Add missing include. Fix the following compiler warnings:
[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 "lsp.h"
26
27 #include <math.h>
28 #include <stdint.h>
29
30 #include "twinvq_data.h"
31
32 enum FrameType {
33     FT_SHORT = 0,  ///< Short frame  (divided in n   sub-blocks)
34     FT_MEDIUM,     ///< Medium frame (divided in m<n sub-blocks)
35     FT_LONG,       ///< Long frame   (single sub-block + PPC)
36     FT_PPC,        ///< Periodic Peak Component (part of the long frame)
37 };
38
39 /**
40  * Parameters and tables that are different for each frame type
41  */
42 struct FrameMode {
43     uint8_t         sub;      ///< Number subblocks in each frame
44     const uint16_t *bark_tab;
45
46     /** number of distinct bark scale envelope values */
47     uint8_t         bark_env_size;
48
49     const int16_t  *bark_cb;    ///< codebook for the bark scale envelope (BSE)
50     uint8_t         bark_n_coef;///< number of BSE CB coefficients to read
51     uint8_t         bark_n_bit; ///< number of bits of the BSE coefs
52
53     //@{
54     /** main codebooks for spectrum data */
55     const int16_t    *cb0;
56     const int16_t    *cb1;
57     //@}
58
59     uint8_t         cb_len_read; ///< number of spectrum coefficients to read
60 };
61
62 /**
63  * Parameters and tables that are different for every combination of
64  * bitrate/sample rate
65  */
66 typedef struct {
67     struct FrameMode fmode[3]; ///< frame type-dependant parameters
68
69     uint16_t     size;        ///< frame size in samples
70     uint8_t      n_lsp;       ///< number of lsp coefficients
71     const float *lspcodebook;
72
73     /* number of bits of the different LSP CB coefficients */
74     uint8_t      lsp_bit0;
75     uint8_t      lsp_bit1;
76     uint8_t      lsp_bit2;
77
78     uint8_t      lsp_split;      ///< number of CB entries for the LSP decoding
79     const int16_t *ppc_shape_cb; ///< PPC shape CB
80
81     /** number of the bits for the PPC period value */
82     uint8_t      ppc_period_bit;
83
84     uint8_t      ppc_shape_bit;  ///< number of bits of the PPC shape CB coeffs
85     uint8_t      ppc_shape_len;  ///< size of PPC shape CB
86     uint8_t      pgain_bit;      ///< bits for PPC gain
87
88     /** constant for peak period to peak width conversion */
89     uint16_t     peak_per2wid;
90 } ModeTab;
91
92 static const ModeTab mode_08_08 = {
93     {
94         { 8, bark_tab_s08_64,  10, tab.fcb08s  , 1, 5, tab.cb0808s0, tab.cb0808s1, 18},
95         { 2, bark_tab_m08_256, 20, tab.fcb08m  , 2, 5, tab.cb0808m0, tab.cb0808m1, 16},
96         { 1, bark_tab_l08_512, 30, tab.fcb08l  , 3, 6, tab.cb0808l0, tab.cb0808l1, 17}
97     },
98     512 , 12, tab.lsp08,   1, 5, 3, 3, tab.shape08  , 8, 28, 20, 6, 40
99 };
100
101 static const ModeTab mode_11_08 = {
102     {
103         { 8, bark_tab_s11_64,  10, tab.fcb11s  , 1, 5, tab.cb1108s0, tab.cb1108s1, 29},
104         { 2, bark_tab_m11_256, 20, tab.fcb11m  , 2, 5, tab.cb1108m0, tab.cb1108m1, 24},
105         { 1, bark_tab_l11_512, 30, tab.fcb11l  , 3, 6, tab.cb1108l0, tab.cb1108l1, 27}
106     },
107     512 , 16, tab.lsp11,   1, 6, 4, 3, tab.shape11  , 9, 36, 30, 7, 90
108 };
109
110 static const ModeTab mode_11_10 = {
111     {
112         { 8, bark_tab_s11_64,  10, tab.fcb11s  , 1, 5, tab.cb1110s0, tab.cb1110s1, 21},
113         { 2, bark_tab_m11_256, 20, tab.fcb11m  , 2, 5, tab.cb1110m0, tab.cb1110m1, 18},
114         { 1, bark_tab_l11_512, 30, tab.fcb11l  , 3, 6, tab.cb1110l0, tab.cb1110l1, 20}
115     },
116     512 , 16, tab.lsp11,   1, 6, 4, 3, tab.shape11  , 9, 36, 30, 7, 90
117 };
118
119 static const ModeTab mode_16_16 = {
120     {
121         { 8, bark_tab_s16_128, 10, tab.fcb16s  , 1, 5, tab.cb1616s0, tab.cb1616s1, 16},
122         { 2, bark_tab_m16_512, 20, tab.fcb16m  , 2, 5, tab.cb1616m0, tab.cb1616m1, 15},
123         { 1, bark_tab_l16_1024,30, tab.fcb16l  , 3, 6, tab.cb1616l0, tab.cb1616l1, 16}
124     },
125     1024, 16, tab.lsp16,   1, 6, 4, 3, tab.shape16  , 9, 56, 60, 7, 180
126 };
127
128 static const ModeTab mode_22_20 = {
129     {
130         { 8, bark_tab_s22_128, 10, tab.fcb22s_1, 1, 6, tab.cb2220s0, tab.cb2220s1, 18},
131         { 2, bark_tab_m22_512, 20, tab.fcb22m_1, 2, 6, tab.cb2220m0, tab.cb2220m1, 17},
132         { 1, bark_tab_l22_1024,32, tab.fcb22l_1, 4, 6, tab.cb2220l0, tab.cb2220l1, 18}
133     },
