Implemented "null mode", i.e. silence. Only submodeID is transmitted
[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 <stdlib.h>
21 #include <math.h>
22 #include <stdio.h>
23 #include "nb_celp.h"
24 #include "sb_celp.h"
25 #include "stdlib.h"
26 #include "filters.h"
27 #include "lpc.h"
28 #include "lsp.h"
29 #include "stack_alloc.h"
30 #include "cb_search.h"
31 #include "quant_lsp.h"
32 #include "vq.h"
33 #include "ltp.h"
34 #include "misc.h"
35
36 #ifndef M_PI
37 #define M_PI           3.14159265358979323846  /* pi */
38 #endif
39
40 #define sqr(x) ((x)*(x))
41
42 #define SUBMODE(x) st->submodes[st->submodeID]->x
43
44
45 #define QMF_ORDER 64
46 static float h0[64] = {
47    3.596189e-05, -0.0001123515,
48    -0.0001104587, 0.0002790277,
49    0.0002298438, -0.0005953563,
50    -0.0003823631, 0.00113826,
51    0.0005308539, -0.001986177,
52    -0.0006243724, 0.003235877,
53    0.0005743159, -0.004989147,
54    -0.0002584767, 0.007367171,
55    -0.0004857935, -0.01050689,
56    0.001894714, 0.01459396,
57    -0.004313674, -0.01994365,
58    0.00828756, 0.02716055,
59    -0.01485397, -0.03764973,
60    0.026447, 0.05543245,
61    -0.05095487, -0.09779096,
62    0.1382363, 0.4600981,
63    0.4600981, 0.1382363,
64    -0.09779096, -0.05095487,
65    0.05543245, 0.026447,
66    -0.03764973, -0.01485397,
67    0.02716055, 0.00828756,
68    -0.01994365, -0.004313674,
69    0.01459396, 0.001894714,
70    -0.01050689, -0.0004857935,
71    0.007367171, -0.0002584767,
72    -0.004989147, 0.0005743159,
73    0.003235877, -0.0006243724,
74    -0.001986177, 0.0005308539,
75    0.00113826, -0.0003823631,
76    -0.0005953563, 0.0002298438,
77    0.0002790277, -0.0001104587,
78    -0.0001123515, 3.596189e-05
79 };
80
81 static float h1[64] = {
82    3.596189e-05, 0.0001123515,
83    -0.0001104587, -0.0002790277,
84    0.0002298438, 0.0005953563,
85    -0.0003823631, -0.00113826,
86    0.0005308539, 0.001986177,
87    -0.0006243724, -0.003235877,
88    0.0005743159, 0.004989147,
89    -0.0002584767, -0.007367171,
90    -0.0004857935, 0.01050689,
91    0.001894714, -0.01459396,
92    -0.004313674, 0.01994365,
93    0.00828756, -0.02716055,
94    -0.01485397, 0.03764973,
95    0.026447, -0.05543245,
96    -0.05095487, 0.09779096,
97    0.1382363, -0.4600981,
98    0.4600981, -0.1382363,
99    -0.09779096, 0.05095487,
100    0.05543245, -0.026447,
101    -0.03764973, 0.01485397,
102    0.02716055, -0.00828756,
103    -0.01994365, 0.004313674,
104    0.01459396, -0.001894714,
105    -0.01050689, 0.0004857935,
106    0.007367171, 0.0002584767,
107    -0.004989147, -0.0005743159,
108    0.003235877, 0.0006243724,
109    -0.001986177, -0.0005308539,
110    0.00113826, 0.0003823631,
111    -0.0005953563, -0.0002298438,
112    0.0002790277, 0.0001104587,
113    -0.0001123515, -3.596189e-05
114 };
115
116 void *sb_encoder_init(SpeexMode *m)
117 {
118    int i;
119    SBEncState *st;
120    SpeexSBMode *mode;
121
122    st = speex_alloc(sizeof(SBEncState));
123    st->mode = m;
124    mode = m->mode;
125
126    st->st_low = nb_encoder_init(mode->nb_mode);
127    st->full_frame_size = 2*mode->frameSize;
128    st->frame_size = mode->frameSize;
129    st->subframeSize = mode->subframeSize;
130    st->nbSubframes = mode->frameSize/mode->subframeSize;
131    st->windowSize = st->frame_size*3/2;
132    st->lpcSize=mode->lpcSize;
133    st->bufSize=mode->bufSize;
134
135    st->submodes=mode->submodes;
136    st->submodeID=mode->defaultSubmode;
137    {
138       int mod=6;
139       speex_encoder_ctl(st->st_low, SPEEX_SET_MODE, &mod);
140    }
141
142    st->lag_factor = mode->lag_factor;
143    st->lpc_floor = mode->lpc_floor;
144    st->gamma1=mode->gamma1;
145    st->gamma2=mode->gamma2;
146    st->first=1;
147    st->stack = speex_alloc(10000*sizeof(float));
148
149    st->x0=speex_alloc(st->full_frame_size*sizeof(float));
150    st->x1=speex_alloc(st->full_frame_size*sizeof(float));
151    st->x0d=speex_alloc(st->frame_size*sizeof(float));
152    st->x1d=speex_alloc(st->frame_size*sizeof(float));
