...
[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 "nb_celp.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 = mode->lag_factor;
207    st->lpc_floor = mode->lpc_floor;
208    st->gamma1=mode->gamma1;
209    st->gamma2=mode->gamma2;
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
260    st->lsp_quant = mode->lsp_quant;
261    st->innovation_quant = mode->innovation_quant;
262    st->innovation_params = mode->innovation_params;
263    return st;
264 }
265
266 void sb_encoder_destroy(void *state)
267 {
268    SBEncState *st=state;
269
270    nb_encoder_destroy(st->st_low);
271    free(st->x0);
272    free(st->x0d);
273    free(st->x1);
274    free(st->x1d);
275    free(st->high);
276    free(st->y0);
277    free(st->y1);
278    free(st->h0_mem);
279    free(st->h1_mem);
280    free(st->g0_mem);
281    free(st->g1_mem);
282    
283    free(st->buf);
284    free(st->window);
285    free(st->excBuf);
286    free(st->sw);
287    free(st->res);
288    free(st->target);
289    free(st->lagWindow);
290    free(st->rc);
291    free(st->autocorr);
292    free(st->lpc);
293    free(st->bw_lpc1);
294    free(st->bw_lpc2);
295    free(st->lsp);
296    free(st->qlsp);
297    free(st->old_lsp);
298    free(st->old_qlsp);
299    free(st->interp_lsp);
300    free(st->interp_qlsp);
301    free(st->interp_lpc);
302    free(st->interp_qlpc);
303
304    free(st->mem_sp);
305    free(st->mem_sp2);
306    free(st->mem_sw);
307
308    free(st->stack);
309
310    free(st);
311 }
312
313
314 void sb_encode(void *state, float *in, FrameBits *bits)
315 {
316    SBEncState *st;
317    int i, roots, sub;
318
319    st = state;
320
321    /* Compute the two sub-bands by filtering with h0 and h1*/
322    fir_mem(in, h0, st->x0, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->h0_mem);
323    fir_mem(in, h1, st->x1, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->h1_mem);
324    /* Down-sample x0 and x1 */
325    for (i=0;i<st->frame_size;i++)
326    {
327       st->x0d[i]=st->x0[i<<1];
328       st->x1d[i]=st->x1[i<<1];
329    }
330    /* Encode the narrowband part*/
331    nb_encode(st->st_low, st->x0d, bits);
332
333    /* High-band buffering / sync with low band */
334    for (i=0;i<st->frame_size;i++)
335    {
336       /*st->excBuf[i]=st->exc[i];*/
337       st->high[i]=st->high[st->frame_size+i];
338       st->high[st->frame_size+i]=st->x1d[i];
339    }
340
341    memmove(st->excBuf, st->excBuf+st->frame_size, (st->bufSize-st->frame_size)*sizeof(float));
342
343    /* Start encoding the high-band */
344
345    for (i=0;i<st->windowSize;i++)
346       st->buf[i] = st->high[i] * st->window[i];
347
348    /* Compute auto-correlation */
349    autocorr(st->buf, st->autocorr, st->lpcSize+1, st->windowSize);
350
351    st->autocorr[0] += 1;        /* prevents NANs */
352    st->autocorr[0] *= st->lpc_floor; /* Noise floor in auto-correlation domain */
353    /* Lag windowing: equivalent to filtering in the power-spectrum domain */
354    for (i=0;i<st->lpcSize+1;i++)
355       st->autocorr[i] *= st->lagWindow[i];
356
357    /* Levinson-Durbin */
358    wld(st->lpc+1, st->autocorr, st->rc, st->lpcSize);
359    st->lpc[0]=1;
360
361    /* LPC to LSPs (x-domain) transform */
362    roots=lpc_to_lsp (st->lpc, st->lpcSize, st->lsp, 6, 0.002, st->stack);
363    if (roots!=st->lpcSize)
364    {
365       fprintf (stderr, "roots!=st->lpcSize (found only %d roots)\n", roots);
366       exit(1);
367    }
368
369    /* x-domain to angle domain*/
370    for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
371       st->lsp[i] = acos(st->lsp[i]);
372
373    /* LSP quantization */
374    st->lsp_quant(st->lsp, st->qlsp, st->lpcSize, bits);
375    
376    /*printf ("high_lsp:");
377    for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
378       printf (" %f", st->lsp[i]);
379       printf ("\n");*/
380    /*for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
381      st->qlsp[i]=st->lsp[i];*/
382    
383
384    if (st->first)
385    {
386       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
387          st->old_lsp[i] = st->lsp[i];