134     1024, 16, tab.lsp22_1, 1, 6, 4, 3, tab.shape22_1, 9, 56, 36, 7, 144
135 };
136
137 static const ModeTab mode_22_24 = {
138     {
139         { 8, bark_tab_s22_128, 10, tab.fcb22s_1, 1, 6, tab.cb2224s0, tab.cb2224s1, 15},
140         { 2, bark_tab_m22_512, 20, tab.fcb22m_1, 2, 6, tab.cb2224m0, tab.cb2224m1, 14},
141         { 1, bark_tab_l22_1024,32, tab.fcb22l_1, 4, 6, tab.cb2224l0, tab.cb2224l1, 15}
142     },
143     1024, 16, tab.lsp22_1, 1, 6, 4, 3, tab.shape22_1, 9, 56, 36, 7, 144
144 };
145
146 static const ModeTab mode_22_32 = {
147     {
148         { 4, bark_tab_s22_128, 10, tab.fcb22s_2, 1, 6, tab.cb2232s0, tab.cb2232s1, 11},
149         { 2, bark_tab_m22_256, 20, tab.fcb22m_2, 2, 6, tab.cb2232m0, tab.cb2232m1, 11},
150         { 1, bark_tab_l22_512, 32, tab.fcb22l_2, 4, 6, tab.cb2232l0, tab.cb2232l1, 12}
151     },
152     512 , 16, tab.lsp22_2, 1, 6, 4, 4, tab.shape22_2, 9, 56, 36, 7, 72
153 };
154
155 static const ModeTab mode_44_40 = {
156     {
157         {16, bark_tab_s44_128, 10, tab.fcb44s  , 1, 6, tab.cb4440s0, tab.cb4440s1, 18},
158         { 4, bark_tab_m44_512, 20, tab.fcb44m  , 2, 6, tab.cb4440m0, tab.cb4440m1, 17},
159         { 1, bark_tab_l44_2048,40, tab.fcb44l  , 4, 6, tab.cb4440l0, tab.cb4440l1, 17}
160     },
161     2048, 20, tab.lsp44,   1, 6, 4, 4, tab.shape44  , 9, 84, 54, 7, 432
162 };
163
164 static const ModeTab mode_44_48 = {
165     {
166         {16, bark_tab_s44_128, 10, tab.fcb44s  , 1, 6, tab.cb4448s0, tab.cb4448s1, 15},
167         { 4, bark_tab_m44_512, 20, tab.fcb44m  , 2, 6, tab.cb4448m0, tab.cb4448m1, 14},
168         { 1, bark_tab_l44_2048,40, tab.fcb44l  , 4, 6, tab.cb4448l0, tab.cb4448l1, 14}
169     },
170     2048, 20, tab.lsp44,   1, 6, 4, 4, tab.shape44  , 9, 84, 54, 7, 432
171 };
172
173 typedef struct TwinContext {
174     AVCodecContext *avctx;
175     DSPContext      dsp;
176     FFTContext mdct_ctx[3];
177
178     const ModeTab *mtab;
179
180     // history
181     float lsp_hist[2][20];           ///< LSP coefficients of the last frame
182     float bark_hist[3][2][40];       ///< BSE coefficients of last frame
183
184     // bitstream parameters
185     int16_t permut[4][4096];
186     uint8_t length[4][2];            ///< main codebook stride
187     uint8_t length_change[4];
188     uint8_t bits_main_spec[2][4][2]; ///< bits for the main codebook
189     int bits_main_spec_change[4];
190     int n_div[4];
191
192     float *spectrum;
193     float *curr_frame;               ///< non-interleaved output
194     float *prev_frame;               ///< non-interleaved previous frame
195     int last_block_pos[2];
196
197     float *cos_tabs[3];
198
199     // scratch buffers
200     float *tmp_buf;
201 } TwinContext;
202
203 #define PPC_SHAPE_CB_SIZE 64
204 #define SUB_AMP_MAX       4500.0
205 #define MULAW_MU          100.0
206 #define GAIN_BITS         8
207 #define AMP_MAX           13000.0
208 #define SUB_GAIN_BITS     5
209 #define WINDOW_TYPE_BITS  4
210 #define PGAIN_MU          200
211
212 /** @note not speed critical, hence not optimized */
213 static void memset_float(float *buf, float val, int size)
214 {
215     while (size--)
216         *buf++ = val;
217 }
218
219 /**
220  * Evaluate a single LPC amplitude spectrum envelope coefficient from the line
221  * spectrum pairs.
222  *
223  * @param lsp a vector of the cosinus of the LSP values
224  * @param cos_val cos(PI*i/N) where i is the index of the LPC amplitude
225  * @param order the order of the LSP (and the size of the *lsp buffer). Must
226  *        be a multiple of four.
227  * @return the LPC value
228  *
229  * @todo reuse code from vorbis_dec.c: vorbis_floor0_decode
230  */
231 static float eval_lpc_spectrum(const float *lsp, float cos_val, int order)
232 {
233     int j;
234     float p = 0.5f;
235     float q = 0.5f;
236     float two_cos_w = 2.0f*cos_val;
237
238     for (j = 0; j + 1 < order; j += 2*2) {
239         // Unroll the loop once since order is a multiple of four
240         q *= lsp[j  ] - two_cos_w;
241         p *= lsp[j+1] - two_cos_w;
242
243         q *= lsp[j+2] - two_cos_w;
244         p *= lsp[j+3] - two_cos_w;
245     }
246
247     p *= p * (2.0f - two_cos_w);
248     q *= q * (2.0f + two_cos_w);
249
250     return 0.5 / (p + q);
251 }
252
253 /**
254  * Evaluates the LPC amplitude spectrum envelope from the line spectrum pairs.
