f6f13b6348851a237f087fe02348819f96e0de41
[speexdsp.git] / libspeex / sb_celp.c
1 /* Copyright (C) 2002 Jean-Marc Valin 
2    File: sb_celp.c
3
4    This library is free software; you can redistribute it and/or
5    modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
6    License as published by the Free Software Foundation; either
7    version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
8    
9    This library is distributed in the hope that it will be useful,
10    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
11    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
12    Lesser General Public License for more details.
13    
14    You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
15    License along with this library; if not, write to the Free Software
16    Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
17 */
18
19
20 #include "speex.h"
21 #include "sb_celp.h"
22 #include "stdlib.h"
23 #include "filters.h"
24 #include <math.h>
25 #include "lpc.h"
26 #include "lsp.h"
27 #include <stdio.h>
28 #include "stack_alloc.h"
29 #include "cb_search.h"
30 #include "quant_lsp.h"
31 #include "vq.h"
32 #include <string.h>
33 #include "ltp.h"
34
35 #ifndef M_PI
36 #define M_PI           3.14159265358979323846  /* pi */
37 #endif
38
39 extern float stoc[];
40
41 #define sqr(x) ((x)*(x))
42
43 float quant_high_gain[16]={
44    -2.387860,
45    -1.504710,
46    -0.988013,
47    -0.610249,
48    -0.310298,
49    -0.050495,
50    0.188963,
51    0.413744,
52    0.628971,
53    0.840555,
54    1.055630,
55    1.283410,
56    1.544990,
57    1.855790,
58    2.281910,
59    3.002660
60 };
61
62
63 float quant_high_gain2[8] = {
64    -1.51541,
65    -0.70324,
66    -0.17024,
67    0.26748,
68    0.67232,
69    1.08402,
70    1.56110,
71    2.25160,
72 };
73
74
75 #if 0
76 #define QMF_ORDER 32
77 static float h0[32] = {
78    0.0006910579, -0.001403793,
79    -0.001268303, 0.004234195,
80    0.001414246, -0.009458318,
81    -0.0001303859, 0.01798145,
82    -0.004187483, -0.03123862,
83    0.01456844, 0.05294745,
84    -0.03934878, -0.09980243,
85    0.1285579, 0.4664053,
86    0.4664053, 0.1285579,
87    -0.09980243, -0.03934878,
88    0.05294745, 0.01456844,
89    -0.03123862, -0.004187483,
90    0.01798145, -0.0001303859,
91    -0.009458318, 0.001414246,
92    0.004234195, -0.001268303,
93    -0.001403793, 0.0006910579
94 };
95
96 static float h1[32] = {
97    0.0006910579, 0.001403793,
98    -0.001268303, -0.004234195,
99    0.001414246, 0.009458318,
100    -0.0001303859, -0.01798145,
101    -0.004187483, 0.03123862,
102    0.01456844, -0.05294745,
103    -0.03934878, 0.09980243,
104    0.1285579, -0.4664053,
105    0.4664053, -0.1285579,
106    -0.09980243, 0.03934878,
107    0.05294745, -0.01456844,
108    -0.03123862, 0.004187483,
109    0.01798145, 0.0001303859,
110    -0.009458318, -0.001414246,
111    0.004234195, 0.001268303,
112    -0.001403793, -0.0006910579
113 };
114 #else 
115 #define QMF_ORDER 64
116 static float h0[64] = {
117    3.596189e-05, -0.0001123515,
118    -0.0001104587, 0.0002790277,
119    0.0002298438, -0.0005953563,
120    -0.0003823631, 0.00113826,
121    0.0005308539, -0.001986177,
122    -0.0006243724, 0.003235877,
123    0.0005743159, -0.004989147,
124    -0.0002584767, 0.007367171,
125    -0.0004857935, -0.01050689,
126    0.001894714, 0.01459396,
127    -0.004313674, -0.01994365,
128    0.00828756, 0.02716055,
129    -0.01485397, -0.03764973,
130    0.026447, 0.05543245,
131    -0.05095487, -0.09779096,
132    0.1382363, 0.4600981,
