The encoder would crash in the PVQ search if fed NaNs via the float interface. This...
[opus.git] / libcelt / rate.c
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 #include "rate.h"
 
 
-#ifndef STATIC_MODES
+static const unsigned char LOG2_FRAC_TABLE[24]={
+   0,
+   8,13,
+  16,19,21,23,
+  24,26,27,28,29,30,31,32,
+  32,33,34,34,35,36,36,37,37
+};
+
+#ifdef CUSTOM_MODES
 
 /*Determines if V(N,K) fits in a 32-bit unsigned integer.
   N and K are themselves limited to 15 bits.*/
@@ -69,7 +73,9 @@ static int fits_in32(int _n, int _k)
 
 void compute_pulse_cache(CELTMode *m, int LM)
 {
+   int C;
    int i;
+   int j;
    int curr=0;
    int nbEntries=0;
    int entryN[100], entryK[100], entryI[100];
@@ -77,6 +83,7 @@ void compute_pulse_cache(CELTMode *m, int LM)
    PulseCache *cache = &m->cache;
    celt_int16 *cindex;
    unsigned char *bits;
+   unsigned char *cap;
 
    cindex = celt_alloc(sizeof(cache->index[0])*m->nbEBands*(LM+2));
    cache->index = cindex;
@@ -84,7 +91,6 @@ void compute_pulse_cache(CELTMode *m, int LM)
    /* Scan for all unique band sizes */
    for (i=0;i<=LM+1;i++)
    {
-      int j;
       for (j=0;j<m->nbEBands;j++)
       {
          int k;
@@ -125,7 +131,6 @@ void compute_pulse_cache(CELTMode *m, int LM)
    /* Compute the cache for all unique sizes */
    for (i=0;i<nbEntries;i++)
    {
-      int j;
       unsigned char *ptr = bits+entryI[i];
       celt_int16 tmp[MAX_PULSES+1];
       get_required_bits(tmp, entryN[i], get_pulses(entryK[i]), BITRES);
@@ -133,30 +138,135 @@ void compute_pulse_cache(CELTMode *m, int LM)
          ptr[j] = tmp[get_pulses(j)]-1;
       ptr[0] = entryK[i];
    }
+
+   /* Compute the maximum rate for each band at which we'll reliably use as
+       many bits as we ask for. */
+   cache->caps = cap = celt_alloc(sizeof(cache->caps[0])*(LM+1)*2*m->nbEBands);
+   for (i=0;i<=LM;i++)
+   {
+      for (C=1;C<=2;C++)
+      {
+         for (j=0;j<m->nbEBands;j++)
+         {
+            int N0;
+            int max_bits;
+            N0 = m->eBands[j+1]-m->eBands[j];
+            /* N=1 bands only have a sign bit and fine bits. */
+            if (N0<<i == 1)
+               max_bits = C*(1+MAX_FINE_BITS)<<BITRES;
+            else
+            {
+               const unsigned char *pcache;
+               celt_int32           num;
+               celt_int32           den;
+               int                  LM0;
+               int                  N;
+               int                  offset;
+               int                  ndof;
+               int                  qb;
+               int                  k;
+               LM0 = 0;
+               /* Even-sized bands bigger than N=2 can be split one more
+                   time. */
+               if (N0 > 2 && !(N0&1))
+               {
+                  N0>>=1;
+                  LM0--;
+               }
+               /* N0=1 bands can't be split down to N<2. */
+               else if (N0 <= 1)
+               {
+                  LM0=IMIN(i,1);
+                  N0<<=LM0;
