 + bsize*j, in + bsize*j);
645
646         tctx->dsp.vector_fmul_window(out2,
647                                      prev_buf + (bsize-wsize)/2,
648                                      buf1 + bsize*j,
649                                      ff_sine_windows[av_log2(wsize)],
650                                      wsize/2);
651         out2 += wsize;
652
653         memcpy(out2, buf1 + bsize*j + wsize/2, (bsize - wsize/2)*sizeof(float));
654
655         out2 += ftype == FT_MEDIUM ? (bsize-wsize)/2 : bsize - wsize;
656
657         prev_buf = buf1 + bsize*j + bsize/2;
658     }
659
660     tctx->last_block_pos[ch] = (size + first_wsize)/2;
661 }
662
663 static void imdct_output(TwinContext *tctx, enum FrameType ftype, int wtype,
664                          float *out)
665 {
666     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
667     float *prev_buf = tctx->prev_frame + tctx->last_block_pos[0];
668     int i, j;
669
670     for (i = 0; i < tctx->avctx->channels; i++) {
671         imdct_and_window(tctx, ftype, wtype,
672                          tctx->spectrum + i*mtab->size,
673                          prev_buf + 2*i*mtab->size,
674                          i);
675     }
676
677     if (tctx->avctx->channels == 2) {
678         for (i = 0; i < mtab->size - tctx->last_block_pos[0]; i++) {
679             float f1 = prev_buf[               i];
680             float f2 = prev_buf[2*mtab->size + i];
681             out[2*i    ] = f1 + f2;
682             out[2*i + 1] = f1 - f2;
683         }
684         for (j = 0; i < mtab->size; j++,i++) {
685             float f1 = tctx->curr_frame[               j];
686             float f2 = tctx->curr_frame[2*mtab->size + j];
687             out[2*i    ] = f1 + f2;
688             out[2*i + 1] = f1 - f2;
689         }
690     } else {
691         memcpy(out, prev_buf,
692                (mtab->size - tctx->last_block_pos[0]) * sizeof(*out));
693
694         out +=  mtab->size - tctx->last_block_pos[0];
695
696         memcpy(out, tctx->curr_frame,
697                (tctx->last_block_pos[0]) * sizeof(*out));
698     }
699
700 }
701
702 static void dec_bark_env(TwinContext *tctx, const uint8_t *in, int use_hist,
703                          int ch, float *out, float gain, enum FrameType ftype)
704 {
705     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
706     int i,j;
707     float *hist = tctx->bark_hist[ftype][ch];
708     float val = ((const float []) {0.4, 0.35, 0.28})[ftype];
709     int bark_n_coef  = mtab->fmode[ftype].bark_n_coef;
710     int fw_cb_len = mtab->fmode[ftype].bark_env_size / bark_n_coef;
711     int idx = 0;
712
713     for (i = 0; i < fw_cb_len; i++)
714         for (j = 0; j < bark_n_coef; j++, idx++) {
715             float tmp2 =
716                 mtab->fmode[ftype].bark_cb[fw_cb_len*in[j] + i] * (1./4096);
717             float st = use_hist ?
