Use enum FrameType as parameter to construct_perm_table().
[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
26 #include <math.h>
27 #include <stdint.h>
28
29 #include "twinvq_data.h"
30
31 enum FrameType {
32     FT_SHORT = 0,  ///< Short frame  (divided in n   sub-blocks)
33     FT_MEDIUM,     ///< Medium frame (divided in m<n sub-blocks)
34     FT_LONG,       ///< Long frame   (single sub-block + PPC)
35     FT_PPC,        ///< Periodic Peak Component (part of the long frame)
36 };
37
38 /**
39  * Parameters and tables that are different for each frame type
40  */
41 struct FrameMode {
42     uint8_t         sub;      ///< Number subblocks in each frame
43     const uint16_t *bark_tab;
44
45     /** number of distinct bark scale envelope values */
46     uint8_t         bark_env_size;
47
48     const int16_t  *bark_cb;    ///< codebook for the bark scale envelope (BSE)
49     uint8_t         bark_n_coef;///< number of BSE CB coefficients to read
50     uint8_t         bark_n_bit; ///< number of bits of the BSE coefs
51
52     //@{
53     /** main codebooks for spectrum data */
54     const int16_t    *cb0;
55     const int16_t    *cb1;
56     //@}
57
58     uint8_t         cb_len_read; ///< number of spectrum coefficients to read
59 };
60
61 /**
62  * Parameters and tables that are different for every combination of
63  * bitrate/sample rate
64  */
65 typedef struct {
66     struct FrameMode fmode[3]; ///< frame type-dependant parameters
67
68     uint16_t     size;        ///< frame size in samples
69     uint8_t      n_lsp;       ///< number of lsp coefficients
70     const float *lspcodebook;
71
72     /* number of bits of the different LSP CB coefficients */
73     uint8_t      lsp_bit0;
74     uint8_t      lsp_bit1;
75     uint8_t      lsp_bit2;
76
77     uint8_t      lsp_split;      ///< number of CB entries for the LSP decoding
78     const int16_t *ppc_shape_cb; ///< PPC shape CB
79
80     /** number of the bits for the PPC period value */
81     uint8_t      ppc_period_bit;
82
83     uint8_t      ppc_shape_bit;  ///< number of bits of the PPC shape CB coeffs
84     uint8_t      ppc_shape_len;  ///< size of PPC shape CB
85     uint8_t      pgain_bit;      ///< bits for PPC gain
86
87     /** constant for peak period to peak width conversion */
88     uint16_t     peak_per2wid;
89 } ModeTab;
90
91 static const ModeTab mode_08_08 = {
92     {
93         { 8, bark_tab_s08_64,  10, tab.fcb08s  , 1, 5, tab.cb0808s0, tab.cb0808s1, 18},
94         { 2, bark_tab_m08_256, 20, tab.fcb08m  , 2, 5, tab.cb0808m0, tab.cb0808m1, 16},
95         { 1, bark_tab_l08_512, 30, tab.fcb08l  , 3, 6, tab.cb0808l0, tab.cb0808l1, 17}
96     },
97     512 , 12, tab.lsp08,   1, 5, 3, 3, tab.shape08  , 8, 28, 20, 6, 40
98 };
99
100 static const ModeTab mode_11_08 = {
101     {
102         { 8, bark_tab_s11_64,  10, tab.fcb11s  , 1, 5, tab.cb1108s0, tab.cb1108s1, 29},
103         { 2, bark_tab_m11_256, 20, tab.fcb11m  , 2, 5, tab.cb1108m0, tab.cb1108m1, 24},
104         { 1, bark_tab_l11_512, 30, tab.fcb11l  , 3, 6, tab.cb1108l0, tab.cb1108l1, 27}
105     },
106     512 , 16, tab.lsp11,   1, 6, 4, 3, tab.shape11  , 9, 36, 30, 7, 90
107 };
108
109 static const ModeTab mode_11_10 = {
110     {
111         { 8, bark_tab_s11_64,  10, tab.fcb11s  , 1, 5, tab.cb1110s0, tab.cb1110s1, 21},
112         { 2, bark_tab_m11_256, 20, tab.fcb11m  , 2, 5, tab.cb1110m0, tab.cb1110m1, 18},
113         { 1, bark_tab_l11_512, 30, tab.fcb11l  , 3, 6, tab.cb1110l0, tab.cb1110l1, 20}
114     },
115     512 , 16, tab.lsp11,   1, 6, 4, 3, tab.shape11  , 9, 36, 30, 7, 90
116 };
117
118 static const ModeTab mode_16_16 = {
119     {
120         { 8, bark_tab_s16_128, 10, tab.fcb16s  , 1, 5, tab.cb1616s0, tab.cb1616s1, 16},
121         { 2, bark_tab_m16_512, 20, tab.fcb16m  , 2, 5, tab.cb1616m0, tab.cb1616m1, 15},
122         { 1, bark_tab_l16_1024,30, tab.fcb16l  , 3, 6, tab.cb1616l0, tab.cb1616l1, 16}
123     },
124     1024, 16, tab.lsp16,   1, 6, 4, 3, tab.shape16  , 9, 56, 60, 7, 180
125 };
126
127 static const ModeTab mode_22_20 = {
128     {
129         { 8, bark_tab_s22_128, 10, tab.fcb22s_1, 1, 6, tab.cb2220s0, tab.cb2220s1, 18},
130         { 2, bark_tab_m22_512, 20, tab.fcb22m_1, 2, 6, tab.cb2220m0, tab.cb2220m1, 17},
131         { 1, bark_tab_l22_1024,32, tab.fcb22l_1, 4, 6, tab.cb2220l0, tab.cb2220l1, 18}
132     },
133     1024, 16, tab.lsp22_1, 1, 6, 4, 3, tab.shape22_1, 9, 56, 36, 7, 144
134 };
135
136 static const ModeTab mode_22_24 = {
137     {
138         { 8, bark_tab_s22_128, 10, tab.fcb22s_1, 1, 6, tab.cb2224s0, tab.cb2224s1, 15},
139         { 2, bark_tab_m22_512, 20, tab.fcb22m_1, 2, 6, tab.cb2224m0, tab.cb2224m1, 14},
140         { 1, bark_tab_l22_1024,32, tab.fcb22l_1, 4, 6, tab.cb2224l0, tab.cb2224l1, 15}
141     },
142     1024, 16, tab.lsp22_1, 1, 6, 4, 3, tab.shape22_1, 9, 56, 36, 7, 144
143 };
144