255  */
256 static void eval_lpcenv(TwinContext *tctx, const float *cos_vals, float *lpc)
257 {
258     int i;
259     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
260     int size_s = mtab->size / mtab->fmode[FT_SHORT].sub;
261
262     for (i = 0; i < size_s/2; i++) {
263         float cos_i = tctx->cos_tabs[0][i];
264         lpc[i]          = eval_lpc_spectrum(cos_vals,  cos_i, mtab->n_lsp);
265         lpc[size_s-i-1] = eval_lpc_spectrum(cos_vals, -cos_i, mtab->n_lsp);
266     }
267 }
268
269 static void interpolate(float *out, float v1, float v2, int size)
270 {
271     int i;
272     float step = (v1 - v2)/(size + 1);
273
274     for (i = 0; i < size; i++) {
275         v2 += step;
276         out[i] = v2;
277     }
278 }
279
280 static inline float get_cos(int idx, int part, const float *cos_tab, int size)
281 {
282     return part ? -cos_tab[size - idx - 1] :
283                    cos_tab[       idx    ];
284 }
285
286 /**
287  * Evaluates the LPC amplitude spectrum envelope from the line spectrum pairs.
288  * Probably for speed reasons, the coefficients are evaluated as
289  * siiiibiiiisiiiibiiiisiiiibiiiisiiiibiiiis ...
290  * where s is an evaluated value, i is a value interpolated from the others
291  * and b might be either calculated or interpolated, depending on an
292  * unexplained condition.
293  *
294  * @param step the size of a block "siiiibiiii"
295  * @param in the cosinus of the LSP data
296  * @param part is 0 for 0...PI (positive cossinus values) and 1 for PI...2PI
297           (negative cossinus values)
298  * @param size the size of the whole output
299  */
300 static inline void eval_lpcenv_or_interp(TwinContext *tctx,
301                                          enum FrameType ftype,
302                                          float *out, const float *in,
303                                          int size, int step, int part)
304 {
305     int i;
306     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
307     const float *cos_tab = tctx->cos_tabs[ftype];
308
309     // Fill the 's'
310     for (i = 0; i < size; i += step)
311         out[i] =
312             eval_lpc_spectrum(in,
313                               get_cos(i, part, cos_tab, size),
314                               mtab->n_lsp);
315
316     // Fill the 'iiiibiiii'
317     for (i = step; i <= size - 2*step; i += step) {
318         if (out[i + step] + out[i - step] >  1.95*out[i] ||
319             out[i + step]                 >=  out[i - step]) {
320             interpolate(out + i - step + 1, out[i], out[i-step], step - 1);
321         } else {
322             out[i - step/2] =
323                 eval_lpc_spectrum(in,
324                                   get_cos(i-step/2, part, cos_tab, size),
325                                   mtab->n_lsp);
326             interpolate(out + i - step   + 1, out[i-step/2], out[i-step  ], step/2 - 1);
327             interpolate(out + i - step/2 + 1, out[i       ], out[i-step/2], step/2 - 1);
328         }
329     }
330
331     interpolate(out + size - 2*step + 1, out[size-step], out[size - 2*step], step - 1);
332 }
333
334 static void eval_lpcenv_2parts(TwinContext *tctx, enum FrameType ftype,
335                                const float *buf, float *lpc,
336                                int size, int step)
337 {
338     eval_lpcenv_or_interp(tctx, ftype, lpc         , buf, size/2,   step, 0);
339     eval_lpcenv_or_interp(tctx, ftype, lpc + size/2, buf, size/2, 2*step, 1);
340
341     interpolate(lpc+size/2-step+1, lpc[size/2], lpc[size/2-step], step);
342
343     memset_float(lpc + size - 2*step + 1, lpc[size - 2*step], 2*step - 1);
344 }
345
346 /**
347  * Inverse quantization. Read CB coefficients for cb1 and cb2 from the
348  * bitstream, sum the corresponding vectors and write the result to *out
349  * after permutation.
350  */
351 static void dequant(TwinContext *tctx, GetBitContext *gb, float *out,
352                     enum FrameType ftype,
353                     const int16_t *cb0, const int16_t *cb1, int cb_len)
354 {
355     int pos = 0;
356     int i, j;
357
358     for (i = 0; i < tctx->n_div[ftype]; i++) {
359         int tmp0, tmp1;
360         int sign0 = 1;
361         int sign1 = 1;
362         const int16_t *tab0, *tab1;
363         int length = tctx->length[ftype][i >= tctx->length_change[ftype]];
364         int bitstream_second_part = (i >= tctx->bits_main_spec_change[ftype]);
365
366         int bits = tctx->bits_main_spec[0][ftype][bitstream_second_part];
367         if (bits == 7) {
368             if (get_bits1(gb))
369                 sign0 = -1;
370             bits = 6;
371         }
372         tmp0 = get_bits(gb, bits);
373
374         bits = tctx->bits_main_spec[1][ftype][bitstream_second_part];
375
376         if (bits == 7) {
377             if (get_bits1(gb))
378                 sign1 = -1;
379
380             bits = 6;
381         }
382         tmp1 = get_bits(gb, bits);
383
384         tab0 = cb0 + tmp0*cb_len;
385         tab1 = cb1 + tmp1*cb_len;
386
387         for (j = 0; j < length; j++)
388             out[tctx->permut[ftype][pos+j]] = sign0*tab0[j] + sign1*tab1[j];
389
390         pos += length;
391     }
392
393 }
394
395 static inline float mulawinv(float y, float clip, float mu)
396 {
397     y = av_clipf(y/clip, -1, 1);
398     return clip * FFSIGN(y) * (exp(log(1+mu) * fabs(y)) - 1) / mu;
399 }
400
401 /**
402  * Evaluate a*b/400 rounded to the nearest integer. When, for example,
403  * a*b == 200 and the nearest integer is ill-defined, use a table to emulate
404  * the following broken float-based implementation used by the binary decoder:
405  *
406  * \code
407  * static int very_broken_op(int a, int b)
408  * {
409  *    static float test; // Ugh, force gcc to do the division first...
410  *
411  *    test = a/400.;
412  *    return b * test +  0.5;
413  * }
414  * \endcode
415  *
416  * @note if this function is replaced by just ROUNDED_DIV(a*b,400.), the stddev
417  * between the original file (before encoding with Yamaha encoder) and the
418  * decoded output increases, which leads one to believe that the encoder expects
419  * exactly this broken calculation.