133    0.4600981, 0.1382363,
134    -0.09779096, -0.05095487,
135    0.05543245, 0.026447,
136    -0.03764973, -0.01485397,
137    0.02716055, 0.00828756,
138    -0.01994365, -0.004313674,
139    0.01459396, 0.001894714,
140    -0.01050689, -0.0004857935,
141    0.007367171, -0.0002584767,
142    -0.004989147, 0.0005743159,
143    0.003235877, -0.0006243724,
144    -0.001986177, 0.0005308539,
145    0.00113826, -0.0003823631,
146    -0.0005953563, 0.0002298438,
147    0.0002790277, -0.0001104587,
148    -0.0001123515, 3.596189e-05
149 };
150
151 static float h1[64] = {
152    3.596189e-05, 0.0001123515,
153    -0.0001104587, -0.0002790277,
154    0.0002298438, 0.0005953563,
155    -0.0003823631, -0.00113826,
156    0.0005308539, 0.001986177,
157    -0.0006243724, -0.003235877,
158    0.0005743159, 0.004989147,
159    -0.0002584767, -0.007367171,
160    -0.0004857935, 0.01050689,
161    0.001894714, -0.01459396,
162    -0.004313674, 0.01994365,
163    0.00828756, -0.02716055,
164    -0.01485397, 0.03764973,
165    0.026447, -0.05543245,
166    -0.05095487, 0.09779096,
167    0.1382363, -0.4600981,
168    0.4600981, -0.1382363,
169    -0.09779096, 0.05095487,
170    0.05543245, -0.026447,
171    -0.03764973, 0.01485397,
172    0.02716055, -0.00828756,
173    -0.01994365, 0.004313674,
174    0.01459396, -0.001894714,
175    -0.01050689, 0.0004857935,
176    0.007367171, 0.0002584767,
177    -0.004989147, -0.0005743159,
178    0.003235877, 0.0006243724,
179    -0.001986177, -0.0005308539,
180    0.00113826, 0.0003823631,
181    -0.0005953563, -0.0002298438,
182    0.0002790277, 0.0001104587,
183    -0.0001123515, -3.596189e-05
184 };
185 #endif
186
187 void *sb_encoder_init(SpeexMode *m)
188 {
189    int i;
190    SBEncState *st;
191    SpeexSBMode *mode;
192
193    st = malloc(sizeof(SBEncState));
194    st->mode = m;
195    mode = m->mode;
196
197    st->st_low = nb_encoder_init(mode->nb_mode);
198    st->full_frame_size = 2*mode->frameSize;
199    st->frame_size = mode->frameSize;
200    st->subframeSize = mode->subframeSize;
201    st->nbSubframes = mode->frameSize/mode->subframeSize;
202    st->windowSize = mode->windowSize;
203    st->lpcSize=mode->lpcSize;
204    st->bufSize=mode->bufSize;
205
206    st->lag_factor = .002;
207    st->lpc_floor = 1.0001;
208    st->gamma1=.9;
209    st->gamma2=.6;
210    st->first=1;
211    st->stack = calloc(10000, sizeof(float));
212
213    st->x0=calloc(st->full_frame_size, sizeof(float));
214    st->x1=calloc(st->full_frame_size, sizeof(float));
215    st->x0d=calloc(st->frame_size, sizeof(float));
216    st->x1d=calloc(st->frame_size, sizeof(float));
217    st->high=calloc(st->full_frame_size, sizeof(float));
218    st->y0=calloc(st->full_frame_size, sizeof(float));
219    st->y1=calloc(st->full_frame_size, sizeof(float));
220
221    st->h0_mem=calloc(QMF_ORDER, sizeof(float));
222    st->h1_mem=calloc(QMF_ORDER, sizeof(float));
223    st->g0_mem=calloc(QMF_ORDER, sizeof(float));
224    st->g1_mem=calloc(QMF_ORDER, sizeof(float));
225
226    st->buf=calloc(st->windowSize, sizeof(float));
227    st->excBuf=calloc(st->bufSize, sizeof(float));
228    st->exc = st->excBuf + st->bufSize - st->windowSize;
229    /*st->exc=st->excBuf+st->frame_size;*/
230
231    st->res=calloc(st->frame_size, sizeof(float));
232    st->sw=calloc(st->frame_size, sizeof(float));
233    st->target=calloc(st->frame_size, sizeof(float));
234    st->window=calloc(st->windowSize, sizeof(float));
235    for (i=0;i<st->windowSize;i++)
236       st->window[i]=.5*(1-cos(2*M_PI*i/st->windowSize));