145 static const ModeTab mode_22_32 = {
146     {
147         { 4, bark_tab_s22_128, 10, tab.fcb22s_2, 1, 6, tab.cb2232s0, tab.cb2232s1, 11},
148         { 2, bark_tab_m22_256, 20, tab.fcb22m_2, 2, 6, tab.cb2232m0, tab.cb2232m1, 11},
149         { 1, bark_tab_l22_512, 32, tab.fcb22l_2, 4, 6, tab.cb2232l0, tab.cb2232l1, 12}
150     },
151     512 , 16, tab.lsp22_2, 1, 6, 4, 4, tab.shape22_2, 9, 56, 36, 7, 72
152 };
153
154 static const ModeTab mode_44_40 = {
155     {
156         {16, bark_tab_s44_128, 10, tab.fcb44s  , 1, 6, tab.cb4440s0, tab.cb4440s1, 18},
157         { 4, bark_tab_m44_512, 20, tab.fcb44m  , 2, 6, tab.cb4440m0, tab.cb4440m1, 17},
158         { 1, bark_tab_l44_2048,40, tab.fcb44l  , 4, 6, tab.cb4440l0, tab.cb4440l1, 17}
159     },
160     2048, 20, tab.lsp44,   1, 6, 4, 4, tab.shape44  , 9, 84, 54, 7, 432
161 };
162
163 static const ModeTab mode_44_48 = {
164     {
165         {16, bark_tab_s44_128, 10, tab.fcb44s  , 1, 6, tab.cb4448s0, tab.cb4448s1, 15},
166         { 4, bark_tab_m44_512, 20, tab.fcb44m  , 2, 6, tab.cb4448m0, tab.cb4448m1, 14},
167         { 1, bark_tab_l44_2048,40, tab.fcb44l  , 4, 6, tab.cb4448l0, tab.cb4448l1, 14}
168     },
169     2048, 20, tab.lsp44,   1, 6, 4, 4, tab.shape44  , 9, 84, 54, 7, 432
170 };
171
172 typedef struct TwinContext {
173     AVCodecContext *avctx;
174     DSPContext      dsp;
175     FFTContext mdct_ctx[3];
176
177     const ModeTab *mtab;
178
179     // history
180     float lsp_hist[2][20];           ///< LSP coefficients of the last frame
181     float bark_hist[3][2][40];       ///< BSE coefficients of last frame
182
183     // bitstream parameters
184     int16_t permut[4][4096];
185     uint8_t length[4][2];            ///< main codebook stride
186     uint8_t length_change[4];
187     uint8_t bits_main_spec[2][4][2]; ///< bits for the main codebook
188     int bits_main_spec_change[4];
189     int n_div[4];
190
191     float *spectrum;
192     float *curr_frame;               ///< non-interleaved output
193     float *prev_frame;               ///< non-interleaved previous frame
194     int last_block_pos[2];
195
196     float *cos_tabs[3];
197
198     // scratch buffers
199     float *tmp_buf;
200 } TwinContext;
201
202 #define PPC_SHAPE_CB_SIZE 64
203 #define SUB_AMP_MAX       4500.0
204 #define MULAW_MU          100.0
205 #define GAIN_BITS         8
206 #define AMP_MAX           13000.0
207 #define SUB_GAIN_BITS     5
208 #define WINDOW_TYPE_BITS  4
209 #define PGAIN_MU          200
210
211 /** @note not speed critical, hence not optimized */
212 static void memset_float(float *buf, float val, int size)
213 {
214     while (size--)
215         *buf++ = val;
216 }
217
218 /**
219  * Evaluate a single LPC amplitude spectrum envelope coefficient from the line
220  * spectrum pairs.
221  *
222  * @param lsp a vector of the cosinus of the LSP values
223  * @param cos_val cos(PI*i/N) where i is the index of the LPC amplitude
224  * @param order the order of the LSP (and the size of the *lsp buffer). Must
225  *        be a multiple of four.
226  * @return the LPC value
227  *
228  * @todo reuse code from vorbis_dec.c: vorbis_floor0_decode
229  */
230 static float eval_lpc_spectrum(const float *lsp, float cos_val, int order)
231 {
232     int j;
233     float p = 0.5f;
234     float q = 0.5f;
235     float two_cos_w = 2.0f*cos_val;
236
237     for (j = 0; j + 1 < order; j += 2*2) {
238         // Unroll the loop once since order is a multiple of four
239         q *= lsp[j  ] - two_cos_w;
240         p *= lsp[j+1] - two_cos_w;
241
242         q *= lsp[j+2] - two_cos_w;
243         p *= lsp[j+3] - two_cos_w;
244     }
245
246     p *= p * (2.0f - two_cos_w);
247     q *= q * (2.0f + two_cos_w);
248
249     return 0.5 / (p + q);
250 }
251
252 /**
253  * Evaluates the LPC amplitude spectrum envelope from the line spectrum pairs.
254  */
255 static void eval_lpcenv(TwinContext *tctx, const float *cos_vals, float *lpc)
256 {
257     int i;
258     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
259     int size_s = mtab->size / mtab->fmode[FT_SHORT].sub;
260
261     for (i = 0; i < size_s/2; i++) {
262         float cos_i = tctx->cos_tabs[0][i];
263         lpc[i]          = eval_lpc_spectrum(cos_vals,  cos_i, mtab->n_lsp);
264         lpc[size_s-i-1] = eval_lpc_spectrum(cos_vals, -cos_i, mtab->n_lsp);
265     }
266 }
267
268 static void interpolate(float *out, float v1, float v2, int size)
269 {
270     int i;
271     float step = (v1 - v2)/(size + 1);
272
273     for (i = 0; i < size; i++) {
274         v2 += step;
275         out[i] = v2;
276     }
277 }
278
279 static inline float get_cos(int idx, int part, const float *cos_tab, int size)
280 {
281     return part ? -cos_tab[size - idx - 1] :
282                    cos_tab[       idx    ];
283 }
284
285 /**
286  * Evaluates the LPC amplitude spectrum envelope from the line spectrum pairs.