153    st->high=speex_alloc(st->full_frame_size*sizeof(float));
154    st->y0=speex_alloc(st->full_frame_size*sizeof(float));
155    st->y1=speex_alloc(st->full_frame_size*sizeof(float));
156
157    st->h0_mem=speex_alloc(QMF_ORDER*sizeof(float));
158    st->h1_mem=speex_alloc(QMF_ORDER*sizeof(float));
159    st->g0_mem=speex_alloc(QMF_ORDER*sizeof(float));
160    st->g1_mem=speex_alloc(QMF_ORDER*sizeof(float));
161
162    st->buf=speex_alloc(st->windowSize*sizeof(float));
163    st->excBuf=speex_alloc(st->bufSize*sizeof(float));
164    st->exc = st->excBuf + st->bufSize - st->windowSize;
165    /*st->exc=st->excBuf+st->frame_size;*/
166
167    st->res=speex_alloc(st->frame_size*sizeof(float));
168    st->sw=speex_alloc(st->frame_size*sizeof(float));
169    st->target=speex_alloc(st->frame_size*sizeof(float));
170    /*Asymetric "pseudo-Hamming" window*/
171    {
172       int part1, part2;
173       part1 = st->subframeSize*7/2;
174       part2 = st->subframeSize*5/2;
175       st->window = speex_alloc(st->windowSize*sizeof(float));
176       for (i=0;i<part1;i++)
177          st->window[i]=.54-.46*cos(M_PI*i/part1);
178       for (i=0;i<part2;i++)
179          st->window[part1+i]=.54+.46*cos(M_PI*i/part2);
180    }
181
182    st->lagWindow = speex_alloc((st->lpcSize+1)*sizeof(float));
183    for (i=0;i<st->lpcSize+1;i++)
184       st->lagWindow[i]=exp(-.5*sqr(2*M_PI*st->lag_factor*i));
185
186    st->rc = speex_alloc(st->lpcSize*sizeof(float));
187    st->autocorr = speex_alloc((st->lpcSize+1)*sizeof(float));
188    st->lpc = speex_alloc((st->lpcSize+1)*sizeof(float));
189    st->bw_lpc1 = speex_alloc((st->lpcSize+1)*sizeof(float));
190    st->bw_lpc2 = speex_alloc((st->lpcSize+1)*sizeof(float));
191    st->lsp = speex_alloc(st->lpcSize*sizeof(float));
192    st->qlsp = speex_alloc(st->lpcSize*sizeof(float));
193    st->old_lsp = speex_alloc(st->lpcSize*sizeof(float));
194    st->old_qlsp = speex_alloc(st->lpcSize*sizeof(float));
195    st->interp_lsp = speex_alloc(st->lpcSize*sizeof(float));
196    st->interp_qlsp = speex_alloc(st->lpcSize*sizeof(float));
197    st->interp_lpc = speex_alloc((st->lpcSize+1)*sizeof(float));
198    st->interp_qlpc = speex_alloc((st->lpcSize+1)*sizeof(float));
199
200    st->mem_sp = speex_alloc(st->lpcSize*sizeof(float));
201    st->mem_sp2 = speex_alloc(st->lpcSize*sizeof(float));
202    st->mem_sw = speex_alloc(st->lpcSize*sizeof(float));
203    st->complexity=2;
204
205    return st;
206 }
207
208 void sb_encoder_destroy(void *state)
209 {
210    SBEncState *st=state;
211
212    nb_encoder_destroy(st->st_low);
213    speex_free(st->x0);
214    speex_free(st->x0d);
215    speex_free(st->x1);
216    speex_free(st->x1d);
217    speex_free(st->high);
218    speex_free(st->y0);
219    speex_free(st->y1);
220    speex_free(st->h0_mem);
221    speex_free(st->h1_mem);
222    speex_free(st->g0_mem);
223    speex_free(st->g1_mem);
224    
225    speex_free(st->buf);
226    speex_free(st->window);
227    speex_free(st->excBuf);
228    speex_free(st->sw);
229    speex_free(st->res);
230    speex_free(st->target);
231    speex_free(st->lagWindow);
232    speex_free(st->rc);
233    speex_free(st->autocorr);
234    speex_free(st->lpc);
235    speex_free(st->bw_lpc1);
236    speex_free(st->bw_lpc2);
237    speex_free(st->lsp);
238    speex_free(st->qlsp);
239    speex_free(st->old_lsp);
240    speex_free(st->old_qlsp);
241    speex_free(st->interp_lsp);
242    speex_free(st->interp_qlsp);
243    speex_free(st->interp_lpc);
244    speex_free(st->interp_qlpc);
245
246    speex_free(st->mem_sp);
247    speex_free(st->mem_sp2);
248    speex_free(st->mem_sw);
249
250    speex_free(st->stack);
251
252    speex_free(st);
253 }
254
255
256 void sb_encode(void *state, float *in, SpeexBits *bits)
257 {
258    SBEncState *st;
259    int i, roots, sub;
260
261    st = state;
262
263    /* Compute the two sub-bands by filtering with h0 and h1*/
264    fir_mem(in, h0, st->x0, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->h0_mem);
265    fir_mem(in, h1, st->x1, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->h1_mem);