237
238    st->lagWindow = malloc((st->lpcSize+1)*sizeof(float));
239    for (i=0;i<st->lpcSize+1;i++)
240       st->lagWindow[i]=exp(-.5*sqr(2*M_PI*st->lag_factor*i));
241
242    st->rc = malloc(st->lpcSize*sizeof(float));
243    st->autocorr = malloc((st->lpcSize+1)*sizeof(float));
244    st->lpc = malloc((st->lpcSize+1)*sizeof(float));
245    st->bw_lpc1 = malloc((st->lpcSize+1)*sizeof(float));
246    st->bw_lpc2 = malloc((st->lpcSize+1)*sizeof(float));
247    st->lsp = malloc(st->lpcSize*sizeof(float));
248    st->qlsp = malloc(st->lpcSize*sizeof(float));
249    st->old_lsp = malloc(st->lpcSize*sizeof(float));
250    st->old_qlsp = malloc(st->lpcSize*sizeof(float));
251    st->interp_lsp = malloc(st->lpcSize*sizeof(float));
252    st->interp_qlsp = malloc(st->lpcSize*sizeof(float));
253    st->interp_lpc = malloc((st->lpcSize+1)*sizeof(float));
254    st->interp_qlpc = malloc((st->lpcSize+1)*sizeof(float));
255
256    st->mem_sp = calloc(st->lpcSize, sizeof(float));
257    st->mem_sp2 = calloc(st->lpcSize, sizeof(float));
258    st->mem_sw = calloc(st->lpcSize, sizeof(float));
259    return st;
260 }
261
262 void sb_encoder_destroy(void *state)
263 {
264    SBEncState *st=state;
265
266    nb_encoder_destroy(st->st_low);
267    free(st->x0);
268    free(st->x0d);
269    free(st->x1);
270    free(st->x1d);
271    free(st->high);
272    free(st->y0);
273    free(st->y1);
274    free(st->h0_mem);
275    free(st->h1_mem);
276    free(st->g0_mem);
277    free(st->g1_mem);
278    
279    free(st->buf);
280    free(st->window);
281    free(st->excBuf);
282    free(st->sw);
283    free(st->res);
284    free(st->target);
285    free(st->lagWindow);
286    free(st->rc);
287    free(st->autocorr);
288    free(st->lpc);
289    free(st->bw_lpc1);
290    free(st->bw_lpc2);
291    free(st->lsp);
292    free(st->qlsp);
293    free(st->old_lsp);
294    free(st->old_qlsp);
295    free(st->interp_lsp);
296    free(st->interp_qlsp);
297    free(st->interp_lpc);
298    free(st->interp_qlpc);
299
300    free(st->mem_sp);
301    free(st->mem_sp2);
302    free(st->mem_sw);
303
304    free(st->stack);
305
306    free(st);
307 }
308
309 extern float hexc_table[];
310 split_cb_params split_cb_high = {
311    8,               /*subvect_size*/
312    5,               /*nb_subvect*/
313    hexc_table,       /*shape_cb*/
314    8,               /*shape_bits*/
315 };
316
317 void sb_encode(void *state, float *in, FrameBits *bits)
318 {
319    SBEncState *st;
320    int i, roots, sub;
321
322    st = state;
323
324    /* Compute the two sub-bands by filtering with h0 and h1*/
325    fir_mem(in, h0, st->x0, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->h0_mem);
326    fir_mem(in, h1, st->x1, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->h1_mem);
327    /* Down-sample x0 and x1 */
328    for (i=0;i<st->frame_size;i++)
329    {
330       st->x0d[i]=st->x0[i<<1];
331       st->x1d[i]=st->x1[i<<1];
332    }
333    /* Encode the narrowband part*/
334    nb_encode(st->st_low, st->x0d, bits);
335
336    /* High-band buffering / sync with low band */
337    for (i=0;i<st->frame_size;i++)
338    {
339       /*st->excBuf[i]=st->exc[i];*/
340       st->high[i]=st->high[st->frame_size+i];
341       st->high[st->frame_size+i]=st->x1d[i];
342    }
343
344    memmove(st->excBuf, st->excBuf+st->frame_size, (st->bufSize-st->frame_size)*sizeof(float));
345
346    /* Start encoding the high-band */
347
348    for (i=0;i<st->windowSize;i++)
349       st->buf[i] = st->high[i] * st->window[i];