287  * Probably for speed reasons, the coefficients are evaluated as
288  * siiiibiiiisiiiibiiiisiiiibiiiisiiiibiiiis ...
289  * where s is an evaluated value, i is a value interpolated from the others
290  * and b might be either calculated or interpolated, depending on an
291  * unexplained condition.
292  *
293  * @param step the size of a block "siiiibiiii"
294  * @param in the cosinus of the LSP data
295  * @param part is 0 for 0...PI (positive cossinus values) and 1 for PI...2PI
296           (negative cossinus values)
297  * @param size the size of the whole output
298  */
299 static inline void eval_lpcenv_or_interp(TwinContext *tctx,
300                                          enum FrameType ftype,
301                                          float *out, const float *in,
302                                          int size, int step, int part)
303 {
304     int i;
305     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
306     const float *cos_tab = tctx->cos_tabs[ftype];
307
308     // Fill the 's'
309     for (i = 0; i < size; i += step)
310         out[i] =
311             eval_lpc_spectrum(in,
312                               get_cos(i, part, cos_tab, size),
313                               mtab->n_lsp);
314
315     // Fill the 'iiiibiiii'
316     for (i = step; i <= size - 2*step; i += step) {
317         if (out[i + step] + out[i - step] >  1.95*out[i] ||
318             out[i + step]                 >=  out[i - step]) {
319             interpolate(out + i - step + 1, out[i], out[i-step], step - 1);
320         } else {
321             out[i - step/2] =
322                 eval_lpc_spectrum(in,
323                                   get_cos(i-step/2, part, cos_tab, size),
324                                   mtab->n_lsp);
325             interpolate(out + i - step   + 1, out[i-step/2], out[i-step  ], step/2 - 1);
326             interpolate(out + i - step/2 + 1, out[i       ], out[i-step/2], step/2 - 1);
327         }
328     }
329
330     interpolate(out + size - 2*step + 1, out[size-step], out[size - 2*step], step - 1);
331 }
332
333 static void eval_lpcenv_2parts(TwinContext *tctx, enum FrameType ftype,
334                                const float *buf, float *lpc,
335                                int size, int step)
336 {
337     eval_lpcenv_or_interp(tctx, ftype, lpc         , buf, size/2,   step, 0);
338     eval_lpcenv_or_interp(tctx, ftype, lpc + size/2, buf, size/2, 2*step, 1);
339
340     interpolate(lpc+size/2-step+1, lpc[size/2], lpc[size/2-step], step);
341
342     memset_float(lpc + size - 2*step + 1, lpc[size - 2*step], 2*step - 1);
343 }
344
345 /**
346  * Inverse quantization. Read CB coefficients for cb1 and cb2 from the
347  * bitstream, sum the corresponding vectors and write the result to *out
348  * after permutation.
349  */
350 static void dequant(TwinContext *tctx, GetBitContext *gb, float *out,
351                     enum FrameType ftype,
352                     const int16_t *cb0, const int16_t *cb1, int cb_len)
353 {
354     int pos = 0;
355     int i, j;
356
357     for (i = 0; i < tctx->n_div[ftype]; i++) {
358         int tmp0, tmp1;
359         int sign0 = 1;
360         int sign1 = 1;
361         const int16_t *tab0, *tab1;
362         int length = tctx->length[ftype][i >= tctx->length_change[ftype]];
363         int bitstream_second_part = (i >= tctx->bits_main_spec_change[ftype]);
364
365         int bits = tctx->bits_main_spec[0][ftype][bitstream_second_part];
366         if (bits == 7) {
367             if (get_bits1(gb))
368                 sign0 = -1;
369             bits = 6;
370         }
371         tmp0 = get_bits(gb, bits);
372
373         bits = tctx->bits_main_spec[1][ftype][bitstream_second_part];
374
375         if (bits == 7) {
376             if (get_bits1(gb))
377                 sign1 = -1;
378
379             bits = 6;
380         }
381         tmp1 = get_bits(gb, bits);
382
383         tab0 = cb0 + tmp0*cb_len;
384         tab1 = cb1 + tmp1*cb_len;
385
386         for (j = 0; j < length; j++)
387             out[tctx->permut[ftype][pos+j]] = sign0*tab0[j] + sign1*tab1[j];
388
389         pos += length;
390     }
391
392 }
393
394 static inline float mulawinv(float y, float clip, float mu)
395 {
396     y = av_clipf(y/clip, -1, 1);
397     return clip * FFSIGN(y) * (exp(log(1+mu) * fabs(y)) - 1) / mu;
398 }
399
400 /**
401  * Evaluate a*b/400 rounded to the nearest integer. When, for example,
402  * a*b == 200 and the nearest integer is ill-defined, use a table to emulate
403  * the following broken float-based implementation used by the binary decoder:
404  *
405  * \code
406  * static int very_broken_op(int a, int b)
407  * {
408  *    static float test; // Ugh, force gcc to do the division first...
409  *
410  *    test = a/400.;
411  *    return b * test +  0.5;
412  * }
413  * \endcode
414  *
415  * @note if this function is replaced by just ROUNDED_DIV(a*b,400.), the stddev
416  * between the original file (before encoding with Yamaha encoder) and the
417  * decoded output increases, which leads one to believe that the encoder expects
418  * exactly this broken calculation.
419  */
420 static int very_broken_op(int a, int b)
421 {
422     int x = a*b + 200;
423     int size;
424     const uint8_t *rtab;
425
426     if (x%400 || b%5)
427         return x/400;
428
429     x /= 400;
430
431     size = tabs[b/5].size;
432     rtab = tabs[b/5].tab;
433     return x - rtab[size*av_log2(2*(x - 1)/size)+(x - 1)%size];
434 }
435
436 /**
437  * Sum to data a periodic peak of a given period, width and shape.