388       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
389          st->old_qlsp[i] = st->qlsp[i];
390    }
391    
392    for (sub=0;sub<st->nbSubframes;sub++)
393    {
394       float *exc, *sp, *mem, *res, *target, *sw, tmp, filter_ratio;
395       int offset;
396       float rl, rh;
397       int fold;
398
399       offset = st->subframeSize*sub;
400       sp=st->high+offset;
401       exc=st->excBuf+offset;
402       res=st->res+offset;
403       target=st->target+offset;
404       sw=st->sw+offset;
405
406       mem=PUSH(st->stack, st->lpcSize);
407       
408       /* LSP interpolation (quantized and unquantized) */
409       tmp = (.5 + sub)/st->nbSubframes;
410       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
411          st->interp_lsp[i] = (1-tmp)*st->old_lsp[i] + tmp*st->lsp[i];
412       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
413          st->interp_qlsp[i] = (1-tmp)*st->old_qlsp[i] + tmp*st->qlsp[i];
414
415       /* Compute interpolated LPCs (quantized and unquantized) */
416       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
417          st->interp_lsp[i] = cos(st->interp_lsp[i]);
418       lsp_to_lpc(st->interp_lsp, st->interp_lpc, st->lpcSize,st->stack);
419
420       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
421          st->interp_qlsp[i] = cos(st->interp_qlsp[i]);
422       lsp_to_lpc(st->interp_qlsp, st->interp_qlpc, st->lpcSize, st->stack);
423
424       bw_lpc(st->gamma1, st->interp_lpc, st->bw_lpc1, st->lpcSize);
425       bw_lpc(st->gamma2, st->interp_lpc, st->bw_lpc2, st->lpcSize);
426
427       /* Compute mid-band (4000 Hz for wideband) response of low-band and high-band
428          filters */
429       rl=rh=0;
430       tmp=1;
431       for (i=0;i<=st->lpcSize;i++)
432       {
433          rh += tmp*st->interp_qlpc[i];
434          tmp = -tmp;
435       }
436       rl = ((EncState*)st->st_low)->pi_gain[sub];
437       rl=1/(fabs(rl)+.01);
438       rh=1/(fabs(rh)+.01);
439       /* Compute ratio, will help predict the gain */
440       filter_ratio=fabs(.01+rh)/(.01+fabs(rl));
441
442       fold = filter_ratio<5;
443       /*printf ("filter_ratio %f\n", filter_ratio);*/
444       fold=0;
445
446       if (fold) {/* 1 for spectral folding excitation, 0 for stochastic */
447          float el=0,eh=0,g;
448          /*speex_bits_pack(bits, 1, 1);*/
449          /* Compute "real excitation" */
450          residue_mem(sp, st->interp_qlpc, exc, st->subframeSize, st->lpcSize, st->mem_sp2);
451
452 #if 1
453          /* Compute energy of low-band and high-band excitation */
454          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
455             eh+=sqr(exc[i]);
456          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
457             el+=sqr(((EncState*)st->st_low)->exc[offset+i]);
458          /* Gain to use if we want to use the low-band excitation for high-band */
459          g=eh/(.01+el);
460          g=sqrt(g);
461
462          g *= filter_ratio;
463          /* Gain quantization */
464          {
465             int quant = (int) floor(.5 + 9.4 * log(10*(g+.0001)));
466             if (quant<0)
467                quant=0;
468             if (quant>31)
469                quant=31;
470             speex_bits_pack(bits, quant, 5);
471             g= .1*exp(quant/9.4);
472          }
473          /*printf ("folding gain: %f\n", g);*/
474          g /= filter_ratio;
475
476          /* High-band excitation using the low-band excitation and a gain */
477          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
478             exc[i]=g*((EncState*)st->st_low)->exc[offset+i];
479 #endif
480          /* Update the input signal using the non-coded memory */
481          /* FIXME: is that right? */
482          /*syn_filt_mem(exc, st->interp_qlpc, sp, st->subframeSize, st->lpcSize, st->mem_sp);*/
483
484          /* FIXME: Update perceptually weighted signal in case we switch to the
485             other mode */
486       } else {
487          float el=0;
488          float gc;
489          float *innov;
490
491          /*speex_bits_pack(bits, 0, 1);*/
492          innov = PUSH(st->stack, st->subframeSize);