350
351    /* Compute auto-correlation */
352    autocorr(st->buf, st->autocorr, st->lpcSize+1, st->windowSize);
353
354    st->autocorr[0] += 1;        /* prevents NANs */
355    st->autocorr[0] *= st->lpc_floor; /* Noise floor in auto-correlation domain */
356    /* Lag windowing: equivalent to filtering in the power-spectrum domain */
357    for (i=0;i<st->lpcSize+1;i++)
358       st->autocorr[i] *= st->lagWindow[i];
359
360    /* Levinson-Durbin */
361    wld(st->lpc+1, st->autocorr, st->rc, st->lpcSize);
362    st->lpc[0]=1;
363
364    /* LPC to LSPs (x-domain) transform */
365    roots=lpc_to_lsp (st->lpc, st->lpcSize, st->lsp, 6, 0.002, st->stack);
366    if (roots!=st->lpcSize)
367    {
368       fprintf (stderr, "roots!=st->lpcSize (found only %d roots)\n", roots);
369       exit(1);
370    }
371
372    /* x-domain to angle domain*/
373    for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
374       st->lsp[i] = acos(st->lsp[i]);
375
376    /* LSP quantization */
377    lsp_quant_high(st->lsp, st->qlsp, st->lpcSize, bits);
378    
379    /*printf ("high_lsp:");
380    for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
381       printf (" %f", st->lsp[i]);
382       printf ("\n");*/
383    /*for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
384      st->qlsp[i]=st->lsp[i];*/
385    
386
387    if (st->first)
388    {
389       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
390          st->old_lsp[i] = st->lsp[i];
391       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
392          st->old_qlsp[i] = st->qlsp[i];
393    }
394    
395    for (sub=0;sub<st->nbSubframes;sub++)
396    {
397       float *exc, *sp, *mem, *res, *target, *sw, tmp, filter_ratio;
398       int offset;
399       float rl, rh;
400       int fold;
401
402       offset = st->subframeSize*sub;
403       sp=st->high+offset;
404       exc=st->excBuf+offset;
405       res=st->res+offset;
406       target=st->target+offset;
407       sw=st->sw+offset;
408
409       mem=PUSH(st->stack, st->lpcSize);
410       
411       /* LSP interpolation (quantized and unquantized) */
412       tmp = (.5 + sub)/st->nbSubframes;
413       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
414          st->interp_lsp[i] = (1-tmp)*st->old_lsp[i] + tmp*st->lsp[i];
415       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
416          st->interp_qlsp[i] = (1-tmp)*st->old_qlsp[i] + tmp*st->qlsp[i];
417
418       /* Compute interpolated LPCs (quantized and unquantized) */
419       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
420          st->interp_lsp[i] = cos(st->interp_lsp[i]);
421       lsp_to_lpc(st->interp_lsp, st->interp_lpc, st->lpcSize,st->stack);
422
423       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
424          st->interp_qlsp[i] = cos(st->interp_qlsp[i]);
425       lsp_to_lpc(st->interp_qlsp, st->interp_qlpc, st->lpcSize, st->stack);
426
427       bw_lpc(st->gamma1, st->interp_lpc, st->bw_lpc1, st->lpcSize);
428       bw_lpc(st->gamma2, st->interp_lpc, st->bw_lpc2, st->lpcSize);
429
430       /* Compute mid-band (4000 Hz for wideband) response of low-band and high-band
431          filters */
432       rl=rh=0;
433       tmp=1;
434       for (i=0;i<=st->lpcSize;i++)
435       {
436          rh += tmp*st->interp_qlpc[i];
437          tmp = -tmp;
438       }
439       rl = ((EncState*)st->st_low)->pi_gain[sub];
440       rl=1/(fabs(rl)+.01);
441       rh=1/(fabs(rh)+.01);
442       /* Compute ratio, will help predict the gain */
443       filter_ratio=fabs(.01+rh)/(.01+fabs(rl));