438  *
439  * @param period the period of the peak divised by 400.0
440  */
441 static void add_peak(int period, int width, const float *shape,
442                      float ppc_gain, float *speech, int len)
443 {
444     int i, j;
445
446     const float *shape_end = shape + len;
447     int center;
448
449     // First peak centered around zero
450     for (i = 0; i < width/2; i++)
451         speech[i] += ppc_gain * *shape++;
452
453     for (i = 1; i < ROUNDED_DIV(len,width) ; i++) {
454         center = very_broken_op(period, i);
455         for (j = -width/2; j < (width+1)/2; j++)
456             speech[j+center] += ppc_gain * *shape++;
457     }
458
459     // For the last block, be careful not to go beyond the end of the buffer
460     center = very_broken_op(period, i);
461     for (j = -width/2; j < (width + 1)/2 && shape < shape_end; j++)
462         speech[j+center] += ppc_gain * *shape++;
463 }
464
465 static void decode_ppc(TwinContext *tctx, int period_coef, const float *shape,
466                        float ppc_gain, float *speech)
467 {
468     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
469     int isampf = tctx->avctx->sample_rate/1000;
470     int ibps = tctx->avctx->bit_rate/(1000 * tctx->avctx->channels);
471     int min_period = ROUNDED_DIV(  40*2*mtab->size, isampf);
472     int max_period = ROUNDED_DIV(6*40*2*mtab->size, isampf);
473     int period_range = max_period - min_period;
474
475     // This is actually the period multiplied by 400. It is just linearly coded
476     // between its maximum and minimum value.
477     int period = min_period +
478         ROUNDED_DIV(period_coef*period_range, (1 << mtab->ppc_period_bit) - 1);
479     int width;
480
481     if (isampf == 22 && ibps == 32) {
482         // For some unknown reason, NTT decided to code this case differently...
483         width = ROUNDED_DIV((period + 800)* mtab->peak_per2wid, 400*mtab->size);
484     } else
485         width =             (period      )* mtab->peak_per2wid/(400*mtab->size);
486
487     add_peak(period, width, shape, ppc_gain, speech, mtab->ppc_shape_len);
488 }
489
490 static void dec_gain(TwinContext *tctx, GetBitContext *gb, enum FrameType ftype,
491                      float *out)
492 {
493     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
494     int i, j;
495     int sub = mtab->fmode[ftype].sub;
496     float step     = AMP_MAX     / ((1 <<     GAIN_BITS) - 1);
497     float sub_step = SUB_AMP_MAX / ((1 << SUB_GAIN_BITS) - 1);
498
499     if (ftype == FT_LONG) {
500         for (i = 0; i < tctx->avctx->channels; i++)
501             out[i] = (1./(1<<13)) *
502                 mulawinv(step * 0.5 + step * get_bits(gb, GAIN_BITS),
503                          AMP_MAX, MULAW_MU);
504     } else {
505         for (i = 0; i < tctx->avctx->channels; i++) {
506             float val = (1./(1<<23)) *
507                 mulawinv(step * 0.5 + step * get_bits(gb, GAIN_BITS),
508                          AMP_MAX, MULAW_MU);
509
510             for (j = 0; j < sub; j++) {
511                 out[i*sub + j] =
512                     val*mulawinv(sub_step* 0.5 +
513                                  sub_step* get_bits(gb, SUB_GAIN_BITS),
514                                  SUB_AMP_MAX, MULAW_MU);
515             }
516         }
517     }
518 }
519
520 /**
521  * Rearrange the LSP coefficients so that they have a minimum distance of
522  * min_dist. This function does it exactly as described in section of 3.2.4
523  * of the G.729 specification (but interestingly is different from what the
524  * reference decoder actually does).
525  */
526 static void rearrange_lsp(int order, float *lsp, float min_dist)
527 {
528     int i;
529     float min_dist2 = min_dist * 0.5;
530     for (i = 1; i < order; i++)
531         if (lsp[i] - lsp[i-1] < min_dist) {
532             float avg = (lsp[i] + lsp[i-1]) * 0.5;
533
534             lsp[i-1] = avg - min_dist2;
535             lsp[i  ] = avg + min_dist2;
536         }
537 }
538
539 static void bubblesort(float *lsp, int lp_order)
540 {
541     int i,j;
542
543     /* sort lsp in ascending order. float bubble agorithm,
544        O(n) if data already sorted, O(n^2) - otherwise */
545     for (i = 0; i < lp_order - 1; i++)
546         for (j = i; j >= 0 && lsp[j] > lsp[j+1]; j--)
547             FFSWAP(float, lsp[j], lsp[j+1]);
548 }
549
550 static void decode_lsp(TwinContext *tctx, int lpc_idx1, uint8_t *lpc_idx2,
551                        int lpc_hist_idx, float *lsp, float *hist)
552 {
553     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
554     int i, j;
555
556     const float *cb  =  mtab->lspcodebook;
557     const float *cb2 =  cb  + (1 << mtab->lsp_bit1)*mtab->n_lsp;
558     const float *cb3 =  cb2 + (1 << mtab->lsp_bit2)*mtab->n_lsp;
559
560     const int8_t funny_rounding[4] = {
561         -2,
562         mtab->lsp_split == 4 ? -2 : 1,
563         mtab->lsp_split == 4 ? -2 : 1,
564         0
565     };
566
567     j = 0;
568     for (i = 0; i < mtab->lsp_split; i++) {
569         int chunk_end = ((i + 1)*mtab->n_lsp + funny_rounding[i])/mtab->lsp_split;
570         for (; j < chunk_end; j++)
571             lsp[j] = cb [lpc_idx1    * mtab->n_lsp + j] +
572                      cb2[lpc_idx2[i] * mtab->n_lsp + j];
573     }
574
575     rearrange_lsp(mtab->n_lsp, lsp, 0.0001);
576