420  */
421 static int very_broken_op(int a, int b)
422 {
423     int x = a*b + 200;
424     int size;
425     const uint8_t *rtab;
426
427     if (x%400 || b%5)
428         return x/400;
429
430     x /= 400;
431
432     size = tabs[b/5].size;
433     rtab = tabs[b/5].tab;
434     return x - rtab[size*av_log2(2*(x - 1)/size)+(x - 1)%size];
435 }
436
437 /**
438  * Sum to data a periodic peak of a given period, width and shape.
439  *
440  * @param period the period of the peak divised by 400.0
441  */
442 static void add_peak(int period, int width, const float *shape,
443                      float ppc_gain, float *speech, int len)
444 {
445     int i, j;
446
447     const float *shape_end = shape + len;
448     int center;
449
450     // First peak centered around zero
451     for (i = 0; i < width/2; i++)
452         speech[i] += ppc_gain * *shape++;
453
454     for (i = 1; i < ROUNDED_DIV(len,width) ; i++) {
455         center = very_broken_op(period, i);
456         for (j = -width/2; j < (width+1)/2; j++)
457             speech[j+center] += ppc_gain * *shape++;
458     }
459
460     // For the last block, be careful not to go beyond the end of the buffer
461     center = very_broken_op(period, i);
462     for (j = -width/2; j < (width + 1)/2 && shape < shape_end; j++)
463         speech[j+center] += ppc_gain * *shape++;
464 }
465
466 static void decode_ppc(TwinContext *tctx, int period_coef, const float *shape,
467                        float ppc_gain, float *speech)
468 {
469     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
470     int isampf = tctx->avctx->sample_rate/1000;
471     int ibps = tctx->avctx->bit_rate/(1000 * tctx->avctx->channels);
472     int min_period = ROUNDED_DIV(  40*2*mtab->size, isampf);
473     int max_period = ROUNDED_DIV(6*40*2*mtab->size, isampf);
474     int period_range = max_period - min_period;
475
476     // This is actually the period multiplied by 400. It is just linearly coded
477     // between its maximum and minimum value.
478     int period = min_period +
479         ROUNDED_DIV(period_coef*period_range, (1 << mtab->ppc_period_bit) - 1);
480     int width;
481
482     if (isampf == 22 && ibps == 32) {
483         // For some unknown reason, NTT decided to code this case differently...
484         width = ROUNDED_DIV((period + 800)* mtab->peak_per2wid, 400*mtab->size);
485     } else
486         width =             (period      )* mtab->peak_per2wid/(400*mtab->size);
487
488     add_peak(period, width, shape, ppc_gain, speech, mtab->ppc_shape_len);
489 }
490
491 static void dec_gain(TwinContext *tctx, GetBitContext *gb, enum FrameType ftype,
492                      float *out)
493 {
494     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
495     int i, j;
496     int sub = mtab->fmode[ftype].sub;
497     float step     = AMP_MAX     / ((1 <<     GAIN_BITS) - 1);
498     float sub_step = SUB_AMP_MAX / ((1 << SUB_GAIN_BITS) - 1);
499
500     if (ftype == FT_LONG) {
501         for (i = 0; i < tctx->avctx->channels; i++)
502             out[i] = (1./(1<<13)) *
503                 mulawinv(step * 0.5 + step * get_bits(gb, GAIN_BITS),
504                          AMP_MAX, MULAW_MU);
505     } else {
506         for (i = 0; i < tctx->avctx->channels; i++) {
507             float val = (1./(1<<23)) *
508                 mulawinv(step * 0.5 + step * get_bits(gb, GAIN_BITS),
509                          AMP_MAX, MULAW_MU);
510
511             for (j = 0; j < sub; j++) {
512                 out[i*sub + j] =
513                     val*mulawinv(sub_step* 0.5 +
514                                  sub_step* get_bits(gb, SUB_GAIN_BITS),
515                                  SUB_AMP_MAX, MULAW_MU);
516             }
517         }
518     }
519 }
520
521 /**
522  * Rearrange the LSP coefficients so that they have a minimum distance of
523  * min_dist. This function does it exactly as described in section of 3.2.4
524  * of the G.729 specification (but interestingly is different from what the
525  * reference decoder actually does).
526  */
527 static void rearrange_lsp(int order, float *lsp, float min_dist)
528 {
529     int i;
530     float min_dist2 = min_dist * 0.5;
531     for (i = 1; i < order; i++)
532         if (lsp[i] - lsp[i-1] < min_dist) {
533             float avg = (lsp[i] + lsp[i-1]) * 0.5;
534
535             lsp[i-1] = avg - min_dist2;
536             lsp[i  ] = avg + min_dist2;
537         }
538 }
539
540 static void decode_lsp(TwinContext *tctx, int lpc_idx1, uint8_t *lpc_idx2,
541                        int lpc_hist_idx, float *lsp, float *hist)
542 {
543     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
544     int i, j;
545
546     const float *cb  =  mtab->lspcodebook;
547     const float *cb2 =  cb  + (1 << mtab->lsp_bit1)*mtab->n_lsp;
548     const float *cb3 =  cb2 + (1 << mtab->lsp_bit2)*mtab->n_lsp;
549
550     const int8_t funny_rounding[4] = {
551         -2,
552         mtab->lsp_split == 4 ? -2 : 1,
553         mtab->lsp_split == 4 ? -2 : 1,
554         0
555     };
556
557     j = 0;
558     for (i = 0; i < mtab->lsp_split; i++) {
559         int chunk_end = ((i + 1)*mtab->n_lsp + funny_rounding[i])/mtab->lsp_split;
560         for (; j < chunk_end; j++)
561             lsp[j] = cb [lpc_idx1    * mtab->n_lsp + j] +
562                      cb2[lpc_idx2[i] * mtab->n_lsp + j];
563     }
564
565     rearrange_lsp(mtab->n_lsp, lsp, 0.0001);