444
445       fold = filter_ratio<5;
446       printf ("filter_ratio %f\n", filter_ratio);
447
448       if (fold) {/* 1 for spectral folding excitation, 0 for stochastic */
449          float el=0,eh=0,g;
450          frame_bits_pack(bits, 1, 1);
451          /* Compute "real excitation" */
452          residue_mem(sp, st->interp_qlpc, exc, st->subframeSize, st->lpcSize, st->mem_sp2);
453
454 #if 1
455          /* Compute energy of low-band and high-band excitation */
456          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
457             eh+=sqr(exc[i]);
458          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
459             el+=sqr(((EncState*)st->st_low)->exc[offset+i]);
460          /* Gain to use if we want to use the low-band excitation for high-band */
461          g=eh/(.01+el);
462          g=sqrt(g);
463
464          g *= filter_ratio;
465          /* Gain quantization */
466          {
467             int quant = (int) floor(.5 + 9.4 * log(10*(g+.0001)));
468             if (quant<0)
469                quant=0;
470             if (quant>31)
471                quant=31;
472             frame_bits_pack(bits, quant, 5);
473             g= .1*exp(quant/9.4);
474          }
475          printf ("folding gain: %f\n", g);
476          g /= filter_ratio;
477
478          /* High-band excitation using the low-band excitation and a gain */
479          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
480             exc[i]=g*((EncState*)st->st_low)->exc[offset+i];
481 #endif
482          /* Update the input signal using the non-coded memory */
483          /* FIXME: is that right? */
484          /*syn_filt_mem(exc, st->interp_qlpc, sp, st->subframeSize, st->lpcSize, st->mem_sp);*/
485
486          /* FIXME: Update perceptually weighted signal in case we switch to the
487             other mode */
488       } else {
489          float el=0;
490          float gc;
491          float *innov;
492
493          frame_bits_pack(bits, 0, 1);
494          innov = PUSH(st->stack, st->subframeSize);
495
496          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
497             el+=sqr(((EncState*)st->st_low)->exc[offset+i]);
498
499          gc = (.01+filter_ratio)/(1+sqrt(el/st->subframeSize));
500
501          /* Reset excitation */
502          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
503             exc[i]=0;
504          
505          /* Compute zero response (ringing) of A(z/g1) / ( A(z/g2) * Aq(z) ) */
506          for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
507             mem[i]=st->mem_sp[i];
508          syn_filt_mem(exc, st->interp_qlpc, exc, st->subframeSize, st->lpcSize, mem);
509          for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
510             mem[i]=st->mem_sp[i];
511          residue_mem(exc, st->bw_lpc1, res, st->subframeSize, st->lpcSize, mem);
512          for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
513             mem[i]=st->mem_sw[i];
514          syn_filt_mem(res, st->bw_lpc2, res, st->subframeSize, st->lpcSize, mem);
515          
516          /* Compute weighted signal */
517          for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
518             mem[i]=st->mem_sp[i];
519          residue_mem(sp, st->bw_lpc1, sw, st->subframeSize, st->lpcSize, mem);
520          for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
521             mem[i]=st->mem_sw[i];
522          syn_filt_mem(sw, st->bw_lpc2, sw, st->subframeSize, st->lpcSize, mem);