577     for (i = 0; i < mtab->n_lsp; i++) {
578         float tmp1 = 1. -          cb3[lpc_hist_idx*mtab->n_lsp + i];
579         float tmp2 =     hist[i] * cb3[lpc_hist_idx*mtab->n_lsp + i];
580         hist[i] = lsp[i];
581         lsp[i]  = lsp[i] * tmp1 + tmp2;
582     }
583
584     rearrange_lsp(mtab->n_lsp, lsp, 0.0001);
585     rearrange_lsp(mtab->n_lsp, lsp, 0.000095);
586     bubblesort(lsp, mtab->n_lsp);
587 }
588
589 static void dec_lpc_spectrum_inv(TwinContext *tctx, float *lsp,
590                                  enum FrameType ftype, float *lpc)
591 {
592     int i;
593     int size = tctx->mtab->size / tctx->mtab->fmode[ftype].sub;
594
595     for (i = 0; i < tctx->mtab->n_lsp; i++)
596         lsp[i] =  2*cos(lsp[i]);
597
598     switch (ftype) {
599     case FT_LONG:
600         eval_lpcenv_2parts(tctx, ftype, lsp, lpc, size, 8);
601         break;
602     case FT_MEDIUM:
603         eval_lpcenv_2parts(tctx, ftype, lsp, lpc, size, 2);
604         break;
605     case FT_SHORT:
606         eval_lpcenv(tctx, lsp, lpc);
607         break;
608     }
609 }
610
611 static void imdct_and_window(TwinContext *tctx, enum FrameType ftype, int wtype,
612                             float *in, float *prev, int ch)
613 {
614     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
615     int bsize = mtab->size / mtab->fmode[ftype].sub;
616     int size  = mtab->size;
617     float *buf1 = tctx->tmp_buf;
618     int j;
619     int wsize; // Window size
620     float *out = tctx->curr_frame + 2*ch*mtab->size;
621     float *out2 = out;
622     float *prev_buf;
623     int first_wsize;
624
625     static const uint8_t wtype_to_wsize[]      = {0, 0, 2, 2, 2, 1, 0, 1, 1};
626     int types_sizes[] = {
627         mtab->size /    mtab->fmode[FT_LONG  ].sub,
628         mtab->size /    mtab->fmode[FT_MEDIUM].sub,
629         mtab->size / (2*mtab->fmode[FT_SHORT ].sub),
630     };
631
632     wsize = types_sizes[wtype_to_wsize[wtype]];
633     first_wsize = wsize;
634     prev_buf = prev + (size - bsize)/2;
635
636     for (j = 0; j < mtab->fmode[ftype].sub; j++) {
637         int sub_wtype = ftype == FT_MEDIUM ? 8 : wtype;
638
639         if (!j && wtype == 4)
640             sub_wtype = 4;
641         else if (j == mtab->fmode[ftype].sub-1 && wtype == 7)
642             sub_wtype = 7;
643
644         wsize = types_sizes[wtype_to_wsize[sub_wtype]];
645
646         ff_imdct_half(&tctx->mdct_ctx[ftype], buf1 + bsize*j, in + bsize*j);
647
648         tctx->dsp.vector_fmul_window(out2,
649                                      prev_buf + (bsize-wsize)/2,
650                                      buf1 + bsize*j,
651                                      ff_sine_windows[av_log2(wsize)],
652                                      0.0,
653                                      wsize/2);
654         out2 += wsize;
655
656         memcpy(out2, buf1 + bsize*j + wsize/2, (bsize - wsize/2)*sizeof(float));
657
658         out2 += ftype == FT_MEDIUM ? (bsize-wsize)/2 : bsize - wsize;
659
660         prev_buf = buf1 + bsize*j + bsize/2;
661     }
662
663     tctx->last_block_pos[ch] = (size + first_wsize)/2;
664 }
665
666 static void imdct_output(TwinContext *tctx, enum FrameType ftype, int wtype,
667                          float *out)
668 {
669     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
670     float *prev_buf = tctx->prev_frame + tctx->last_block_pos[0];
671     int i, j;
672
673     for (i = 0; i < tctx->avctx->channels; i++) {
674         imdct_and_window(tctx, ftype, wtype,
675                          tctx->spectrum + i*mtab->size,
676                          prev_buf + 2*i*mtab->size,
677                          i);
678     }
679
680     if (tctx->avctx->channels == 2) {
681         for (i = 0; i < mtab->size - tctx->last_block_pos[0]; i++) {
682             float f1 = prev_buf[               i];
683             float f2 = prev_buf[2*mtab->size + i];
684             out[2*i    ] = f1 + f2;
685             out[2*i + 1] = f1 - f2;
686         }
687         for (j = 0; i < mtab->size; j++,i++) {
688             float f1 = tctx->curr_frame[               j];
689             float f2 = tctx->curr_frame[2*mtab->size + j];
690             out[2*i    ] = f1 + f2;
691             out[2*i + 1] = f1 - f2;
692         }
693     } else {
694         memcpy(out, prev_buf,
695                (mtab->size - tctx->last_block_pos[0]) * sizeof(*out));
696
697         out +=  mtab->size - tctx->last_block_pos[0];
698
699         memcpy(out, tctx->curr_frame,
700                (tctx->last_block_pos[0]) * sizeof(*out));
701     }
702
703 }
704
705 static void dec_bark_env(TwinContext *tctx, const uint8_t *in, int use_hist,
706                          int ch, float *out, float gain, enum FrameType ftype)
707 {
708     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
709     int i,j;
710     float *hist = tctx->bark_hist[ftype][ch];
711     float val = ((const float []) {0.4, 0.35, 0.28})[ftype];
712     int bark_n_coef  = mtab->fmode[ftype].bark_n_coef;
713     int fw_cb_len = mtab->fmode[ftype].bark_env_size / bark_n_coef;
714     int idx = 0;
715
716     for (i = 0; i < fw_cb_len; i++)
717         for (j = 0; j < bark_n_coef; j++, idx++) {
718             float tmp2 =
719                 mtab->fmode[ftype].bark_cb[fw_cb_len*in[j] + i] * (1./4096);
720             float st = use_hist ?