266    /* Down-sample x0 and x1 */
267    for (i=0;i<st->frame_size;i++)
268    {
269       st->x0d[i]=st->x0[i<<1];
270       st->x1d[i]=st->x1[i<<1];
271    }
272    /* Encode the narrowband part*/
273    nb_encode(st->st_low, st->x0d, bits);
274
275    speex_bits_pack(bits, st->submodeID, SB_SUBMODE_BITS);
276
277    /* High-band buffering / sync with low band */
278 #if 0
279    for (i=0;i<st->frame_size;i++)
280    {
281       /*st->excBuf[i]=st->exc[i];*/
282       st->high[i]=st->high[st->frame_size+i];
283       st->high[st->frame_size+i]=st->x1d[i];
284    }
285 #else
286    for (i=0;i<st->windowSize-st->frame_size;i++)
287       st->high[i] = st->high[st->frame_size+i];
288    for (i=0;i<st->frame_size;i++)
289       st->high[st->windowSize-st->frame_size+i]=st->x1d[i];
290 #endif
291
292    speex_move(st->excBuf, st->excBuf+st->frame_size, (st->bufSize-st->frame_size)*sizeof(float));
293
294    /* Start encoding the high-band */
295
296    for (i=0;i<st->windowSize;i++)
297       st->buf[i] = st->high[i] * st->window[i];
298
299    /* Compute auto-correlation */
300    autocorr(st->buf, st->autocorr, st->lpcSize+1, st->windowSize);
301
302    st->autocorr[0] += 1;        /* prevents NANs */
303    st->autocorr[0] *= st->lpc_floor; /* Noise floor in auto-correlation domain */
304    /* Lag windowing: equivalent to filtering in the power-spectrum domain */
305    for (i=0;i<st->lpcSize+1;i++)
306       st->autocorr[i] *= st->lagWindow[i];
307
308    /* Levinson-Durbin */
309    wld(st->lpc+1, st->autocorr, st->rc, st->lpcSize);
310    st->lpc[0]=1;
311
312    /* LPC to LSPs (x-domain) transform */
313    roots=lpc_to_lsp (st->lpc, st->lpcSize, st->lsp, 6, 0.002, st->stack);
314    if (roots!=st->lpcSize)
315    {
316       fprintf (stderr, "roots!=st->lpcSize (found only %d roots)\n", roots);
317       exit(1);
318    }
319
320    /* x-domain to angle domain*/
321    for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
322       st->lsp[i] = acos(st->lsp[i]);
323
324    /* If null mode (no transmission), just set a couple things to zero*/
325    if (st->submodes[st->submodeID] == NULL)
326    {
327       fprintf (stderr, "Null mode\n");
328       for (i=0;i<st->frame_size;i++)
329          st->exc[i]=st->sw[i]=0;
330
331       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
332          st->mem_sw[i]=0;
333       st->first=1;
334
335       /* Final signal synthesis from excitation */
336       syn_filt_mem(st->exc, st->interp_qlpc, st->high, st->subframeSize, st->lpcSize, st->mem_sp);
337
338 #ifndef RELEASE
339       /* Up-sample coded low-band and high-band*/
340       for (i=0;i<st->frame_size;i++)
341       {
342          st->x0[(i<<1)]=st->x0d[i];
343          st->x1[(i<<1)]=st->high[i];
344          st->x0[(i<<1)+1]=0;
345          st->x1[(i<<1)+1]=0;
346       }
347       /* Reconstruct the original */
348       fir_mem(st->x0, h0, st->y0, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->g0_mem);
349       fir_mem(st->x1, h1, st->y1, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->g1_mem);
350       for (i=0;i<st->full_frame_size;i++)
351          in[i]=2*(st->y0[i]-st->y1[i]);
352 #endif
353
354       return;
355
356    }
357
358
359    /* LSP quantization */
360    SUBMODE(lsp_quant)(st->lsp, st->qlsp, st->lpcSize, bits);
361    
362    /*printf ("high_lsp:");
363    for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
364       printf (" %f", st->lsp[i]);
365       printf ("\n");*/
366    /*for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
367      st->qlsp[i]=st->lsp[i];*/
368    
369
370    if (st->first)
371    {
372       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
373          st->old_lsp[i] = st->lsp[i];
374       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
375          st->old_qlsp[i] = st->qlsp[i];
376    }
377    
378    for (sub=0;sub<st->nbSubframes;sub++)
379    {
380       float *exc, *sp, *mem, *res, *target, *sw, tmp, filter_ratio;
381       int offset;
382       float rl, rh, eh=0, el=0;