493
494          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
495             el+=sqr(((EncState*)st->st_low)->exc[offset+i]);
496
497          gc = (.01+filter_ratio)/(1+sqrt(el/st->subframeSize));
498
499          /* Reset excitation */
500          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
501             exc[i]=0;
502          
503          /* Compute zero response (ringing) of A(z/g1) / ( A(z/g2) * Aq(z) ) */
504          for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
505             mem[i]=st->mem_sp[i];
506          syn_filt_mem(exc, st->interp_qlpc, exc, st->subframeSize, st->lpcSize, mem);
507          for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
508             mem[i]=st->mem_sp[i];
509          residue_mem(exc, st->bw_lpc1, res, st->subframeSize, st->lpcSize, mem);
510          for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
511             mem[i]=st->mem_sw[i];
512          syn_filt_mem(res, st->bw_lpc2, res, st->subframeSize, st->lpcSize, mem);
513          
514          /* Compute weighted signal */
515          for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
516             mem[i]=st->mem_sp[i];
517          residue_mem(sp, st->bw_lpc1, sw, st->subframeSize, st->lpcSize, mem);
518          for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
519             mem[i]=st->mem_sw[i];
520          syn_filt_mem(sw, st->bw_lpc2, sw, st->subframeSize, st->lpcSize, mem);
521          
522          /* Compute target signal */
523          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
524             target[i]=sw[i]-res[i];
525
526          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
527            exc[i]=0;
528
529
530          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
531             target[i]*=gc;
532          
533          /* Reset excitation */
534          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
535             innov[i]=0;
536
537          /*print_vec(target, st->subframeSize, "\ntarget");*/
538          st->innovation_quant(target, st->interp_qlpc, st->bw_lpc1, st->bw_lpc2, 
539                                 st->innovation_params, st->lpcSize, st->subframeSize, 
540                                 innov, bits, st->stack);
541          /*print_vec(target, st->subframeSize, "after");*/
542
543          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
544             exc[i] += innov[i]/gc;
545
546          POP(st->stack);
547       }
548 #if 1
549          /*Keep the previous memory*/
550          for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
551             mem[i]=st->mem_sp[i];
552          /* Final signal synthesis from excitation */
553          syn_filt_mem(exc, st->interp_qlpc, sp, st->subframeSize, st->lpcSize, st->mem_sp);
554          
555          /* Compute weighted signal again, from synthesized speech (not sure it's the right thing) */
556          residue_mem(sp, st->bw_lpc1, sw, st->subframeSize, st->lpcSize, mem);
557          syn_filt_mem(sw, st->bw_lpc2, sw, st->subframeSize, st->lpcSize, st->mem_sw);
558 #endif
559       
560       
561       POP(st->stack);
562    }
563
564
565 #ifndef RELEASE
566    /* Up-sample coded low-band and high-band*/
567    for (i=0;i<st->frame_size;i++)
568    {
569       st->x0[(i<<1)]=st->x0d[i];
570       st->x1[(i<<1)]=st->high[i];
571       st->x0[(i<<1)+1]=0;
572       st->x1[(i<<1)+1]=0;
573    }
574    /* Reconstruct the original */
575    fir_mem(st->x0, h0, st->y0, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->g0_mem);
576    fir_mem(st->x1, h1, st->y1, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->g1_mem);
577    for (i=0;i<st->full_frame_size;i++)
578       in[i]=2*(st->y0[i]-st->y1[i]);
579 #endif
580    for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
581       st->old_lsp[i] = st->lsp[i];
582    for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
583       st->old_qlsp[i] = st->qlsp[i];
584
585    st->first=0;
586 }
587
588
589
590
591
592 void *sb_decoder_init(SpeexMode *m)
593 {
594    int i;
595    SBDecState *st;