718                 (1. - val) * tmp2 + val*hist[idx] + 1. : tmp2 + 1.;
719
720             hist[idx] = tmp2;
721             if (st < -1.) st = 1.;
722
723             memset_float(out, st * gain, mtab->fmode[ftype].bark_tab[idx]);
724             out += mtab->fmode[ftype].bark_tab[idx];
725         }
726
727 }
728
729 static void read_and_decode_spectrum(TwinContext *tctx, GetBitContext *gb,
730                                      float *out, enum FrameType ftype)
731 {
732     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
733     int channels = tctx->avctx->channels;
734     int sub = mtab->fmode[ftype].sub;
735     int block_size = mtab->size / sub;
736     float gain[CHANNELS_MAX*SUBBLOCKS_MAX];
737     float ppc_shape[PPC_SHAPE_LEN_MAX * CHANNELS_MAX * 4];
738     uint8_t bark1[CHANNELS_MAX][SUBBLOCKS_MAX][BARK_N_COEF_MAX];
739     uint8_t bark_use_hist[CHANNELS_MAX][SUBBLOCKS_MAX];
740
741     uint8_t lpc_idx1[CHANNELS_MAX];
742     uint8_t lpc_idx2[CHANNELS_MAX][LSP_SPLIT_MAX];
743     uint8_t lpc_hist_idx[CHANNELS_MAX];
744
745     int i, j, k;
746
747     dequant(tctx, gb, out, ftype,
748             mtab->fmode[ftype].cb0, mtab->fmode[ftype].cb1,
749             mtab->fmode[ftype].cb_len_read);
750
751     for (i = 0; i < channels; i++)
752         for (j = 0; j < sub; j++)
753             for (k = 0; k < mtab->fmode[ftype].bark_n_coef; k++)
754                 bark1[i][j][k] =
755                     get_bits(gb, mtab->fmode[ftype].bark_n_bit);
756
757     for (i = 0; i < channels; i++)
758         for (j = 0; j < sub; j++)
759             bark_use_hist[i][j] = get_bits1(gb);
760
761     dec_gain(tctx, gb, ftype, gain);
762
763     for (i = 0; i < channels; i++) {
764         lpc_hist_idx[i] = get_bits(gb, tctx->mtab->lsp_bit0);
765         lpc_idx1    [i] = get_bits(gb, tctx->mtab->lsp_bit1);
766
767         for (j = 0; j < tctx->mtab->lsp_split; j++)
768             lpc_idx2[i][j] = get_bits(gb, tctx->mtab->lsp_bit2);
769     }
770
771     if (ftype == FT_LONG) {
772         int cb_len_p = (tctx->n_div[3] + mtab->ppc_shape_len*channels - 1)/
773             tctx->n_div[3];
774         dequant(tctx, gb, ppc_shape, FT_PPC, mtab->ppc_shape_cb,
775                 mtab->ppc_shape_cb + cb_len_p*PPC_SHAPE_CB_SIZE, cb_len_p);
776     }
777
778     for (i = 0; i < channels; i++) {
779         float *chunk = out + mtab->size * i;
780         float lsp[LSP_COEFS_MAX];
781
782         for (j = 0; j < sub; j++) {
783             dec_bark_env(tctx, bark1[i][j], bark_use_hist[i][j], i,
784                          tctx->tmp_buf, gain[sub*i+j], ftype);
785
786             tctx->dsp.vector_fmul(chunk + block_size*j, chunk + block_size*j, tctx->tmp_buf,
787                                   block_size);
788
789         }
790
791         if (ftype == FT_LONG) {
792             float pgain_step = 25000. / ((1 << mtab->pgain_bit) - 1);
793             int p_coef = get_bits(gb, tctx->mtab->ppc_period_bit);
794             int g_coef = get_bits(gb, tctx->mtab->pgain_bit);
795             float v = 1./8192*
796                 mulawinv(pgain_step*g_coef+ pgain_step/2, 25000., PGAIN_MU);
797
798             decode_ppc(tctx, p_coef, ppc_shape + i*mtab->ppc_shape_len, v,
799                        chunk);
800         }
801
802         decode_lsp(tctx, lpc_idx1[i], lpc_idx2[i], lpc_hist_idx[i], lsp,
803                    tctx->lsp_hist[i]);
804
805         dec_lpc_spectrum_inv(tctx, lsp, ftype, tctx->tmp_buf);
806
807         for (j = 0; j < mtab->fmode[ftype].sub; j++) {
808             tctx->dsp.vector_fmul(chunk, chunk, tctx->tmp_buf, block_size);