566
567     for (i = 0; i < mtab->n_lsp; i++) {
568         float tmp1 = 1. -          cb3[lpc_hist_idx*mtab->n_lsp + i];
569         float tmp2 =     hist[i] * cb3[lpc_hist_idx*mtab->n_lsp + i];
570         hist[i] = lsp[i];
571         lsp[i]  = lsp[i] * tmp1 + tmp2;
572     }
573
574     rearrange_lsp(mtab->n_lsp, lsp, 0.0001);
575     rearrange_lsp(mtab->n_lsp, lsp, 0.000095);
576     ff_sort_nearly_sorted_floats(lsp, mtab->n_lsp);
577 }
578
579 static void dec_lpc_spectrum_inv(TwinContext *tctx, float *lsp,
580                                  enum FrameType ftype, float *lpc)
581 {
582     int i;
583     int size = tctx->mtab->size / tctx->mtab->fmode[ftype].sub;
584
585     for (i = 0; i < tctx->mtab->n_lsp; i++)
586         lsp[i] =  2*cos(lsp[i]);
587
588     switch (ftype) {
589     case FT_LONG:
590         eval_lpcenv_2parts(tctx, ftype, lsp, lpc, size, 8);
591         break;
592     case FT_MEDIUM:
593         eval_lpcenv_2parts(tctx, ftype, lsp, lpc, size, 2);
594         break;
595     case FT_SHORT:
596         eval_lpcenv(tctx, lsp, lpc);
597         break;
598     }
599 }
600
601 static void imdct_and_window(TwinContext *tctx, enum FrameType ftype, int wtype,
602                             float *in, float *prev, int ch)
603 {
604     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
605     int bsize = mtab->size / mtab->fmode[ftype].sub;
606     int size  = mtab->size;
607     float *buf1 = tctx->tmp_buf;
608     int j;
609     int wsize; // Window size
610     float *out = tctx->curr_frame + 2*ch*mtab->size;
611     float *out2 = out;
612     float *prev_buf;
613     int first_wsize;
614
615     static const uint8_t wtype_to_wsize[]      = {0, 0, 2, 2, 2, 1, 0, 1, 1};
616     int types_sizes[] = {
617         mtab->size /    mtab->fmode[FT_LONG  ].sub,
618         mtab->size /    mtab->fmode[FT_MEDIUM].sub,
619         mtab->size / (2*mtab->fmode[FT_SHORT ].sub),
620     };
621
622     wsize = types_sizes[wtype_to_wsize[wtype]];
623     first_wsize = wsize;
624     prev_buf = prev + (size - bsize)/2;
625
626     for (j = 0; j < mtab->fmode[ftype].sub; j++) {
627         int sub_wtype = ftype == FT_MEDIUM ? 8 : wtype;
628
629         if (!j && wtype == 4)
630             sub_wtype = 4;
631         else if (j == mtab->fmode[ftype].sub-1 && wtype == 7)
632             sub_wtype = 7;
633
634         wsize = types_sizes[wtype_to_wsize[sub_wtype]];
635
636         ff_imdct_half(&tctx->mdct_ctx[ftype], buf1 + bsize*j, in + bsize*j);
637
638         tctx->dsp.vector_fmul_window(out2,
639                                      prev_buf + (bsize-wsize)/2,
640                                      buf1 + bsize*j,
641                                      ff_sine_windows[av_log2(wsize)],
642                                      0.0,
643                                      wsize/2);
644         out2 += wsize;
645
646         memcpy(out2, buf1 + bsize*j + wsize/2, (bsize - wsize/2)*sizeof(float));
647
648         out2 += ftype == FT_MEDIUM ? (bsize-wsize)/2 : bsize - wsize;
649
650         prev_buf = buf1 + bsize*j + bsize/2;
651     }
652
653     tctx->last_block_pos[ch] = (size + first_wsize)/2;
654 }
655
656 static void imdct_output(TwinContext *tctx, enum FrameType ftype, int wtype,
657                          float *out)
658 {
659     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
660     float *prev_buf = tctx->prev_frame + tctx->last_block_pos[0];
661     int i, j;
662
663     for (i = 0; i < tctx->avctx->channels; i++) {
664         imdct_and_window(tctx, ftype, wtype,
665                          tctx->spectrum + i*mtab->size,
666                          prev_buf + 2*i*mtab->size,
667                          i);
668     }
669
670     if (tctx->avctx->channels == 2) {
671         for (i = 0; i < mtab->size - tctx->last_block_pos[0]; i++) {
672             float f1 = prev_buf[               i];
673             float f2 = prev_buf[2*mtab->size + i];
674             out[2*i    ] = f1 + f2;
675             out[2*i + 1] = f1 - f2;
676         }
677         for (j = 0; i < mtab->size; j++,i++) {
678             float f1 = tctx->curr_frame[               j];
679             float f2 = tctx->curr_frame[2*mtab->size + j];
680             out[2*i    ] = f1 + f2;
681             out[2*i + 1] = f1 - f2;
682         }
683     } else {
684         memcpy(out, prev_buf,
685                (mtab->size - tctx->last_block_pos[0]) * sizeof(*out));
686
687         out +=  mtab->size - tctx->last_block_pos[0];
688
689         memcpy(out, tctx->curr_frame,
690                (tctx->last_block_pos[0]) * sizeof(*out));
691     }
692
693 }
694
695 static void dec_bark_env(TwinContext *tctx, const uint8_t *in, int use_hist,
696                          int ch, float *out, float gain, enum FrameType ftype)
697 {
698     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
699     int i,j;
700     float *hist = tctx->bark_hist[ftype][ch];
701     float val = ((const float []) {0.4, 0.35, 0.28})[ftype];
702     int bark_n_coef  = mtab->fmode[ftype].bark_n_coef;
703     int fw_cb_len = mtab->fmode[ftype].bark_env_size / bark_n_coef;
704     int idx = 0;
705
706     for (i = 0; i < fw_cb_len; i++)
707         for (j = 0; j < bark_n_coef; j++, idx++) {
708             float tmp2 =
709                 mtab->fmode[ftype].bark_cb[fw_cb_len*in[j] + i] * (1./4096);
710             float st = use_hist ?