+               }
+               /* Compute the cost for the lowest-level PVQ of a fully split
+                   band. */
+               pcache = bits + cindex[(LM0+1)*m->nbEBands+j];
+               max_bits = pcache[pcache[0]]+1;
+               /* Add in the cost of coding regular splits. */
+               N = N0;
+               for(k=0;k<i-LM0;k++){
+                  max_bits <<= 1;
+                  /* Offset the number of qtheta bits by log2(N)/2
+                      + QTHETA_OFFSET compared to their "fair share" of
+                      total/N */
+                  offset = (m->logN[j]+(LM0+k<<BITRES)>>1)-QTHETA_OFFSET;
+                  /* The number of qtheta bits we'll allocate if the remainder
+                      is to be max_bits.
+                     The average measured cost for theta is 0.89701 times qb,
+                      approximated here as 459/512. */
+                  num=459*(celt_int32)((2*N-1)*offset+max_bits);
+                  den=((celt_int32)(2*N-1)<<9)-459;
+                  qb = IMIN((num+(den>>1))/den, 57);
+                  celt_assert(qb >= 0);
+                  max_bits += qb;
+                  N <<= 1;
+               }
+               /* Add in the cost of a stereo split, if necessary. */
+               if (C==2)
+               {
+                  max_bits <<= 1;
+                  offset = (m->logN[j]+(i<<BITRES)>>1)-(N==2?QTHETA_OFFSET_TWOPHASE:QTHETA_OFFSET);
+                  ndof = 2*N-1-(N==2);
+                  /* The average measured cost for theta with the step PDF is
+                      0.95164 times qb, approximated here as 487/512. */
+                  num = (N==2?512:487)*(celt_int32)(max_bits+ndof*offset);
+                  den = ((celt_int32)ndof<<9)-(N==2?512:487);
+                  qb = IMIN((num+(den>>1))/den, (N==2?64:61));
+                  celt_assert(qb >= 0);
+                  max_bits += qb;
+               }
+               /* Add the fine bits we'll use. */
+               /* Compensate for the extra DoF in stereo */
+               ndof = C*N + ((C==2 && N>2) ? 1 : 0);
+               /* Offset the number of fine bits by log2(N)/2 + FINE_OFFSET
+                   compared to their "fair share" of total/N */
+               offset = (m->logN[j] + (i<<BITRES)>>1)-FINE_OFFSET;
+               /* N=2 is the only point that doesn't match the curve */
+               if (N==2)
+                  offset += 1<<BITRES>>2;
+               /* The number of fine bits we'll allocate if the remainder is
+                   to be max_bits. */
+               num = max_bits+ndof*offset;
+               den = ndof-1<<BITRES;
+               qb = IMIN((num+(den>>1))/den, MAX_FINE_BITS);
+               celt_assert(qb >= 0);
+               max_bits += C*qb<<BITRES;
+            }
+            max_bits = (4*max_bits/(C*(m->eBands[j+1]-m->eBands[j]<<i)))-64;
+            celt_assert(max_bits >= 0);
+            celt_assert(max_bits < 256);
+            *cap++ = (unsigned char)max_bits;
+         }
+      }
+   }
 }
 