523          
524          /* Compute target signal */
525          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
526             target[i]=sw[i]-res[i];
527
528          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
529            exc[i]=0;
530
531
532          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
533             target[i]*=gc;
534          
535          /* Reset excitation */
536          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
537             innov[i]=0;
538
539          print_vec(target, st->subframeSize, "\ntarget");
540          split_cb_search_nogain(target, st->interp_qlpc, st->bw_lpc1, st->bw_lpc2, 
541                                 &split_cb_high, st->lpcSize, st->subframeSize, 
542                                 innov, bits, st->stack);
543          print_vec(target, st->subframeSize, "after");
544
545          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
546             exc[i] += innov[i]/gc;
547
548          POP(st->stack);
549       }
550 #if 1
551          /*Keep the previous memory*/
552          for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
553             mem[i]=st->mem_sp[i];
554          /* Final signal synthesis from excitation */
555          syn_filt_mem(exc, st->interp_qlpc, sp, st->subframeSize, st->lpcSize, st->mem_sp);
556          
557          /* Compute weighted signal again, from synthesized speech (not sure it's the right thing) */
558          residue_mem(sp, st->bw_lpc1, sw, st->subframeSize, st->lpcSize, mem);
559          syn_filt_mem(sw, st->bw_lpc2, sw, st->subframeSize, st->lpcSize, st->mem_sw);
560 #endif
561       
562       
563       POP(st->stack);
564    }
565
566
567 #ifndef RELEASE
568    /* Up-sample coded low-band and high-band*/
569    for (i=0;i<st->frame_size;i++)
570    {
571       st->x0[(i<<1)]=st->x0d[i];
572       st->x1[(i<<1)]=st->high[i];
573       st->x0[(i<<1)+1]=0;
574       st->x1[(i<<1)+1]=0;
575    }
576    /* Reconstruct the original */
577    fir_mem(st->x0, h0, st->y0, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->g0_mem);
578    fir_mem(st->x1, h1, st->y1, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->g1_mem);
579    for (i=0;i<st->full_frame_size;i++)
580       in[i]=2*(st->y0[i]-st->y1[i]);
581 #endif
582    for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
583       st->old_lsp[i] = st->lsp[i];
584    for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
585       st->old_qlsp[i] = st->qlsp[i];
586
587    st->first=0;
588 }
589
590
591
592
593
594 void *sb_decoder_init(SpeexMode *m)
595 {
596    int i;
597    SBDecState *st;
598    SpeexSBMode *mode;
599    st = malloc(sizeof(SBDecState));
600    st->mode = m;
601    mode=m->mode;
602
603    st->st_low = nb_decoder_init(mode->nb_mode);
604    st->full_frame_size = 2*mode->frameSize;
605    st->frame_size = mode->frameSize;
606    st->subframeSize = 40;
607    st->nbSubframes = 4;
608    st->lpcSize=8;
609    st->pf_order=15;
610    st->pf_gamma=.0;
611
612    st->first=1;
613    st->stack = calloc(10000, sizeof(float));
614
615    st->x0=calloc(st->full_frame_size, sizeof(float));
616    st->x1=calloc(st->full_frame_size, sizeof(float));
617    st->x0d=calloc(st->frame_size, sizeof(float));
618    st->x1d=calloc(st->frame_size, sizeof(float));
619    st->high=calloc(st->full_frame_size, sizeof(float));
620    st->y0=calloc(st->full_frame_size, sizeof(float));
621    st->y1=calloc(st->full_frame_size, sizeof(float));
622
623    st->h0_mem=calloc(QMF_ORDER, sizeof(float));