721                 (1. - val) * tmp2 + val*hist[idx] + 1. : tmp2 + 1.;
722
723             hist[idx] = tmp2;
724             if (st < -1.) st = 1.;
725
726             memset_float(out, st * gain, mtab->fmode[ftype].bark_tab[idx]);
727             out += mtab->fmode[ftype].bark_tab[idx];
728         }
729
730 }
731
732 static void read_and_decode_spectrum(TwinContext *tctx, GetBitContext *gb,
733                                      float *out, enum FrameType ftype)
734 {
735     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
736     int channels = tctx->avctx->channels;
737     int sub = mtab->fmode[ftype].sub;
738     int block_size = mtab->size / sub;
739     float gain[channels*sub];
740     float ppc_shape[mtab->ppc_shape_len * channels * 4];
741     uint8_t bark1[channels][sub][mtab->fmode[ftype].bark_n_coef];
742     uint8_t bark_use_hist[channels][sub];
743
744     uint8_t lpc_idx1[channels];
745     uint8_t lpc_idx2[channels][tctx->mtab->lsp_split];
746     uint8_t lpc_hist_idx[channels];
747
748     int i, j, k;
749
750     dequant(tctx, gb, out, ftype,
751             mtab->fmode[ftype].cb0, mtab->fmode[ftype].cb1,
752             mtab->fmode[ftype].cb_len_read);
753
754     for (i = 0; i < channels; i++)
755         for (j = 0; j < sub; j++)
756             for (k = 0; k < mtab->fmode[ftype].bark_n_coef; k++)
757                 bark1[i][j][k] =
758                     get_bits(gb, mtab->fmode[ftype].bark_n_bit);
759
760     for (i = 0; i < channels; i++)
761         for (j = 0; j < sub; j++)
762             bark_use_hist[i][j] = get_bits1(gb);
763
764     dec_gain(tctx, gb, ftype, gain);
765
766     for (i = 0; i < channels; i++) {
767         lpc_hist_idx[i] = get_bits(gb, tctx->mtab->lsp_bit0);
768         lpc_idx1    [i] = get_bits(gb, tctx->mtab->lsp_bit1);
769
770         for (j = 0; j < tctx->mtab->lsp_split; j++)
771             lpc_idx2[i][j] = get_bits(gb, tctx->mtab->lsp_bit2);
772     }
773
774     if (ftype == FT_LONG) {
775         int cb_len_p = (tctx->n_div[3] + mtab->ppc_shape_len*channels - 1)/
776             tctx->n_div[3];
777         dequant(tctx, gb, ppc_shape, FT_PPC, mtab->ppc_shape_cb,
778                 mtab->ppc_shape_cb + cb_len_p*PPC_SHAPE_CB_SIZE, cb_len_p);
779     }
780
781     for (i = 0; i < channels; i++) {
782         float *chunk = out + mtab->size * i;
783         float lsp[tctx->mtab->n_lsp];
784
785         for (j = 0; j < sub; j++) {
786             dec_bark_env(tctx, bark1[i][j], bark_use_hist[i][j], i,
787                          tctx->tmp_buf, gain[sub*i+j], ftype);
788
789             tctx->dsp.vector_fmul(chunk + block_size*j, tctx->tmp_buf,
790                                   block_size);
791
792         }
793
794         if (ftype == FT_LONG) {
795             float pgain_step = 25000. / ((1 << mtab->pgain_bit) - 1);
796             int p_coef = get_bits(gb, tctx->mtab->ppc_period_bit);
797             int g_coef = get_bits(gb, tctx->mtab->pgain_bit);
798             float v = 1./8192*
799                 mulawinv(pgain_step*g_coef+ pgain_step/2, 25000., PGAIN_MU);
800
801             decode_ppc(tctx, p_coef, ppc_shape + i*mtab->ppc_shape_len, v,
802                        chunk);
803         }
804
805         decode_lsp(tctx, lpc_idx1[i], lpc_idx2[i], lpc_hist_idx[i], lsp,
806                    tctx->lsp_hist[i]);
807
808         dec_lpc_spectrum_inv(tctx, lsp, ftype, tctx->tmp_buf);
809
810         for (j = 0; j < mtab->fmode[ftype].sub; j++) {
811             tctx->dsp.vector_fmul(chunk, tctx->tmp_buf, block_size);
812             chunk += block_size;
813         }
814     }
815 }
816
817 static int twin_decode_frame(AVCodecContext * avctx, void *data,
818                              int *data_size, AVPacket *avpkt)
819 {
820     const uint8_t *buf = avpkt->data;
821     int buf_size = avpkt->size;
822     TwinContext *tctx = avctx->priv_data;
823     GetBitContext gb;
824     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
825     float *out = data;
826     enum FrameType ftype;
827     int window_type;
828     static const enum FrameType wtype_to_ftype_table[] = {
829         FT_LONG,   FT_LONG, FT_SHORT, FT_LONG,
830         FT_MEDIUM, FT_LONG, FT_LONG,  FT_MEDIUM, FT_MEDIUM
831     };
832
833     if (buf_size*8 < avctx->bit_rate*mtab->size/avctx->sample_rate + 8) {
834         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
835                "Frame too small (%d bytes). Truncated file?\n", buf_size);
836         *data_size = 0;
837         return buf_size;
838     }
839
840     init_get_bits(&gb, buf, buf_size * 8);
841     skip_bits(&gb, get_bits(&gb, 8));
842     window_type = get_bits(&gb, WINDOW_TYPE_BITS);
843
844     if (window_type > 8) {
845         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid window type, broken sample?\n");
846         return -1;
847     }
848
849     ftype = wtype_to_ftype_table[window_type];
850
851     read_and_decode_spectrum(tctx, &gb, tctx->spectrum, ftype);
852
853     imdct_output(tctx, ftype, window_type, out);
854
855     FFSWAP(float*, tctx->curr_frame, tctx->prev_frame);
856
857     if (tctx->avctx->frame_number < 2) {