711                 (1. - val) * tmp2 + val*hist[idx] + 1. : tmp2 + 1.;
712
713             hist[idx] = tmp2;
714             if (st < -1.) st = 1.;
715
716             memset_float(out, st * gain, mtab->fmode[ftype].bark_tab[idx]);
717             out += mtab->fmode[ftype].bark_tab[idx];
718         }
719
720 }
721
722 static void read_and_decode_spectrum(TwinContext *tctx, GetBitContext *gb,
723                                      float *out, enum FrameType ftype)
724 {
725     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
726     int channels = tctx->avctx->channels;
727     int sub = mtab->fmode[ftype].sub;
728     int block_size = mtab->size / sub;
729     float gain[channels*sub];
730     float ppc_shape[mtab->ppc_shape_len * channels * 4];
731     uint8_t bark1[channels][sub][mtab->fmode[ftype].bark_n_coef];
732     uint8_t bark_use_hist[channels][sub];
733
734     uint8_t lpc_idx1[channels];
735     uint8_t lpc_idx2[channels][tctx->mtab->lsp_split];
736     uint8_t lpc_hist_idx[channels];
737
738     int i, j, k;
739
740     dequant(tctx, gb, out, ftype,
741             mtab->fmode[ftype].cb0, mtab->fmode[ftype].cb1,
742             mtab->fmode[ftype].cb_len_read);
743
744     for (i = 0; i < channels; i++)
745         for (j = 0; j < sub; j++)
746             for (k = 0; k < mtab->fmode[ftype].bark_n_coef; k++)
747                 bark1[i][j][k] =
748                     get_bits(gb, mtab->fmode[ftype].bark_n_bit);
749
750     for (i = 0; i < channels; i++)
751         for (j = 0; j < sub; j++)
752             bark_use_hist[i][j] = get_bits1(gb);
753
754     dec_gain(tctx, gb, ftype, gain);
755
756     for (i = 0; i < channels; i++) {
757         lpc_hist_idx[i] = get_bits(gb, tctx->mtab->lsp_bit0);
758         lpc_idx1    [i] = get_bits(gb, tctx->mtab->lsp_bit1);
759
760         for (j = 0; j < tctx->mtab->lsp_split; j++)
761             lpc_idx2[i][j] = get_bits(gb, tctx->mtab->lsp_bit2);
762     }
763
764     if (ftype == FT_LONG) {
765         int cb_len_p = (tctx->n_div[3] + mtab->ppc_shape_len*channels - 1)/
766             tctx->n_div[3];
767         dequant(tctx, gb, ppc_shape, FT_PPC, mtab->ppc_shape_cb,
768                 mtab->ppc_shape_cb + cb_len_p*PPC_SHAPE_CB_SIZE, cb_len_p);
769     }
770
771     for (i = 0; i < channels; i++) {
772         float *chunk = out + mtab->size * i;
773         float lsp[tctx->mtab->n_lsp];
774
775         for (j = 0; j < sub; j++) {
776             dec_bark_env(tctx, bark1[i][j], bark_use_hist[i][j], i,
777                          tctx->tmp_buf, gain[sub*i+j], ftype);
778
779             tctx->dsp.vector_fmul(chunk + block_size*j, tctx->tmp_buf,
780                                   block_size);
781
782         }
783
784         if (ftype == FT_LONG) {
785             float pgain_step = 25000. / ((1 << mtab->pgain_bit) - 1);
786             int p_coef = get_bits(gb, tctx->mtab->ppc_period_bit);
787             int g_coef = get_bits(gb, tctx->mtab->pgain_bit);
788             float v = 1./8192*
789                 mulawinv(pgain_step*g_coef+ pgain_step/2, 25000., PGAIN_MU);
790
791             decode_ppc(tctx, p_coef, ppc_shape + i*mtab->ppc_shape_len, v,
792                        chunk);
793         }
794
795         decode_lsp(tctx, lpc_idx1[i], lpc_idx2[i], lpc_hist_idx[i], lsp,
796                    tctx->lsp_hist[i]);
797
798         dec_lpc_spectrum_inv(tctx, lsp, ftype, tctx->tmp_buf);
799
800         for (j = 0; j < mtab->fmode[ftype].sub; j++) {
801             tctx->dsp.vector_fmul(chunk, tctx->tmp_buf, block_size);
802             chunk += block_size;
803         }
804     }
805 }
806
807 static int twin_decode_frame(AVCodecContext * avctx, void *data,
808                              int *data_size, AVPacket *avpkt)
809 {
810     const uint8_t *buf = avpkt->data;
811     int buf_size = avpkt->size;
812     TwinContext *tctx = avctx->priv_data;
813     GetBitContext gb;
814     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
815     float *out = data;
816     enum FrameType ftype;
817     int window_type;
818     static const enum FrameType wtype_to_ftype_table[] = {
819         FT_LONG,   FT_LONG, FT_SHORT, FT_LONG,
820         FT_MEDIUM, FT_LONG, FT_LONG,  FT_MEDIUM, FT_MEDIUM
821     };
822
823     if (buf_size*8 < avctx->bit_rate*mtab->size/avctx->sample_rate + 8) {
824         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
825                "Frame too small (%d bytes). Truncated file?\n", buf_size);
826         *data_size = 0;
827         return buf_size;
828     }
829
830     init_get_bits(&gb, buf, buf_size * 8);
831     skip_bits(&gb, get_bits(&gb, 8));
832     window_type = get_bits(&gb, WINDOW_TYPE_BITS);
833
834     if (window_type > 8) {
835         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid window type, broken sample?\n");
836         return -1;
837     }
838
839     ftype = wtype_to_ftype_table[window_type];
840
841     read_and_decode_spectrum(tctx, &gb, tctx->spectrum, ftype);
842
843     imdct_output(tctx, ftype, window_type, out);
844
845     FFSWAP(float*, tctx->curr_frame, tctx->prev_frame);
846
847     if (tctx->avctx->frame_number < 2) {