596    SpeexSBMode *mode;
597    st = malloc(sizeof(SBDecState));
598    st->mode = m;
599    mode=m->mode;
600
601    st->st_low = nb_decoder_init(mode->nb_mode);
602    st->full_frame_size = 2*mode->frameSize;
603    st->frame_size = mode->frameSize;
604    st->subframeSize = 40;
605    st->nbSubframes = 4;
606    st->lpcSize=8;
607    st->pf_order=15;
608    st->pf_gamma=.05;
609
610    st->first=1;
611    st->stack = calloc(10000, sizeof(float));
612
613    st->x0=calloc(st->full_frame_size, sizeof(float));
614    st->x1=calloc(st->full_frame_size, sizeof(float));
615    st->x0d=calloc(st->frame_size, sizeof(float));
616    st->x1d=calloc(st->frame_size, sizeof(float));
617    st->high=calloc(st->full_frame_size, sizeof(float));
618    st->y0=calloc(st->full_frame_size, sizeof(float));
619    st->y1=calloc(st->full_frame_size, sizeof(float));
620
621    st->h0_mem=calloc(QMF_ORDER, sizeof(float));
622    st->h1_mem=calloc(QMF_ORDER, sizeof(float));
623    st->g0_mem=calloc(QMF_ORDER, sizeof(float));
624    st->g1_mem=calloc(QMF_ORDER, sizeof(float));
625
626    st->pf_exc=calloc(st->full_frame_size, sizeof(float));
627    st->exc=calloc(st->frame_size, sizeof(float));
628    st->pf_window=calloc(st->full_frame_size, sizeof(float));
629    st->pf_autocorr=calloc(st->pf_order+1, sizeof(float));
630    st->pf_lpc=calloc(st->pf_order+1, sizeof(float));
631    st->pf_bwlpc=calloc(st->pf_order+1, sizeof(float));
632    for (i=0;i<st->full_frame_size;i++)
633       st->pf_window[i]=.5*(1-cos(2*M_PI*i/st->full_frame_size));
634
635    st->qlsp = malloc(st->lpcSize*sizeof(float));
636    st->old_qlsp = malloc(st->lpcSize*sizeof(float));
637    st->interp_qlsp = malloc(st->lpcSize*sizeof(float));
638    st->interp_qlpc = malloc((st->lpcSize+1)*sizeof(float));
639
640    st->mem_sp = calloc(st->lpcSize, sizeof(float));
641    st->mem_pf_exc1 = calloc(st->pf_order, sizeof(float));
642    st->mem_pf_exc2 = calloc(st->pf_order, sizeof(float));
643    st->mem_pf_sp = calloc(st->pf_order, sizeof(float));
644
645    st->lsp_unquant = mode->lsp_unquant;
646    st->innovation_unquant = mode->innovation_unquant;
647    st->innovation_params = mode->innovation_params;
648    return st;
649 }
650
651 void sb_decoder_destroy(void *state)
652 {
653    SBDecState *st;
654    st = state;
655    nb_decoder_destroy(st->st_low);
656    free(st->x0);
657    free(st->x0d);
658    free(st->x1);
659    free(st->x1d);
660    free(st->high);
661    free(st->y0);
662    free(st->y1);
663    free(st->h0_mem);
664    free(st->h1_mem);
665    free(st->g0_mem);
666    free(st->g1_mem);
667    
668    free(st->exc);
669    free(st->pf_exc);
670    free(st->pf_window);
671    free(st->pf_autocorr);
672    free(st->pf_lpc);
673    free(st->pf_bwlpc);
674    free(st->qlsp);
675    free(st->old_qlsp);
676    free(st->interp_qlsp);
677    free(st->interp_qlpc);
678
679    free(st->mem_sp);
680    free(st->mem_pf_exc1);
681    free(st->mem_pf_exc2);
682    free(st->mem_pf_sp);
683
684    free(st->stack);
685
686    free(state);
687 }
688
689
690 void sb_decode(void *state, FrameBits *bits, float *out)
691 {
692    int i, sub;
693    SBDecState *st;
694    
695    st = state;
696    /* Decode the low-band */
697    nb_decode(st->st_low, bits, st->x0d);
698
699    for (i=0;i<st->frame_size;i++)
700       st->exc[i]=0;
701
702    st->lsp_unquant(st->qlsp, st->lpcSize, bits);
703    
704    if (st->first)
705    {
706       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
707          st->old_qlsp[i] = st->qlsp[i];
708    }
709    
710    for (sub=0;sub<st->nbSubframes;sub++)
711    {
712       float *exc, *sp, tmp, filter_ratio, gain, el=0;
713       int offset;
714       
715       offset = st->subframeSize*sub;
716       sp=st->high+offset;
717       exc=st->exc+offset;
718       
719       /* LSP interpolation */
720       tmp = (.5 + sub)/st->nbSubframes;
721       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
722          st->interp_qlsp[i] = (1-tmp)*st->old_qlsp[i] + tmp*st->qlsp[i];
723
724       /* LSPs to x-domain */
725       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