-#endif /* !STATIC_MODES */
+#endif /* CUSTOM_MODES */
 
 
 #define ALLOC_STEPS 6
 
 static inline int interp_bits2pulses(const CELTMode *m, int start, int end, int skip_start,
-      const int *bits1, const int *bits2, const int *thresh, int total, int skip_rsv,int *bits,
-      int *ebits, int *fine_priority, int len, int _C, int LM, void *ec, int encode, int prev)
+      const int *bits1, const int *bits2, const int *thresh, const int *cap, celt_int32 total, celt_int32 *_balance,
+      int skip_rsv, int *intensity, int intensity_rsv, int *dual_stereo, int dual_stereo_rsv, int *bits,
+      int *ebits, int *fine_priority, int _C, int LM, ec_ctx *ec, int encode, int prev)
 {
-   int psum;
+   celt_int32 psum;
    int lo, hi;
    int i, j;
    int logM;
    const int C = CHANNELS(_C);
+   int stereo;
    int codedBands=-1;
    int alloc_floor;
-   int left, percoeff;
+   celt_int32 left, percoeff;
    int done;
    int balance;
    SAVE_STACK;
 
    alloc_floor = C<<BITRES;
+   stereo = C>1;
 
    logM = LM<<BITRES;
    lo = 0;
@@ -168,12 +278,12 @@ static inline int interp_bits2pulses(const CELTMode *m, int start, int end, int
       done = 0;
       for (j=end;j-->start;)
       {
-         int tmp = bits1[j] + (mid*bits2[j]>>ALLOC_STEPS);
+         int tmp = bits1[j] + (mid*(celt_int32)bits2[j]>>ALLOC_STEPS);
          if (tmp >= thresh[j] || done)
          {
             done = 1;
             /* Don't allocate more than we can actually use */
-            psum += IMIN(tmp, 64*C<<BITRES<<LM);
+            psum += IMIN(tmp, cap[j]);
          } else {
             if (tmp >= alloc_floor)
                psum += alloc_floor;
@@ -199,7 +309,7 @@ static inline int interp_bits2pulses(const CELTMode *m, int start, int end, int
       } else
          done = 1;
       /* Don't allocate more than we can actually use */
-      tmp = IMIN(tmp, 64*C<<BITRES<<LM);
+      tmp = IMIN(tmp, cap[j]);
       bits[j] = tmp;
       psum += tmp;
    }
@@ -211,11 +321,6 @@ static inline int interp_bits2pulses(const CELTMode *m, int start, int end, int
       int band_bits;
       int rem;
       j = codedBands-1;
-      /*Figure out how many left-over bits we would be adding to this band.
-        This can include bits we've stolen back from higher, skipped bands.*/
-      left = total-psum;
-      percoeff = left/(m->eBands[codedBands]-m->eBands[start]);
-      left -= (m->eBands[codedBands]-m->eBands[start])*percoeff;
       /* Never skip the first band, nor a band that has been boosted by
           dynalloc.
          In the first case, we'd be coding a bit to signal we're going to waste
@@ -224,13 +329,18 @@ static inline int interp_bits2pulses(const CELTMode *m, int start, int end, int
           we just signaled should be cocentrated in this band. */
       if (j<=skip_start)
       {
-         /* Give the bit we reserved to end skipping back to this band. */
-         bits[j] += skip_rsv;
+         /* Give the bit we reserved to end skipping back. */
+         total += skip_rsv;
          break;
       }
+      /*Figure out how many left-over bits we would be adding to this band.
+        This can include bits we've stolen back from higher, skipped bands.*/
+      left = total-psum;
+      percoeff = left/(m->eBands[codedBands]-m->eBands[start]);
+      left -= (m->eBands[codedBands]-m->eBands[start])*percoeff;
       rem = IMAX(left-(m->eBands[j]-m->eBands[start]),0);
       band_width = m->eBands[codedBands]-m->eBands[j];
-      band_bits = bits[j] + percoeff*band_width + rem;
+      band_bits = (int)(bits[j] + percoeff*band_width + rem);
       /*Only code a skip decision if we're above the threshold for this band.
         Otherwise it is force-skipped.
         This ensures that we have enough bits to code the skip flag.*/
@@ -245,11 +355,11 @@ static inline int interp_bits2pulses(const CELTMode *m, int start, int end, int
                fluctuating in and out.*/
             if (band_bits > ((j<prev?7:9)*band_width<<LM<<BITRES)>>4)
             {
-               ec_enc_bit_logp((ec_enc *)ec, 1, 1);
+               ec_enc_bit_logp(ec, 1, 1);
                break;
             }
-            ec_enc_bit_logp((ec_enc *)ec, 0, 1);
-         } else if (ec_dec_bit_logp((ec_dec *)ec, 1)) {
+            ec_enc_bit_logp(ec, 0, 1);
+         } else if (ec_dec_bit_logp(ec, 1)) {
             break;
          }
          /*We used a bit to skip this band.*/
@@ -257,7 +367,10 @@ static inline int interp_bits2pulses(const CELTMode *m, int start, int end, int
          band_bits -= 1<<BITRES;
       }
       /*Reclaim the bits originally allocated to this band.*/
-      psum -= bits[j];
+      psum -= bits[j]+intensity_rsv;
+      if (intensity_rsv > 0)
+         intensity_rsv = LOG2_FRAC_TABLE[j-start];
+      psum += intensity_rsv;
       if (band_bits >= alloc_floor)
       {
          /*If we have enough for a fine energy bit per channel, use it.*/
@@ -269,16 +382,46 @@ static inline int interp_bits2pulses(const CELTMode *m, int start, int end, int
       }
    }
 