848         *data_size=0;
849         return buf_size;
850     }
851
852     tctx->dsp.vector_clipf(out, out, -32700./(1<<15), 32700./(1<<15),
853                            avctx->channels * mtab->size);
854
855     *data_size = mtab->size*avctx->channels*4;
856
857     return buf_size;
858 }
859
860 /**
861  * Init IMDCT and windowing tables
862  */
863 static av_cold void init_mdct_win(TwinContext *tctx)
864 {
865     int i,j;
866     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
867     int size_s = mtab->size / mtab->fmode[FT_SHORT].sub;
868     int size_m = mtab->size / mtab->fmode[FT_MEDIUM].sub;
869     int channels = tctx->avctx->channels;
870     float norm = channels == 1 ? 2. : 1.;
871
872     for (i = 0; i < 3; i++) {
873         int bsize = tctx->mtab->size/tctx->mtab->fmode[i].sub;
874         ff_mdct_init(&tctx->mdct_ctx[i], av_log2(bsize) + 1, 1,
875                      -sqrt(norm/bsize) / (1<<15));
876     }
877
878     tctx->tmp_buf  = av_malloc(mtab->size            * sizeof(*tctx->tmp_buf));
879
880     tctx->spectrum  = av_malloc(2*mtab->size*channels*sizeof(float));
881     tctx->curr_frame = av_malloc(2*mtab->size*channels*sizeof(float));
882     tctx->prev_frame  = av_malloc(2*mtab->size*channels*sizeof(float));
883
884     for (i = 0; i < 3; i++) {
885         int m = 4*mtab->size/mtab->fmode[i].sub;
886         double freq = 2*M_PI/m;
887         tctx->cos_tabs[i] = av_malloc((m/4)*sizeof(*tctx->cos_tabs));
888
889         for (j = 0; j <= m/8; j++)
890             tctx->cos_tabs[i][j] = cos((2*j + 1)*freq);
891         for (j = 1; j <  m/8; j++)
892             tctx->cos_tabs[i][m/4-j] = tctx->cos_tabs[i][j];
893     }
894
895
896     ff_sine_window_init(ff_sine_windows[av_log2(size_m)    ], size_m  );
897     ff_sine_window_init(ff_sine_windows[av_log2(size_s/2)  ], size_s/2);
898     ff_sine_window_init(ff_sine_windows[av_log2(mtab->size)], mtab->size);
899 }
900
901 /**
902  * Interpret the data as if it were a num_blocks x line_len[0] matrix and for
903  * each line do a cyclic permutation, i.e.
904  * abcdefghijklm -> defghijklmabc
905  * where the amount to be shifted is evaluated depending on the column.
906  */
907 static void permutate_in_line(int16_t *tab, int num_vect, int num_blocks,
908                               int block_size,
909                               const uint8_t line_len[2], int length_div,
910                               enum FrameType ftype)
911
912 {
913     int i,j;
914
915     for (i = 0; i < line_len[0]; i++) {
916         int shift;
917
918         if (num_blocks == 1 ||
919             (ftype == FT_LONG && num_vect % num_blocks) ||
920             (ftype != FT_LONG && num_vect & 1         ) ||
921             i == line_len[1]) {
922             shift = 0;
923         } else if (ftype == FT_LONG) {
924             shift = i;
925         } else
926             shift = i*i;
927
928         for (j = 0; j < num_vect && (j+num_vect*i < block_size*num_blocks); j++)
929             tab[i*num_vect+j] = i*num_vect + (j + shift) % num_vect;
930     }
931 }
932
933 /**
934  * Interpret the input data as in the following table:
935  *
936  * \verbatim
937  *
938  * abcdefgh
939  * ijklmnop
940  * qrstuvw
941  * x123456
942  *
943  * \endverbatim
944  *
945  * and transpose it, giving the output
946  * aiqxbjr1cks2dlt3emu4fvn5gow6hp
947  */
948 static void transpose_perm(int16_t *out, int16_t *in, int num_vect,
949                            const uint8_t line_len[2], int length_div)
950 {
951     int i,j;
952     int cont= 0;
953     for (i = 0; i < num_vect; i++)
954         for (j = 0; j < line_len[i >= length_div]; j++)
955             out[cont++] = in[j*num_vect + i];
956 }
957
958 static void linear_perm(int16_t *out, int16_t *in, int n_blocks, int size)
959 {
960     int block_size = size/n_blocks;
961     int i;
962
963     for (i = 0; i < size; i++)
964         out[i] = block_size * (in[i] % n_blocks) + in[i] / n_blocks;
965 }
966
967 static av_cold void construct_perm_table(TwinContext *tctx,enum FrameType ftype)
968 {
969     int block_size;
970     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
971     int size = tctx->avctx->channels*mtab->fmode[ftype].sub;
972     int16_t *tmp_perm = (int16_t *) tctx->tmp_buf;
973
974     if (ftype == FT_PPC) {
975         size  = tctx->avctx->channels;
976         block_size = mtab->ppc_shape_len;
977     } else
978         block_size = mtab->size / mtab->fmode[ftype].sub;
979
980     permutate_in_line(tmp_perm, tctx->n_div[ftype], size,
981                       block_size, tctx->length[ftype],
982                       tctx->length_change[ftype], ftype);
983
984     transpose_perm(tctx->permut[ftype], tmp_perm, tctx->n_div[ftype],
985                    tctx->length[ftype], tctx->length_change[ftype]);
986
987     linear_perm(tctx->permut[ftype], tctx->permut[ftype], size,
988                 size*block_size);
989 }
990
991 static av_cold void init_bitstream_params(TwinContext *tctx)
992 {
993     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
994     int n_ch = tctx->avctx->channels;
995     int total_fr_bits = tctx->avctx->bit_rate*mtab->size/