383       int fold;
384
385       offset = st->subframeSize*sub;
386       sp=st->high+offset;
387       exc=st->excBuf+offset;
388       res=st->res+offset;
389       target=st->target+offset;
390       sw=st->sw+offset;
391
392       mem=PUSH(st->stack, st->lpcSize);
393       
394       /* LSP interpolation (quantized and unquantized) */
395       tmp = (1.0 + sub)/st->nbSubframes;
396       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
397          st->interp_lsp[i] = (1-tmp)*st->old_lsp[i] + tmp*st->lsp[i];
398       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
399          st->interp_qlsp[i] = (1-tmp)*st->old_qlsp[i] + tmp*st->qlsp[i];
400       
401       /* Compute interpolated LPCs (quantized and unquantized) */
402       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
403          st->interp_lsp[i] = cos(st->interp_lsp[i]);
404       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
405          st->interp_qlsp[i] = cos(st->interp_qlsp[i]);
406
407       lsp_enforce_margin(st->interp_lsp, st->lpcSize, .002);
408       lsp_enforce_margin(st->interp_qlsp, st->lpcSize, .002);
409
410       lsp_to_lpc(st->interp_lsp, st->interp_lpc, st->lpcSize,st->stack);
411       lsp_to_lpc(st->interp_qlsp, st->interp_qlpc, st->lpcSize, st->stack);
412
413       bw_lpc(st->gamma1, st->interp_lpc, st->bw_lpc1, st->lpcSize);
414       bw_lpc(st->gamma2, st->interp_lpc, st->bw_lpc2, st->lpcSize);
415
416       /* Compute mid-band (4000 Hz for wideband) response of low-band and high-band
417          filters */
418       rl=rh=0;
419       tmp=1;
420       for (i=0;i<=st->lpcSize;i++)
421       {
422          rh += tmp*st->interp_qlpc[i];
423          tmp = -tmp;
424       }
425       rl = ((EncState*)st->st_low)->pi_gain[sub];
426       rl=1/(fabs(rl)+.01);
427       rh=1/(fabs(rh)+.01);
428       /* Compute ratio, will help predict the gain */
429       filter_ratio=fabs(.01+rh)/(.01+fabs(rl));
430
431       fold = filter_ratio<5;
432       /*printf ("filter_ratio %f\n", filter_ratio);*/
433       fold=0;
434
435       /* Compute "real excitation" */
436       residue_mem(sp, st->interp_qlpc, exc, st->subframeSize, st->lpcSize, st->mem_sp2);
437       /* Compute energy of low-band and high-band excitation */
438       for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
439          eh+=sqr(exc[i]);
440       for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
441          el+=sqr(((EncState*)st->st_low)->exc[offset+i]);
442
443       if (!SUBMODE(innovation_quant)) {/* 1 for spectral folding excitation, 0 for stochastic */
444          float g;
445          /*speex_bits_pack(bits, 1, 1);*/
446
447 #if 1
448          /* Gain to use if we want to use the low-band excitation for high-band */
449          g=eh/(.01+el);
450          g=sqrt(g);
451
452          g *= filter_ratio;
453          /* Gain quantization */
454          {
455             int quant = (int) floor(.5 + 9.4 * log(10*(g+.0001)));
456             if (quant<0)
457                quant=0;
458             if (quant>31)
459                quant=31;
460             speex_bits_pack(bits, quant, 5);
461             g= .1*exp(quant/9.4);
462          }
463          /*printf ("folding gain: %f\n", g);*/
464          g /= filter_ratio;
465
466 #if 0
467          {
468             float noise_gain;
469             float *noise;
470             float *alias;
471             static int init=0;
472             if (!init)
473             {
474                srand48(0);
475                init=1;
476             }
477             noise_gain = 3*sqrt(el/st->subframeSize);
478             noise = PUSH(st->stack, st->subframeSize);
479
480             for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
481                noise[i]=noise_gain*(drand48()-.5);
482
483             alias = ((EncState*)st->st_low)->exc+offset;
484             /* Too lazy to do the memory properly */
485             exc[0]=.5*.35*g*(alias[0]+noise[0]);
486             for (i=1;i<st->subframeSize;i++)
487             {