-   /* Allocate the remaining bits */
-   if (codedBands>start) {
-      for (j=start;j<codedBands;j++)
-         bits[j] += percoeff*(m->eBands[j+1]-m->eBands[j]);
-      for (j=start;j<codedBands;j++)
+   celt_assert(codedBands > start);
+   /* Code the intensity and dual stereo parameters. */
+   if (intensity_rsv > 0)
+   {
+      if (encode)
       {
-         int tmp = IMIN(left, m->eBands[j+1]-m->eBands[j]);
-         bits[j] += tmp;
-         left -= tmp;
+         *intensity = IMIN(*intensity, codedBands);
+         ec_enc_uint(ec, *intensity-start, codedBands+1-start);
       }
+      else
+         *intensity = start+ec_dec_uint(ec, codedBands+1-start);
+   }
+   else
+      *intensity = 0;
+   if (*intensity <= start)
+   {
+      total += dual_stereo_rsv;
+      dual_stereo_rsv = 0;
+   }
+   if (dual_stereo_rsv > 0)
+   {
+      if (encode)
+         ec_enc_bit_logp(ec, *dual_stereo, 1);
+      else
+         *dual_stereo = ec_dec_bit_logp(ec, 1);
+   }
+   else
+      *dual_stereo = 0;
+
+   /* Allocate the remaining bits */
+   left = total-psum;
+   percoeff = left/(m->eBands[codedBands]-m->eBands[start]);
+   left -= (m->eBands[codedBands]-m->eBands[start])*percoeff;
+   for (j=start;j<codedBands;j++)
+      bits[j] += ((int)percoeff*(m->eBands[j+1]-m->eBands[j]));
+   for (j=start;j<codedBands;j++)
+   {
+      int tmp = (int)IMIN(left, m->eBands[j+1]-m->eBands[j]);
+      bits[j] += tmp;
+      left -= tmp;
    }
    /*for (j=0;j<end;j++)printf("%d ", bits[j]);printf("\n");*/
 
@@ -288,25 +431,30 @@ static inline int interp_bits2pulses(const CELTMode *m, int start, int end, int
       int N0, N, den;
       int offset;
       int NClogN;
+      int excess;
 
       celt_assert(bits[j] >= 0);
       N0 = m->eBands[j+1]-m->eBands[j];
       N=N0<<LM;
+      bits[j] += balance;
 
       if (N>1)
       {
-         NClogN = N*C*(m->logN[j] + logM);
+         excess = IMAX(bits[j]-cap[j],0);
+         bits[j] -= excess;
 
          /* Compensate for the extra DoF in stereo */
-         den=(C*N+ ((C==2 && N>2) ? 1 : 0));
+         den=(C*N+ ((C==2 && N>2 && !*dual_stereo && j<*intensity) ? 1 : 0));
+
+         NClogN = den*(m->logN[j] + logM);
 
          /* Offset for the number of fine bits by log2(N)/2 + FINE_OFFSET
             compared to their "fair share" of total/N */
-         offset = (NClogN>>1)-N*C*FINE_OFFSET;
+         offset = (NClogN>>1)-den*FINE_OFFSET;
 
          /* N=2 is the only point that doesn't match the curve */
          if (N==2)
-            offset += N*C<<BITRES>>2;
+            offset += den<<BITRES>>2;
 
          /* Changing the offset for allocating the second and third
              fine energy bit */
@@ -318,42 +466,54 @@ static inline int interp_bits2pulses(const CELTMode *m, int start, int end, int
          /* Divide with rounding */
          ebits[j] = IMAX(0, (bits[j] + offset + (den<<(BITRES-1))) / (den<<BITRES));
 
-         /* If we rounded down, make it a candidate for final
-             fine energy pass */
-         fine_priority[j] = ebits[j]*(den<<BITRES) >= bits[j]+offset;
-
          /* Make sure not to bust */
          if (C*ebits[j] > (bits[j]>>BITRES))
-            ebits[j] = bits[j]/C >> BITRES;
+            ebits[j] = bits[j] >> stereo >> BITRES;
 
-         /* More than 7 is useless because that's about as far as PVQ can go */
-         if (ebits[j]>7)
-            ebits[j]=7;
+         /* More than that is useless because that's about as far as PVQ can go */
+         ebits[j] = IMIN(ebits[j], MAX_FINE_BITS);
+
+         /* If we rounded down or capped this band, make it a candidate for the
+             final fine energy pass */
+         fine_priority[j] = ebits[j]*(den<<BITRES) >= bits[j]+offset;
+
+         /* Remove the allocated fine bits; the rest are assigned to PVQ */
+         bits[j] -= C*ebits[j]<<BITRES;
 