858         *data_size=0;
859         return buf_size;
860     }
861
862     tctx->dsp.vector_clipf(out, out, -32700./(1<<15), 32700./(1<<15),
863                            avctx->channels * mtab->size);
864
865     *data_size = mtab->size*avctx->channels*4;
866
867     return buf_size;
868 }
869
870 /**
871  * Init IMDCT and windowing tables
872  */
873 static av_cold void init_mdct_win(TwinContext *tctx)
874 {
875     int i,j;
876     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
877     int size_s = mtab->size / mtab->fmode[FT_SHORT].sub;
878     int size_m = mtab->size / mtab->fmode[FT_MEDIUM].sub;
879     int channels = tctx->avctx->channels;
880     float norm = channels == 1 ? 2. : 1.;
881
882     for (i = 0; i < 3; i++) {
883         int bsize = tctx->mtab->size/tctx->mtab->fmode[i].sub;
884         ff_mdct_init(&tctx->mdct_ctx[i], av_log2(bsize) + 1, 1,
885                      -sqrt(norm/bsize) / (1<<15));
886     }
887
888     tctx->tmp_buf  = av_malloc(mtab->size            * sizeof(*tctx->tmp_buf));
889
890     tctx->spectrum  = av_malloc(2*mtab->size*channels*sizeof(float));
891     tctx->curr_frame = av_malloc(2*mtab->size*channels*sizeof(float));
892     tctx->prev_frame  = av_malloc(2*mtab->size*channels*sizeof(float));
893
894     for (i = 0; i < 3; i++) {
895         int m = 4*mtab->size/mtab->fmode[i].sub;
896         double freq = 2*M_PI/m;
897         tctx->cos_tabs[i] = av_malloc((m/4)*sizeof(*tctx->cos_tabs));
898
899         for (j = 0; j <= m/8; j++)
900             tctx->cos_tabs[i][j] = cos((2*j + 1)*freq);
901         for (j = 1; j <  m/8; j++)
902             tctx->cos_tabs[i][m/4-j] = tctx->cos_tabs[i][j];
903     }
904
905
906     ff_sine_window_init(ff_sine_windows[av_log2(size_m)    ], size_m  );
907     ff_sine_window_init(ff_sine_windows[av_log2(size_s/2)  ], size_s/2);
908     ff_sine_window_init(ff_sine_windows[av_log2(mtab->size)], mtab->size);
909 }
910
911 /**
912  * Interpret the data as if it were a num_blocks x line_len[0] matrix and for
913  * each line do a cyclic permutation, i.e.
914  * abcdefghijklm -> defghijklmabc
915  * where the amount to be shifted is evaluated depending on the column.
916  */
917 static void permutate_in_line(int16_t *tab, int num_vect, int num_blocks,
918                               int block_size,
919                               const uint8_t line_len[2], int length_div,
920                               enum FrameType ftype)
921
922 {
923     int i,j;
924
925     for (i = 0; i < line_len[0]; i++) {
926         int shift;
927
928         if (num_blocks == 1 ||
929             (ftype == FT_LONG && num_vect % num_blocks) ||
930             (ftype != FT_LONG && num_vect & 1         ) ||
931             i == line_len[1]) {
932             shift = 0;
933         } else if (ftype == FT_LONG) {
934             shift = i;
935         } else
936             shift = i*i;
937
938         for (j = 0; j < num_vect && (j+num_vect*i < block_size*num_blocks); j++)
939             tab[i*num_vect+j] = i*num_vect + (j + shift) % num_vect;
940     }
941 }
942
943 /**
944  * Interpret the input data as in the following table:
945  *
946  * \verbatim
947  *
948  * abcdefgh
949  * ijklmnop
950  * qrstuvw
951  * x123456
952  *
953  * \endverbatim
954  *
955  * and transpose it, giving the output
956  * aiqxbjr1cks2dlt3emu4fvn5gow6hp
957  */
958 static void transpose_perm(int16_t *out, int16_t *in, int num_vect,
959                            const uint8_t line_len[2], int length_div)
960 {
961     int i,j;
962     int cont= 0;
963     for (i = 0; i < num_vect; i++)
964         for (j = 0; j < line_len[i >= length_div]; j++)
965             out[cont++] = in[j*num_vect + i];
966 }
967
968 static void linear_perm(int16_t *out, int16_t *in, int n_blocks, int size)
969 {
970     int block_size = size/n_blocks;
971     int i;
972
973     for (i = 0; i < size; i++)
974         out[i] = block_size * (in[i] % n_blocks) + in[i] / n_blocks;
975 }
976
977 static av_cold void construct_perm_table(TwinContext *tctx,enum FrameType ftype)
978 {
979     int block_size;
980     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
981     int size = tctx->avctx->channels*mtab->fmode[ftype].sub;
982     int16_t *tmp_perm = (int16_t *) tctx->tmp_buf;
983
984     if (ftype == FT_PPC) {
985         size  = tctx->avctx->channels;
986         block_size = mtab->ppc_shape_len;
987     } else
988         block_size = mtab->size / mtab->fmode[ftype].sub;
989
990     permutate_in_line(tmp_perm, tctx->n_div[ftype], size,
991                       block_size, tctx->length[ftype],
992                       tctx->length_change[ftype], ftype);
993
994     transpose_perm(tctx->permut[ftype], tmp_perm, tctx->n_div[ftype],
995                    tctx->length[ftype], tctx->length_change[ftype]);
996
997     linear_perm(tctx->permut[ftype], tctx->permut[ftype], size,
998                 size*block_size);
999 }
1000
1001 static av_cold void init_bitstream_params(TwinContext *tctx)
1002 {
1003     const ModeTab *mtab = tctx->mtab;
1004     int n_ch = tctx->avctx->channels;
1005     int total_fr_bits = tctx->avctx->bit_rate*mtab->size/
