Big (hopefully) improvement in quality for the 2.15 kbps mode (better
[speexdsp.git] / libspeex / nb_celp.h
1 /* Copyright (C) 2002 Jean-Marc Valin */
2 /**
3     @file nb_celp.h
4     @brief Narrowband CELP encoder/decoder
5 */
6 /*
7    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8    modification, are permitted provided that the following conditions
9    are met:
10    
11    - Redistributions of source code must retain the above copyright
12    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13    
14    - Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
15    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
16    documentation and/or other materials provided with the distribution.
17    
18    - Neither the name of the Xiph.org Foundation nor the names of its
19    contributors may be used to endorse or promote products derived from
20    this software without specific prior written permission.
21    
22    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
23    ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
24    LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
25    A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE FOUNDATION OR
26    CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
27    EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
28    PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
29    PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
30    LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
31    NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
32    SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
33
34 */
35
36 #ifndef NB_CELP_H
37 #define NB_CELP_H
38
39 #include "modes.h"
40 #include "speex_bits.h"
41 #include "speex_callbacks.h"
42 #include "vbr.h"
43
44 /**Structure representing the full state of the narrowband encoder*/
45 typedef struct EncState {
46    SpeexMode *mode;       /**< Mode curresponding to the state */
47    int    first;          /**< Is this the first frame? */
48    int    frameSize;      /**< Size of frames */
49    int    subframeSize;   /**< Size of sub-frames */
50    int    nbSubframes;    /**< Number of sub-frames */
51    int    windowSize;     /**< Analysis (LPC) window length */
52    int    lpcSize;        /**< LPC order */
53    int    bufSize;        /**< Buffer size */
54    int    min_pitch;      /**< Minimum pitch value allowed */
55    int    max_pitch;      /**< Maximum pitch value allowed */
56
57    int    safe_pitch;     /**< Don't use too large values for pitch (in case we lose a packet) */
58    int    bounded_pitch;  /**< Next frame should not rely on previous frames for pitch */
59    int    ol_pitch;       /**< Open-loop pitch */
60    int    ol_voiced;      /**< Open-loop voiced/non-voiced decision */
61    int   *pitch;
62    float  gamma1;         /**< Perceptual filter: A(z/gamma1) */
63    float  gamma2;         /**< Perceptual filter: A(z/gamma2) */
64    float  lag_factor;     /**< Lag windowing gaussian width */
65    float  lpc_floor;      /**< Noise floor multiplier for A[0] in LPC analysis*/
66    float  preemph;        /**< Pre-emphasis: P(z) = 1 - a*z^-1*/
67    float  pre_mem;        /**< 1-element memory for pre-emphasis */
68    float  pre_mem2;       /**< 1-element memory for pre-emphasis */
69    void  *stack;          /**< Pseudo-stack allocation for temporary memory */
70    float *inBuf;          /**< Input buffer (original signal) */
71    float *frame;          /**< Start of original frame */
72    float *excBuf;         /**< Excitation buffer */
73    float *exc;            /**< Start of excitation frame */
74    float *exc2Buf;        /**< "Pitch enhanced" excitation */
75    float *exc2;           /**< "Pitch enhanced" excitation */
76    float *swBuf;          /**< Weighted signal buffer */
77    float *sw;             /**< Start of weighted signal frame */
78    float *innov;          /**< Innovation for the frame */
79    float *window;         /**< Temporary (Hanning) window */
80    float *buf2;           /**< 2nd temporary buffer */
81    float *autocorr;       /**< auto-correlation */
82    float *lagWindow;      /**< Window applied to auto-correlation */
83    float *lpc;            /**< LPCs for current frame */
84    float *lsp;            /**< LSPs for current frame */
85    float *qlsp;           /**< Quantized LSPs for current frame */
86    float *old_lsp;        /**< LSPs for previous frame */
87    float *old_qlsp;       /**< Quantized LSPs for previous frame */
88    float *interp_lsp;     /**< Interpolated LSPs */
89    float *interp_qlsp;    /**< Interpolated quantized LSPs */
90    float *interp_lpc;     /**< Interpolated LPCs */
91    float *interp_qlpc;    /**< Interpolated quantized LPCs */