726          st->interp_qlsp[i] = cos(st->interp_qlsp[i]);
727
728       /* LSP to LPC */
729       lsp_to_lpc(st->interp_qlsp, st->interp_qlpc, st->lpcSize, st->stack);
730
731       {
732          float rl=0, rh=0;
733          tmp=1;
734          for (i=0;i<=st->lpcSize;i++)
735          {
736             rh += tmp*st->interp_qlpc[i];
737             tmp = -tmp;
738          }
739          rl = ((DecState*)st->st_low)->pi_gain[sub];
740          rl=1/(fabs(rl)+.01);
741          rh=1/(fabs(rh)+.01);
742          filter_ratio=fabs(.01+rh)/(.01+fabs(rl));
743       }
744
745       for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
746          el+=sqr(((DecState*)st->st_low)->exc[offset+i]);
747       gain=(1+sqrt(el/st->subframeSize))/filter_ratio;
748       
749       for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
750          exc[i]=0;
751       if (0/*speex_bits_unpack_unsigned(bits, 1)*/)
752       {
753          float g;
754          int quant;
755          quant = speex_bits_unpack_unsigned(bits, 5);
756          g= .1*exp(quant/9.4);
757          
758          /*printf ("unquant folding gain: %f\n", g);*/
759          g /= filter_ratio;
760          
761          g *= .8;
762          /* High-band excitation using the low-band excitation and a gain */
763          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
764             exc[i]=g*((DecState*)st->st_low)->exc[offset+i];
765       } else {
766          st->innovation_unquant(exc, st->innovation_params, st->subframeSize, 
767                                 bits, st->stack);
768          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
769             exc[i]*=gain;
770       }
771       syn_filt_mem(exc, st->interp_qlpc, sp, st->subframeSize, st->lpcSize, st->mem_sp);
772
773    }
774
775    /* Up-sample coded low-band and high-band*/
776    for (i=0;i<st->frame_size;i++)
777    {
778       st->x0[(i<<1)]=st->x0d[i];
779       st->x1[(i<<1)]=st->high[i];
780       st->x0[(i<<1)+1]=0;
781       st->x1[(i<<1)+1]=0;
782    }
783    /* Reconstruct the original */
784    fir_mem(st->x0, h0, st->y0, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->g0_mem);
785    fir_mem(st->x1, h1, st->y1, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->g1_mem);
786    for (i=0;i<st->full_frame_size;i++)
787       out[i]=2*(st->y0[i]-st->y1[i]);
788
789
790    if (0)
791    {
792       float tmp=1, e1=0, e2=0, g;
793       for (i=0;i<st->full_frame_size;i++)
794          st->pf_exc[i] = out[i] * st->pf_window[i];
795       
796       /* Compute auto-correlation */
797       autocorr(st->pf_exc, st->pf_autocorr, st->pf_order+1, st->full_frame_size);
798       
799       st->pf_autocorr[0] += 1;        /* prevents NANs */
800       st->pf_autocorr[0] *= 1.0001;    /* Noise floor in auto-correlation domain */
801       
802       /* Levinson-Durbin */
803       wld(st->pf_lpc+1, st->pf_autocorr, st->pf_exc, st->pf_order);
804       st->pf_lpc[0]=1;
805       
806       for (i=1;i<st->pf_order;i++)
807       {
808          tmp*=st->pf_gamma;
809          st->pf_bwlpc[i] = st->pf_lpc[i]*tmp;
810       }
811       st->pf_bwlpc[0]=1;
812       
813       /*print_vec(st->pf_lpc, st->pf_order, "post-filter LPC");*/
814       residue_mem(out, st->pf_lpc, st->pf_exc, st->full_frame_size, 
815                   st->pf_order, st->mem_pf_exc1);
816       for (i=0;i<st->full_frame_size;i++)
817          e1 += st->pf_exc[i]*st->pf_exc[i];
818       syn_filt_mem(st->pf_exc, st->pf_bwlpc, st->pf_exc, st->full_frame_size, 
819                   st->pf_order, st->mem_pf_exc2);
820       for (i=0;i<st->full_frame_size;i++)
821          e2 += st->pf_exc[i]*st->pf_exc[i];
822       g=sqrt(e1/(e2+.1));
823       /*printf ("post-filter gain: %f\n", g);*/
824       for (i=0;i<st->full_frame_size;i++)
825          st->pf_exc[i]=g*st->pf_exc[i];
826
827       syn_filt_mem(st->pf_exc, st->pf_lpc, out, st->full_frame_size, 
828                   st->pf_order, st->mem_pf_sp);
829    }
830
831
832    for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
833       st->old_qlsp[i] = st->qlsp[i];
834
835    st->first=0;
836
837 }