624    st->h1_mem=calloc(QMF_ORDER, sizeof(float));
625    st->g0_mem=calloc(QMF_ORDER, sizeof(float));
626    st->g1_mem=calloc(QMF_ORDER, sizeof(float));
627
628    st->pf_exc=calloc(st->full_frame_size, sizeof(float));
629    st->exc=calloc(st->frame_size, sizeof(float));
630    st->pf_window=calloc(st->full_frame_size, sizeof(float));
631    st->pf_autocorr=calloc(st->pf_order+1, sizeof(float));
632    st->pf_lpc=calloc(st->pf_order+1, sizeof(float));
633    st->pf_bwlpc=calloc(st->pf_order+1, sizeof(float));
634    for (i=0;i<st->full_frame_size;i++)
635       st->pf_window[i]=.5*(1-cos(2*M_PI*i/st->full_frame_size));
636
637    st->qlsp = malloc(st->lpcSize*sizeof(float));
638    st->old_qlsp = malloc(st->lpcSize*sizeof(float));
639    st->interp_qlsp = malloc(st->lpcSize*sizeof(float));
640    st->interp_qlpc = malloc((st->lpcSize+1)*sizeof(float));
641
642    st->mem_sp = calloc(st->lpcSize, sizeof(float));
643    st->mem_pf_exc1 = calloc(st->pf_order, sizeof(float));
644    st->mem_pf_exc2 = calloc(st->pf_order, sizeof(float));
645    st->mem_pf_sp = calloc(st->pf_order, sizeof(float));
646    return st;
647 }
648
649 void sb_decoder_destroy(void *state)
650 {
651    SBDecState *st;
652    st = state;
653    nb_decoder_destroy(st->st_low);
654    free(st->x0);
655    free(st->x0d);
656    free(st->x1);
657    free(st->x1d);
658    free(st->high);
659    free(st->y0);
660    free(st->y1);
661    free(st->h0_mem);
662    free(st->h1_mem);
663    free(st->g0_mem);
664    free(st->g1_mem);
665    
666    free(st->exc);
667    free(st->pf_exc);
668    free(st->pf_window);
669    free(st->pf_autocorr);
670    free(st->pf_lpc);
671    free(st->pf_bwlpc);
672    free(st->qlsp);
673    free(st->old_qlsp);
674    free(st->interp_qlsp);
675    free(st->interp_qlpc);
676
677    free(st->mem_sp);
678    free(st->mem_pf_exc1);
679    free(st->mem_pf_exc2);
680    free(st->mem_pf_sp);
681
682    free(st->stack);
683
684    free(state);
685 }
686
687
688 void sb_decode(void *state, FrameBits *bits, float *out)
689 {
690    int i, sub;
691    SBDecState *st;
692    
693    st = state;
694    /* Decode the low-band */
695    nb_decode(st->st_low, bits, st->x0d);
696
697    for (i=0;i<st->frame_size;i++)
698       st->exc[i]=0;
699
700    lsp_unquant_high(st->qlsp, st->lpcSize, bits);
701    
702    if (st->first)
703    {
704       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
705          st->old_qlsp[i] = st->qlsp[i];
706    }
707    
708    for (sub=0;sub<st->nbSubframes;sub++)
709    {
710       float *exc, *sp, tmp, filter_ratio, gain, el=0;
711       int offset;
712       
713       offset = st->subframeSize*sub;
714       sp=st->high+offset;
715       exc=st->exc+offset;
716       
717       /* LSP interpolation */
718       tmp = (.5 + sub)/st->nbSubframes;
719       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
720          st->interp_qlsp[i] = (1-tmp)*st->old_qlsp[i] + tmp*st->qlsp[i];
721
722       /* LSPs to x-domain */
723       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
724          st->interp_qlsp[i] = cos(st->interp_qlsp[i]);
725
726       /* LSP to LPC */
727       lsp_to_lpc(st->interp_qlsp, st->interp_qlpc, st->lpcSize, st->stack);
728
729       {
730          float rl=0, rh=0;
731          tmp=1;
732          for (i=0;i<=st->lpcSize;i++)
733          {
734             rh += tmp*st->interp_qlpc[i];
735             tmp = -tmp;
736          }
737          rl = ((DecState*)st->st_low)->pi_gain[sub];
738          rl=1/(fabs(rl)+.01);
739          rh=1/(fabs(rh)+.01);