809             chunk += block_size;
810         }
811     }
812 }
813
814 static int twin_decode_frame(AVCodecContext * avctx, void *data,
815                              int *data_size, AVPacket *avpkt)
816 {
817     const uint8_t *buf = avpkt->data;
818     int buf_size = avpkt->size;
819     TwinContext *tctx = avctx->priv_data;
820     GetBitContext gb;
821     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
822     float *out = data;
823     enum FrameType ftype;
824     int window_type;
825     static const enum FrameType wtype_to_ftype_table[] = {
826         FT_LONG,   FT_LONG, FT_SHORT, FT_LONG,
827         FT_MEDIUM, FT_LONG, FT_LONG,  FT_MEDIUM, FT_MEDIUM
828     };
829
830     if (buf_size*8 < avctx->bit_rate*mtab->size/avctx->sample_rate + 8) {
831         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
832                "Frame too small (%d bytes). Truncated file?\n", buf_size);
833         *data_size = 0;
834         return buf_size;
835     }
836
837     init_get_bits(&gb, buf, buf_size * 8);
838     skip_bits(&gb, get_bits(&gb, 8));
839     window_type = get_bits(&gb, WINDOW_TYPE_BITS);
840
841     if (window_type > 8) {
842         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid window type, broken sample?\n");
843         return -1;
844     }
845
846     ftype = wtype_to_ftype_table[window_type];
847
848     read_and_decode_spectrum(tctx, &gb, tctx->spectrum, ftype);
849
850     imdct_output(tctx, ftype, window_type, out);
851
852     FFSWAP(float*, tctx->curr_frame, tctx->prev_frame);
853
854     if (tctx->avctx->frame_number < 2) {
855         *data_size=0;
856         return buf_size;
857     }
858
859     *data_size = mtab->size*avctx->channels*4;
860
861     return buf_size;
862 }
863
864 /**
865  * Init IMDCT and windowing tables
866  */
867 static av_cold void init_mdct_win(TwinContext *tctx)
868 {
869     int i,j;
870     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
871     int size_s = mtab->size / mtab->fmode[FT_SHORT].sub;
872     int size_m = mtab->size / mtab->fmode[FT_MEDIUM].sub;
873     int channels = tctx->avctx->channels;
874     float norm = channels == 1 ? 2. : 1.;
875
876     for (i = 0; i < 3; i++) {
877         int bsize = tctx->mtab->size/tctx->mtab->fmode[i].sub;
878         ff_mdct_init(&tctx->mdct_ctx[i], av_log2(bsize) + 1, 1,
879                      -sqrt(norm/bsize) / (1<<15));
880     }
881
882     tctx->tmp_buf  = av_malloc(mtab->size            * sizeof(*tctx->tmp_buf));
883
884     tctx->spectrum  = av_malloc(2*mtab->size*channels*sizeof(float));
885     tctx->curr_frame = av_malloc(2*mtab->size*channels*sizeof(float));
886     tctx->prev_frame  = av_malloc(2*mtab->size*channels*sizeof(float));
887
888     for (i = 0; i < 3; i++) {
889         int m = 4*mtab->size/mtab->fmode[i].sub;
890         double freq = 2*M_PI/m;
891         tctx->cos_tabs[i] = av_malloc((m/4)*sizeof(*tctx->cos_tabs));
892
893         for (j = 0; j <= m/8; j++)
894             tctx->cos_tabs[i][j] = cos((2*j + 1)*freq);
895         for (j = 1; j <  m/8; j++)
896             tctx->cos_tabs[i][m/4-j] = tctx->cos_tabs[i][j];
897     }
898
899
900     ff_init_ff_sine_windows(av_log2(size_m));
901     ff_init_ff_sine_windows(av_log2(size_s/2));
902     ff_init_ff_sine_windows(av_log2(mtab->size));
903 }
904
905 /**
906  * Interpret the data as if it were a num_blocks x line_len[0] matrix and for
907  * each line do a cyclic permutation, i.e.
908  * abcdefghijklm -> defghijklmabc
909  * where the amount to be shifted is evaluated depending on the column.