1006                              tctx->avctx->sample_rate;
1007
1008     int lsp_bits_per_block = n_ch*(mtab->lsp_bit0 + mtab->lsp_bit1 +
1009                                    mtab->lsp_split*mtab->lsp_bit2);
1010
1011     int ppc_bits = n_ch*(mtab->pgain_bit + mtab->ppc_shape_bit +
1012                          mtab->ppc_period_bit);
1013
1014     int bsize_no_main_cb[3];
1015     int bse_bits[3];
1016     int i;
1017     enum FrameType frametype;
1018
1019     for (i = 0; i < 3; i++)
1020         // +1 for history usage switch
1021         bse_bits[i] = n_ch *
1022             (mtab->fmode[i].bark_n_coef * mtab->fmode[i].bark_n_bit + 1);
1023
1024     bsize_no_main_cb[2] = bse_bits[2] + lsp_bits_per_block + ppc_bits +
1025                           WINDOW_TYPE_BITS + n_ch*GAIN_BITS;
1026
1027     for (i = 0; i < 2; i++)
1028         bsize_no_main_cb[i] =
1029             lsp_bits_per_block + n_ch*GAIN_BITS + WINDOW_TYPE_BITS +
1030             mtab->fmode[i].sub*(bse_bits[i] + n_ch*SUB_GAIN_BITS);
1031
1032     // The remaining bits are all used for the main spectrum coefficients
1033     for (i = 0; i < 4; i++) {
1034         int bit_size;
1035         int vect_size;
1036         int rounded_up, rounded_down, num_rounded_down, num_rounded_up;
1037         if (i == 3) {
1038             bit_size  = n_ch * mtab->ppc_shape_bit;
1039             vect_size = n_ch * mtab->ppc_shape_len;
1040         } else {
1041             bit_size = total_fr_bits - bsize_no_main_cb[i];
1042             vect_size = n_ch * mtab->size;
1043         }
1044
1045         tctx->n_div[i] = (bit_size + 13) / 14;
1046
1047         rounded_up   = (bit_size + tctx->n_div[i] - 1)/tctx->n_div[i];
1048         rounded_down = (bit_size           )/tctx->n_div[i];
1049         num_rounded_down = rounded_up * tctx->n_div[i] - bit_size;
1050         num_rounded_up = tctx->n_div[i] - num_rounded_down;
1051         tctx->bits_main_spec[0][i][0] = (rounded_up   + 1)/2;
1052         tctx->bits_main_spec[1][i][0] = (rounded_up      )/2;
1053         tctx->bits_main_spec[0][i][1] = (rounded_down + 1)/2;
1054         tctx->bits_main_spec[1][i][1] = (rounded_down    )/2;
1055         tctx->bits_main_spec_change[i] = num_rounded_up;
1056
1057         rounded_up   = (vect_size + tctx->n_div[i] - 1)/tctx->n_div[i];
1058         rounded_down = (vect_size                     )/tctx->n_div[i];
1059         num_rounded_down = rounded_up * tctx->n_div[i] - vect_size;
1060         num_rounded_up = tctx->n_div[i] - num_rounded_down;
1061         tctx->length[i][0] = rounded_up;
1062         tctx->length[i][1] = rounded_down;
1063         tctx->length_change[i] = num_rounded_up;
1064     }
1065
1066     for (frametype = FT_SHORT; frametype <= FT_PPC; frametype++)
1067         construct_perm_table(tctx, frametype);
1068 }
1069
1070 static av_cold int twin_decode_init(AVCodecContext *avctx)
1071 {
1072     TwinContext *tctx = avctx->priv_data;
1073     int isampf = avctx->sample_rate/1000;
1074     int ibps = avctx->bit_rate/(1000 * avctx->channels);
1075
1076     tctx->avctx       = avctx;
1077     avctx->sample_fmt = SAMPLE_FMT_FLT;
1078
1079     if (avctx->channels > 2) {
1080         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unsupported number of channels: %i\n",
1081                avctx->channels);
1082         return -1;
1083     }
1084
1085     switch ((isampf << 8) +  ibps) {
1086     case (8 <<8) +  8: tctx->mtab = &mode_08_08; break;
1087     case (11<<8) +  8: tctx->mtab = &mode_11_08; break;
1088     case (11<<8) + 10: tctx->mtab = &mode_11_10; break;
1089     case (16<<8) + 16: tctx->mtab = &mode_16_16; break;
1090     case (22<<8) + 20: tctx->mtab = &mode_22_20; break;
1091     case (22<<8) + 24: tctx->mtab = &mode_22_24; break;
1092     case (22<<8) + 32: tctx->mtab = &mode_22_32; break;
1093     case (44<<8) + 40: tctx->mtab = &mode_44_40; break;
1094     case (44<<8) + 48: tctx->mtab = &mode_44_48; break;
1095     default:
1096         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "This version does not support %d kHz - %d kbit/s/ch mode.\n", isampf, isampf);
1097         return -1;
1098     }
1099
1100     dsputil_init(&tctx->dsp, avctx);
1101     init_mdct_win(tctx);
1102     init_bitstream_params(tctx);
1103
1104     memset_float(tctx->bark_hist[0][0], 0.1, FF_ARRAY_ELEMS(tctx->bark_hist));
1105
1106     return 0;
1107 }
1108
1109 static av_cold int twin_decode_close(AVCodecContext *avctx)
1110 {
1111     TwinContext *tctx = avctx->priv_data;
1112     int i;
1113
1114     for (i = 0; i < 3; i++) {
1115         ff_mdct_end(&tctx->mdct_ctx[i]);
1116         av_free(tctx->cos_tabs[i]);
1117     }
1118
1119
1120     av_free(tctx->curr_frame);
1121     av_free(tctx->spectrum);
1122     av_free(tctx->prev_frame);
1123     av_free(tctx->tmp_buf);
1124
1125     return 0;
1126 }
1127
1128 AVCodec twinvq_decoder =
1129 {
1130     "twinvq",
1131     CODEC_TYPE_AUDIO,
1132     CODEC_ID_TWINVQ,
1133     sizeof(TwinContext),
1134     twin_decode_init,
1135     NULL,
1136     twin_decode_close,
1137     twin_decode_frame,
1138     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VQF TwinVQ"),
1139 };