740          filter_ratio=fabs(.01+rh)/(.01+fabs(rl));
741       }
742
743       for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
744          el+=sqr(((DecState*)st->st_low)->exc[offset+i]);
745       gain=(1+sqrt(el/st->subframeSize))/filter_ratio;
746       
747       for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
748          exc[i]=0;
749       if (frame_bits_unpack_unsigned(bits, 1))
750       {
751          float g;
752          int quant;
753          quant = frame_bits_unpack_unsigned(bits, 5);
754          g= .1*exp(quant/9.4);
755          
756          printf ("unquant folding gain: %f\n", g);
757          g /= filter_ratio;
758          
759          g *= .8;
760          /* High-band excitation using the low-band excitation and a gain */
761          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
762             exc[i]=g*((DecState*)st->st_low)->exc[offset+i];
763       } else {
764          split_cb_nogain_unquant(exc, &split_cb_high, st->subframeSize, gain, 
765                                  bits, st->stack);
766       }
767       syn_filt_mem(exc, st->interp_qlpc, sp, st->subframeSize, st->lpcSize, st->mem_sp);
768
769    }
770
771    /* Up-sample coded low-band and high-band*/
772    for (i=0;i<st->frame_size;i++)
773    {
774       st->x0[(i<<1)]=st->x0d[i];
775       st->x1[(i<<1)]=st->high[i];
776       st->x0[(i<<1)+1]=0;
777       st->x1[(i<<1)+1]=0;
778    }
779    /* Reconstruct the original */
780    fir_mem(st->x0, h0, st->y0, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->g0_mem);
781    fir_mem(st->x1, h1, st->y1, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->g1_mem);
782    for (i=0;i<st->full_frame_size;i++)
783       out[i]=2*(st->y0[i]-st->y1[i]);
784
785
786    if (1)
787    {
788       float tmp=1, e1=0, e2=0, g;
789       for (i=0;i<st->full_frame_size;i++)
790          st->pf_exc[i] = out[i] * st->pf_window[i];
791       
792       /* Compute auto-correlation */
793       autocorr(st->pf_exc, st->pf_autocorr, st->pf_order+1, st->full_frame_size);
794       
795       st->pf_autocorr[0] += 1;        /* prevents NANs */
796       st->pf_autocorr[0] *= 1.0001;    /* Noise floor in auto-correlation domain */
797       
798       /* Levinson-Durbin */
799       wld(st->pf_lpc+1, st->pf_autocorr, st->pf_exc, st->pf_order);
800       st->pf_lpc[0]=1;
801       
802       for (i=1;i<st->pf_order;i++)
803       {
804          tmp*=st->pf_gamma;
805          st->pf_bwlpc[i] = st->pf_lpc[i]*tmp;
806       }
807       st->pf_bwlpc[0]=1;
808       
809       print_vec(st->pf_lpc, st->pf_order, "post-filter LPC");
810       residue_mem(out, st->pf_lpc, st->pf_exc, st->full_frame_size, 
811                   st->pf_order, st->mem_pf_exc1);
812       for (i=0;i<st->full_frame_size;i++)
813          e1 += st->pf_exc[i]*st->pf_exc[i];
814       syn_filt_mem(st->pf_exc, st->pf_bwlpc, st->pf_exc, st->full_frame_size, 
815                   st->pf_order, st->mem_pf_exc2);
816       for (i=0;i<st->full_frame_size;i++)
817          e2 += st->pf_exc[i]*st->pf_exc[i];
818       g=sqrt(e1/(e2+.1));
819       printf ("post-filter gain: %f\n", g);
820       for (i=0;i<st->full_frame_size;i++)
821          st->pf_exc[i]=g*st->pf_exc[i];
822
823       syn_filt_mem(st->pf_exc, st->pf_lpc, out, st->full_frame_size, 
824                   st->pf_order, st->mem_pf_sp);
825    }
826
827
828    for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
829       st->old_qlsp[i] = st->qlsp[i];
830
831    st->first=0;
832
833 }