910  */
911 static void permutate_in_line(int16_t *tab, int num_vect, int num_blocks,
912                               int block_size,
913                               const uint8_t line_len[2], int length_div,
914                               enum FrameType ftype)
915
916 {
917     int i,j;
918
919     for (i = 0; i < line_len[0]; i++) {
920         int shift;
921
922         if (num_blocks == 1 ||
923             (ftype == FT_LONG && num_vect % num_blocks) ||
924             (ftype != FT_LONG && num_vect & 1         ) ||
925             i == line_len[1]) {
926             shift = 0;
927         } else if (ftype == FT_LONG) {
928             shift = i;
929         } else
930             shift = i*i;
931
932         for (j = 0; j < num_vect && (j+num_vect*i < block_size*num_blocks); j++)
933             tab[i*num_vect+j] = i*num_vect + (j + shift) % num_vect;
934     }
935 }
936
937 /**
938  * Interpret the input data as in the following table:
939  *
940  * \verbatim
941  *
942  * abcdefgh
943  * ijklmnop
944  * qrstuvw
945  * x123456
946  *
947  * \endverbatim
948  *
949  * and transpose it, giving the output
950  * aiqxbjr1cks2dlt3emu4fvn5gow6hp
951  */
952 static void transpose_perm(int16_t *out, int16_t *in, int num_vect,
953                            const uint8_t line_len[2], int length_div)
954 {
955     int i,j;
956     int cont= 0;
957     for (i = 0; i < num_vect; i++)
958         for (j = 0; j < line_len[i >= length_div]; j++)
959             out[cont++] = in[j*num_vect + i];
960 }
961
962 static void linear_perm(int16_t *out, int16_t *in, int n_blocks, int size)
963 {
964     int block_size = size/n_blocks;
965     int i;
966
967     for (i = 0; i < size; i++)
968         out[i] = block_size * (in[i] % n_blocks) + in[i] / n_blocks;
969 }
970
971 static av_cold void construct_perm_table(TwinContext *tctx,enum FrameType ftype)
972 {
973     int block_size;
974     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
975     int size = tctx->avctx->channels*mtab->fmode[ftype].sub;
976     int16_t *tmp_perm = (int16_t *) tctx->tmp_buf;
977
978     if (ftype == FT_PPC) {
979         size  = tctx->avctx->channels;
980         block_size = mtab->ppc_shape_len;
981     } else
982         block_size = mtab->size / mtab->fmode[ftype].sub;
983
984     permutate_in_line(tmp_perm, tctx->n_div[ftype], size,
985                       block_size, tctx->length[ftype],
986                       tctx->length_change[ftype], ftype);
987
988     transpose_perm(tctx->permut[ftype], tmp_perm, tctx->n_div[ftype],
989                    tctx->length[ftype], tctx->length_change[ftype]);
990
991     linear_perm(tctx->permut[ftype], tctx->permut[ftype], size,
992                 size*block_size);
993 }
994
995 static av_cold void init_bitstream_params(TwinContext *tctx)
996 {
997     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
998     int n_ch = tctx->avctx->channels;
999     int total_fr_bits = tctx->avctx->bit_rate*mtab->size/
1000                              tctx->avctx->sample_rate;
1001
1002     int lsp_bits_per_block = n_ch*(mtab->lsp_bit0 + mtab->lsp_bit1 +
1003                                    mtab->lsp_split*mtab->lsp_bit2);
1004
1005     int ppc_bits = n_ch*(mtab->pgain_bit + mtab->ppc_shape_bit +
1006                          mtab->ppc_period_bit);
1007
1008     int bsize_no_main_cb[3];
1009     int bse_bits[3];
1010     int i;
1011     enum FrameType frametype;
1012
1013     for (i = 0; i < 3; i++)
1014         // +1 for history usage switch
1015         bse_bits[i] = n_ch *
1016             (mtab->fmode[i].bark_n_coef * mtab->fmode[i].bark_n_bit + 1);
1017
1018     bsize_no_main_cb[2] = bse_bits[2] + lsp_bits_per_block + ppc_bits +
1019                           WINDOW_TYPE_BITS + n_ch*GAIN_BITS;
1020
1021     for (i = 0; i < 2; i++)
1022         bsize_no_main_cb[i] =
1023             lsp_bits_per_block + n_ch*GAIN_BITS + WINDOW_TYPE_BITS +
1024             mtab->fmode[i].sub*(bse_bits[i] + n_ch*SUB_GAIN_BITS);
1025
1026     // The remaining bits are all used for the main spectrum coefficients