92    float *bw_lpc1;        /**< LPCs after bandwidth expansion by gamma1 for perceptual weighting*/
93    float *bw_lpc2;        /**< LPCs after bandwidth expansion by gamma2 for perceptual weighting*/
94    float *rc;             /**< Reflection coefficients */
95    float *mem_sp;         /**< Filter memory for signal synthesis */
96    float *mem_sw;         /**< Filter memory for perceptually-weighted signal */
97    float *mem_sw_whole;   /**< Filter memory for perceptually-weighted signal (whole frame)*/
98    float *mem_exc;        /**< Filter memory for excitation (whole frame) */
99    float *pi_gain;        /**< Gain of LPC filter at theta=pi (fe/2) */
100
101    VBRState *vbr;         /**< State of the VBR data */
102    float  vbr_quality;    /**< Quality setting for VBR encoding */
103    float  relative_quality; /**< Relative quality that will be needed by VBR */
104    int    vbr_enabled;    /**< 1 for enabling VBR, 0 otherwise */
105    int    complexity;     /**< Complexity setting (0-10 from least complex to most complex) */
106    int    sampling_rate;
107
108    SpeexSubmode **submodes; /**< Sub-mode data */
109    int    submodeID;      /**< Activated sub-mode */
110 } EncState;
111
112 /**Structure representing the full state of the narrowband decoder*/
113 typedef struct DecState {
114    SpeexMode *mode;       /**< Mode curresponding to the state */
115    int    first;          /**< Is this the first frame? */
116    int    count_lost;     /**< Was the last frame lost? */
117    int    frameSize;      /**< Size of frames */
118    int    subframeSize;   /**< Size of sub-frames */
119    int    nbSubframes;    /**< Number of sub-frames */
120    int    windowSize;     /**< Analysis (LPC) window length */
121    int    lpcSize;        /**< LPC order */
122    int    bufSize;        /**< Buffer size */
123    int    min_pitch;      /**< Minimum pitch value allowed */
124    int    max_pitch;      /**< Maximum pitch value allowed */
125    int    sampling_rate;
126    int    last_ol_gain;   /**< Open-loop gain for previous frame */
127
128
129    float  gamma1;         /**< Perceptual filter: A(z/gamma1) */
130    float  gamma2;         /**< Perceptual filter: A(z/gamma2) */
131    float  preemph;        /**< Pre-emphasis: P(z) = 1 - a*z^-1*/
132    float  pre_mem;        /**< 1-element memory for pre-emphasis */
133    void  *stack;          /**< Pseudo-stack allocation for temporary memory */
134    float *inBuf;          /**< Input buffer (original signal) */
135    float *frame;          /**< Start of original frame */
136    float *excBuf;         /**< Excitation buffer */
137    float *exc;            /**< Start of excitation frame */
138    float *innov;          /**< Innovation for the frame */
139    float *qlsp;           /**< Quantized LSPs for current frame */
140    float *old_qlsp;       /**< Quantized LSPs for previous frame */
141    float *interp_qlsp;    /**< Interpolated quantized LSPs */
142    float *interp_qlpc;    /**< Interpolated quantized LPCs */
143    float *mem_sp;         /**< Filter memory for synthesis signal */
144    float *pi_gain;        /**< Gain of LPC filter at theta=pi (fe/2) */
145    int    last_pitch;     /**< Pitch of last correctly decoded frame */
146    float  last_pitch_gain; /**< Pitch gain of last correctly decoded frame */
147    float  pitch_gain_buf[3];  /**< Pitch gain of last decoded frames */
148    int    pitch_gain_buf_idx; /**< Tail of the buffer */
149
150    SpeexSubmode **submodes; /**< Sub-mode data */
151    int    submodeID;      /**< Activated sub-mode */
152    int    lpc_enh_enabled; /**< 1 when LPC enhancer is on, 0 otherwise */
153
154    SpeexCallback speex_callbacks[SPEEX_MAX_CALLBACKS];
155
156    SpeexCallback user_callback;
157
158    /*Vocoder data*/
159    float  voc_m1;
160    float  voc_m2;
161    float  voc_mean;
162    int    voc_offset;
163 } DecState;
164
165 /** Initializes encoder state*/
166 void *nb_encoder_init(SpeexMode *m);
167
168 /** De-allocates encoder state resources*/
169 void nb_encoder_destroy(void *state);
170
171 /** Encodes one frame*/
172 void nb_encode(void *state, float *in, SpeexBits *bits);
173
174
175 /** Initializes decoder state*/
176 void *nb_decoder_init(SpeexMode *m);
177
178 /** De-allocates decoder state resources*/
179 void nb_decoder_destroy(void *state);
180
181 /** Decodes one frame*/
182 int nb_decode(void *state, SpeexBits *bits, float *out);
183
184 /** ioctl-like function for controlling a narrowband encoder */
185 void nb_encoder_ctl(void *state, int request, void *ptr);
186
187 /** ioctl-like function for controlling a narrowband decoder */
188 void nb_decoder_ctl(void *state, int request, void *ptr);
189
190
191 #endif