996                              tctx->avctx->sample_rate;
997
998     int lsp_bits_per_block = n_ch*(mtab->lsp_bit0 + mtab->lsp_bit1 +
999                                    mtab->lsp_split*mtab->lsp_bit2);
1000
1001     int ppc_bits = n_ch*(mtab->pgain_bit + mtab->ppc_shape_bit +
1002                          mtab->ppc_period_bit);
1003
1004     int bsize_no_main_cb[3];
1005     int bse_bits[3];
1006     int i;
1007     enum FrameType frametype;
1008
1009     for (i = 0; i < 3; i++)
1010         // +1 for history usage switch
1011         bse_bits[i] = n_ch *
1012             (mtab->fmode[i].bark_n_coef * mtab->fmode[i].bark_n_bit + 1);
1013
1014     bsize_no_main_cb[2] = bse_bits[2] + lsp_bits_per_block + ppc_bits +
1015                           WINDOW_TYPE_BITS + n_ch*GAIN_BITS;
1016
1017     for (i = 0; i < 2; i++)
1018         bsize_no_main_cb[i] =
1019             lsp_bits_per_block + n_ch*GAIN_BITS + WINDOW_TYPE_BITS +
1020             mtab->fmode[i].sub*(bse_bits[i] + n_ch*SUB_GAIN_BITS);
1021
1022     // The remaining bits are all used for the main spectrum coefficients
1023     for (i = 0; i < 4; i++) {
1024         int bit_size;
1025         int vect_size;
1026         int rounded_up, rounded_down, num_rounded_down, num_rounded_up;
1027         if (i == 3) {
1028             bit_size  = n_ch * mtab->ppc_shape_bit;
1029             vect_size = n_ch * mtab->ppc_shape_len;
1030         } else {
1031             bit_size = total_fr_bits - bsize_no_main_cb[i];
1032             vect_size = n_ch * mtab->size;
1033         }
1034
1035         tctx->n_div[i] = (bit_size + 13) / 14;
1036
1037         rounded_up   = (bit_size + tctx->n_div[i] - 1)/tctx->n_div[i];
1038         rounded_down = (bit_size           )/tctx->n_div[i];
1039         num_rounded_down = rounded_up * tctx->n_div[i] - bit_size;
1040         num_rounded_up = tctx->n_div[i] - num_rounded_down;
1041         tctx->bits_main_spec[0][i][0] = (rounded_up   + 1)/2;
1042         tctx->bits_main_spec[1][i][0] = (rounded_up      )/2;
1043         tctx->bits_main_spec[0][i][1] = (rounded_down + 1)/2;
1044         tctx->bits_main_spec[1][i][1] = (rounded_down    )/2;
1045         tctx->bits_main_spec_change[i] = num_rounded_up;
1046
1047         rounded_up   = (vect_size + tctx->n_div[i] - 1)/tctx->n_div[i];
1048         rounded_down = (vect_size                     )/tctx->n_div[i];
1049         num_rounded_down = rounded_up * tctx->n_div[i] - vect_size;
1050         num_rounded_up = tctx->n_div[i] - num_rounded_down;
1051         tctx->length[i][0] = rounded_up;
1052         tctx->length[i][1] = rounded_down;
1053         tctx->length_change[i] = num_rounded_up;
1054     }
1055
1056     for (frametype = FT_SHORT; frametype <= FT_PPC; frametype++)
1057         construct_perm_table(tctx, frametype);
1058 }
1059
1060 static av_cold int twin_decode_init(AVCodecContext *avctx)
1061 {
1062     TwinContext *tctx = avctx->priv_data;
1063     int isampf = avctx->sample_rate/1000;
1064     int ibps = avctx->bit_rate/(1000 * avctx->channels);
1065
1066     tctx->avctx       = avctx;
1067     avctx->sample_fmt = SAMPLE_FMT_FLT;
1068
1069     if (avctx->channels > 2) {
1070         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported number of channels: %i\n",
1071                avctx->channels);
1072         return -1;
1073     }
1074
1075     switch ((isampf << 8) +  ibps) {
1076     case (8 <<8) +  8: tctx->mtab = &mode_08_08; break;
1077     case (11<<8) +  8: tctx->mtab = &mode_11_08; break;
1078     case (11<<8) + 10: tctx->mtab = &mode_11_10; break;
1079     case (16<<8) + 16: tctx->mtab = &mode_16_16; break;
1080     case (22<<8) + 20: tctx->mtab = &mode_22_20; break;
1081     case (22<<8) + 24: tctx->mtab = &mode_22_24; break;
1082     case (22<<8) + 32: tctx->mtab = &mode_22_32; break;
1083     case (44<<8) + 40: tctx->mtab = &mode_44_40; break;
1084     case (44<<8) + 48: tctx->mtab = &mode_44_48; break;
1085     default:
1086         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "This version does not support %d kHz - %d kbit/s/ch mode.\n", isampf, isampf);
1087         return -1;
1088     }
1089
1090     dsputil_init(&tctx->dsp, avctx);
1091     init_mdct_win(tctx);
1092     init_bitstream_params(tctx);
1093
1094     memset_float(tctx->bark_hist[0][0], 0.1, FF_ARRAY_ELEMS(tctx->bark_hist));
1095
1096     return 0;
1097 }
1098
1099 static av_cold int twin_decode_close(AVCodecContext *avctx)
1100 {
1101     TwinContext *tctx = avctx->priv_data;
1102     int i;
1103
1104     for (i = 0; i < 3; i++) {
1105         ff_mdct_end(&tctx->mdct_ctx[i]);
1106         av_free(tctx->cos_tabs[i]);
1107     }
1108
1109
1110     av_free(tctx->curr_frame);
1111     av_free(tctx->spectrum);
1112     av_free(tctx->prev_frame);
1113     av_free(tctx->tmp_buf);
1114
1115     return 0;
1116 }
1117
1118 AVCodec twinvq_decoder =
1119 {
1120     "twinvq",
1121     CODEC_TYPE_AUDIO,
1122     CODEC_ID_TWINVQ,
1123     sizeof(TwinContext),
1124     twin_decode_init,
1125     NULL,
1126     twin_decode_close,
1127     twin_decode_frame,
1128     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VQF TwinVQ"),
1129 };