       } else {
          /* For N=1, all bits go to fine energy except for a single sign bit */
-         ebits[j] = IMIN(IMAX(0,(bits[j]/C >> BITRES)-1),7);
-         fine_priority[j] = (ebits[j]+1)*C<<BITRES >= (bits[j]-balance);
-         /* N=1 bands can't take advantage of the re-balancing in
-             quant_all_bands() because they don't have shape, only fine energy.
-            Instead, do the re-balancing here.*/
-         balance = IMAX(0,bits[j] - ((ebits[j]+1)*C<<BITRES));
-         if (j+1<codedBands)
-         {
-            bits[j] -= balance;
-            bits[j+1] += balance;
-         }
+         excess = IMAX(0,bits[j]-(C<<BITRES));
+         bits[j] -= excess;
+         ebits[j] = 0;
+         fine_priority[j] = 1;
+      }
+
+      /* Fine energy can't take advantage of the re-balancing in
+          quant_all_bands().
+         Instead, do the re-balancing here.*/
+      if(excess > 0)
+      {
+         int extra_fine;
+         int extra_bits;
+         extra_fine = IMIN(excess >> stereo+BITRES, MAX_FINE_BITS-ebits[j]);
+         ebits[j] += extra_fine;
+         extra_bits = extra_fine*C<<BITRES;
+         fine_priority[j] = extra_bits >= excess-balance;
+         excess -= extra_bits;
       }
+      balance = excess;
 
-      /* The other bits are assigned to PVQ */
-      bits[j] -= C*ebits[j]<<BITRES;
       celt_assert(bits[j] >= 0);
       celt_assert(ebits[j] >= 0);
    }
+   /* Save any remaining bits over the cap for the rebalancing in
+       quant_all_bands(). */
+   *_balance = balance;
+
    /* The skipped bands use all their bits for fine energy. */
    for (;j<end;j++)
    {
-      ebits[j] = bits[j]/C >> BITRES;
+      ebits[j] = bits[j] >> stereo >> BITRES;
       celt_assert(C*ebits[j]<<BITRES == bits[j]);
       bits[j] = 0;
       fine_priority[j] = ebits[j]<1;
@@ -362,14 +522,16 @@ static inline int interp_bits2pulses(const CELTMode *m, int start, int end, int
    return codedBands;
 }
 