1027     for (i = 0; i < 4; i++) {
1028         int bit_size;
1029         int vect_size;
1030         int rounded_up, rounded_down, num_rounded_down, num_rounded_up;
1031         if (i == 3) {
1032             bit_size  = n_ch * mtab->ppc_shape_bit;
1033             vect_size = n_ch * mtab->ppc_shape_len;
1034         } else {
1035             bit_size = total_fr_bits - bsize_no_main_cb[i];
1036             vect_size = n_ch * mtab->size;
1037         }
1038
1039         tctx->n_div[i] = (bit_size + 13) / 14;
1040
1041         rounded_up   = (bit_size + tctx->n_div[i] - 1)/tctx->n_div[i];
1042         rounded_down = (bit_size           )/tctx->n_div[i];
1043         num_rounded_down = rounded_up * tctx->n_div[i] - bit_size;
1044         num_rounded_up = tctx->n_div[i] - num_rounded_down;
1045         tctx->bits_main_spec[0][i][0] = (rounded_up   + 1)/2;
1046         tctx->bits_main_spec[1][i][0] = (rounded_up      )/2;
1047         tctx->bits_main_spec[0][i][1] = (rounded_down + 1)/2;
1048         tctx->bits_main_spec[1][i][1] = (rounded_down    )/2;
1049         tctx->bits_main_spec_change[i] = num_rounded_up;
1050
1051         rounded_up   = (vect_size + tctx->n_div[i] - 1)/tctx->n_div[i];
1052         rounded_down = (vect_size                     )/tctx->n_div[i];
1053         num_rounded_down = rounded_up * tctx->n_div[i] - vect_size;
1054         num_rounded_up = tctx->n_div[i] - num_rounded_down;
1055         tctx->length[i][0] = rounded_up;
1056         tctx->length[i][1] = rounded_down;
1057         tctx->length_change[i] = num_rounded_up;
1058     }
1059
1060     for (frametype = FT_SHORT; frametype <= FT_PPC; frametype++)
1061         construct_perm_table(tctx, frametype);
1062 }
1063
1064 static av_cold int twin_decode_init(AVCodecContext *avctx)
1065 {
1066     TwinContext *tctx = avctx->priv_data;
1067     int isampf = avctx->sample_rate/1000;
1068     int ibps = avctx->bit_rate/(1000 * avctx->channels);
1069
1070     tctx->avctx       = avctx;
1071     avctx->sample_fmt = AV_SAMPLE_FMT_FLT;
1072
1073     if (avctx->channels > CHANNELS_MAX) {
1074         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported number of channels: %i\n",
1075                avctx->channels);
1076         return -1;
1077     }
1078
1079     switch ((isampf << 8) +  ibps) {
1080     case (8 <<8) +  8: tctx->mtab = &mode_08_08; break;
1081     case (11<<8) +  8: tctx->mtab = &mode_11_08; break;
1082     case (11<<8) + 10: tctx->mtab = &mode_11_10; break;
1083     case (16<<8) + 16: tctx->mtab = &mode_16_16; break;
1084     case (22<<8) + 20: tctx->mtab = &mode_22_20; break;
1085     case (22<<8) + 24: tctx->mtab = &mode_22_24; break;
1086     case (22<<8) + 32: tctx->mtab = &mode_22_32; break;
1087     case (44<<8) + 40: tctx->mtab = &mode_44_40; break;
1088     case (44<<8) + 48: tctx->mtab = &mode_44_48; break;
1089     default:
1090         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "This version does not support %d kHz - %d kbit/s/ch mode.\n", isampf, isampf);
1091         return -1;
1092     }
1093
1094     dsputil_init(&tctx->dsp, avctx);
1095     init_mdct_win(tctx);
1096     init_bitstream_params(tctx);
1097
1098     memset_float(tctx->bark_hist[0][0], 0.1, FF_ARRAY_ELEMS(tctx->bark_hist));
1099
1100     return 0;
1101 }
1102
1103 static av_cold int twin_decode_close(AVCodecContext *avctx)
1104 {
1105     TwinContext *tctx = avctx->priv_data;
1106     int i;
1107
1108     for (i = 0; i < 3; i++) {
1109         ff_mdct_end(&tctx->mdct_ctx[i]);
1110         av_free(tctx->cos_tabs[i]);
1111     }
1112
1113
1114     av_free(tctx->curr_frame);
1115     av_free(tctx->spectrum);
1116     av_free(tctx->prev_frame);
1117     av_free(tctx->tmp_buf);
1118
1119     return 0;
1120 }
1121
1122 AVCodec ff_twinvq_decoder =
1123 {
1124     "twinvq",
1125     AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1126     CODEC_ID_TWINVQ,
1127     sizeof(TwinContext),
1128     twin_decode_init,
1129     NULL,
1130     twin_decode_close,
1131     twin_decode_frame,
1132     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VQF TwinVQ"),
1133 };