-int compute_allocation(const CELTMode *m, int start, int end, const int *offsets, int alloc_trim,
-      int total, int *pulses, int *ebits, int *fine_priority, int _C, int LM, void *ec, int encode, int prev)
+int compute_allocation(const CELTMode *m, int start, int end, const int *offsets, const int *cap, int alloc_trim, int *intensity, int *dual_stereo,
+      celt_int32 total, celt_int32 *balance, int *pulses, int *ebits, int *fine_priority, int _C, int LM, ec_ctx *ec, int encode, int prev)
 {
    int lo, hi, len, j;
    const int C = CHANNELS(_C);
    int codedBands;
    int skip_start;
    int skip_rsv;
+   int intensity_rsv;
+   int dual_stereo_rsv;
    VARDECL(int, bits1);
    VARDECL(int, bits2);
    VARDECL(int, thresh);
@@ -382,6 +544,20 @@ int compute_allocation(const CELTMode *m, int start, int end, const int *offsets
    /* Reserve a bit to signal the end of manually skipped bands. */
    skip_rsv = total >= 1<<BITRES ? 1<<BITRES : 0;
    total -= skip_rsv;
+   /* Reserve bits for the intensity and dual stereo parameters. */
+   intensity_rsv = dual_stereo_rsv = 0;
+   if (C==2)
+   {
+      intensity_rsv = LOG2_FRAC_TABLE[end-start];
+      if (intensity_rsv>total)
+         intensity_rsv = 0;
+      else
+      {
+         total -= intensity_rsv;
+         dual_stereo_rsv = total>=1<<BITRES ? 1<<BITRES : 0;
+         total -= dual_stereo_rsv;
+      }
+   }
    ALLOC(bits1, len, int);
    ALLOC(bits2, len, int);
    ALLOC(thresh, len, int);
@@ -392,7 +568,7 @@ int compute_allocation(const CELTMode *m, int start, int end, const int *offsets
       /* Below this threshold, we're sure not to allocate any PVQ bits */
       thresh[j] = IMAX((C)<<BITRES, (3*(m->eBands[j+1]-m->eBands[j])<<LM<<BITRES)>>4);
       /* Tilt of the allocation curve */
-      trim_offset[j] = C*(m->eBands[j+1]-m->eBands[j])*(alloc_trim-5-LM)*(m->nbEBands-j-1)
+      trim_offset[j] = C*(m->eBands[j+1]-m->eBands[j])*(alloc_trim-5-LM)*(end-j-1)
             <<(LM+BITRES)>>6;
       /* Giving less resolution to single-coefficient bands because they get
          more benefit from having one coarse value per coefficient*/
@@ -400,7 +576,7 @@ int compute_allocation(const CELTMode *m, int start, int end, const int *offsets
          trim_offset[j] -= C<<BITRES;
    }
    lo = 1;
-   hi = m->nbAllocVectors - 2;
+   hi = m->nbAllocVectors - 1;
    do
    {
       int done = 0;
@@ -408,18 +584,19 @@ int compute_allocation(const CELTMode *m, int start, int end, const int *offsets
       int mid = (lo+hi) >> 1;
       for (j=end;j-->start;)
       {
+         int bitsj;
          int N = m->eBands[j+1]-m->eBands[j];
-         bits1[j] = C*N*m->allocVectors[mid*len+j]<<LM>>2;
-         if (bits1[j] > 0)
-            bits1[j] = IMAX(0, bits1[j] + trim_offset[j]);
-         bits1[j] += offsets[j];
-         if (bits1[j] >= thresh[j] || done)
+         bitsj = C*N*m->allocVectors[mid*len+j]<<LM>>2;
+         if (bitsj > 0)
+            bitsj = IMAX(0, bitsj + trim_offset[j]);
+         bitsj += offsets[j];
+         if (bitsj >= thresh[j] || done)
          {
             done = 1;
             /* Don't allocate more than we can actually use */
-            psum += IMIN(bits1[j], 64*C<<BITRES<<LM);
+            psum += IMIN(bitsj, cap[j]);
          } else {
-            if (bits1[j] >= C<<BITRES)
+            if (bitsj >= C<<BITRES)
                psum += C<<BITRES;
          }
       }
@@ -434,22 +611,27 @@ int compute_allocation(const CELTMode *m, int start, int end, const int *offsets
    /*printf ("interp between %d and %d\n", lo, hi);*/
    for (j=start;j<end;j++)
    {
+      int bits1j, bits2j;
       int N = m->eBands[j+1]-m->eBands[j];
-      bits1[j] = C*N*m->allocVectors[lo*len+j]<<LM>>2;
-      bits2[j] = C*N*m->allocVectors[hi*len+j]<<LM>>2;
-      if (bits1[j] > 0)
-         bits1[j] = IMAX(0, bits1[j] + trim_offset[j]);
-      if (bits2[j] > 0)
-         bits2[j] = IMAX(0, bits2[j] + trim_offset[j]);
+      bits1j = C*N*m->allocVectors[lo*len+j]<<LM>>2;
+      bits2j = hi>=m->nbAllocVectors ?
+            cap[j] : C*N*m->allocVectors[hi*len+j]<<LM>>2;
+      if (bits1j > 0)
+         bits1j = IMAX(0, bits1j + trim_offset[j]);
+      if (bits2j > 0)
+         bits2j = IMAX(0, bits2j + trim_offset[j]);
       if (lo > 0)
-         bits1[j] += offsets[j];
-      bits2[j] += offsets[j];
+         bits1j += offsets[j];
+      bits2j += offsets[j];
       if (offsets[j]>0)
          skip_start = j;
-      bits2[j] -= bits1[j];
+      bits2j = IMAX(0,bits2j-bits1j);
+      bits1[j] = bits1j;
+      bits2[j] = bits2j;
    }
-   codedBands = interp_bits2pulses(m, start, end, skip_start, bits1, bits2, thresh,
-         total, skip_rsv, pulses, ebits, fine_priority, len, C, LM, ec, encode, prev);
+   codedBands = interp_bits2pulses(m, start, end, skip_start, bits1, bits2, thresh, cap,
+         total, balance, skip_rsv, intensity, intensity_rsv, dual_stereo, dual_stereo_rsv,
+         pulses, ebits, fine_priority, C, LM, ec, encode, prev);
    RESTORE_STACK;
    return codedBands;
 }