488                exc[i]=.7*.5*g* (.8*(noise[i]+.8*noise[i-1]) + alias[i]-.8*alias[i-1]);
489             }
490             POP(st->stack);
491          }
492 #else
493          /* High-band excitation using the low-band excitation and a gain */
494          /*FIXME: Should we replace the excitation in the encoder of just in the decoder?*/
495          /*                  for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
496             exc[i]=g*((EncState*)st->st_low)->exc[offset+i];
497          */
498 #endif
499
500 #endif
501          /* Update the input signal using the non-coded memory */
502          /* FIXME: is that right? */
503          /*syn_filt_mem(exc, st->interp_qlpc, sp, st->subframeSize, st->lpcSize, st->mem_sp);*/
504
505          /* FIXME: Update perceptually weighted signal in case we switch to the
506             other mode */
507       } else {
508          float gc, scale, scale_1;
509          float *innov;
510
511          /*speex_bits_pack(bits, 0, 1);*/
512          innov = PUSH(st->stack, st->subframeSize);
513
514
515          gc = sqrt(1+eh)*filter_ratio/sqrt((1+el)*st->subframeSize);
516
517          {
518             int qgc = (int)floor(.5+3.7*(log(gc)+2));
519             if (qgc<0)
520                qgc=0;
521             if (qgc>15)
522                qgc=15;
523             speex_bits_pack(bits, qgc, 4);
524             gc = exp((1/3.7)*qgc-2);
525          }
526
527          scale = gc*sqrt(1+el)/filter_ratio;
528          scale_1 = 1/scale;
529          if (0 && rand()%5==0)
530          {
531             float sc = 1/sqrt(.1+eh/st->subframeSize);
532             if (rand()&1)
533                sc=-sc;
534             for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
535             {
536                float tmp=exc[i]*sc;
537                if (i%8==0)
538                   printf ("\nhexc");
539                printf (" %f", tmp);
540             }
541          }
542
543          /* Reset excitation */
544          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
545             exc[i]=0;
546          
547          /* Compute zero response (ringing) of A(z/g1) / ( A(z/g2) * Aq(z) ) */
548          for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
549             mem[i]=st->mem_sp[i];
550          syn_filt_mem(exc, st->interp_qlpc, exc, st->subframeSize, st->lpcSize, mem);
551          for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
552             mem[i]=st->mem_sp[i];
553          residue_mem(exc, st->bw_lpc1, res, st->subframeSize, st->lpcSize, mem);
554          for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
555             mem[i]=st->mem_sw[i];
556          syn_filt_mem(res, st->bw_lpc2, res, st->subframeSize, st->lpcSize, mem);
557          
558          /* Compute weighted signal */
559          for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
560             mem[i]=st->mem_sp[i];
561          residue_mem(sp, st->bw_lpc1, sw, st->subframeSize, st->lpcSize, mem);
562          for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
563             mem[i]=st->mem_sw[i];
564          syn_filt_mem(sw, st->bw_lpc2, sw, st->subframeSize, st->lpcSize, mem);
565          
566          /* Compute target signal */
567          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
568             target[i]=sw[i]-res[i];
569
570          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
571            exc[i]=0;
572
573
574          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
575             target[i]*=scale_1;
576          
577          /* Reset excitation */
578          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
579             innov[i]=0;
580
581          /*print_vec(target, st->subframeSize, "\ntarget");*/
582          SUBMODE(innovation_quant)(target, st->interp_qlpc, st->bw_lpc1, st->bw_lpc2, 
583                                 SUBMODE(innovation_params), st->lpcSize, st->subframeSize, 
584                                 innov, bits, st->stack, st->complexity);
585          /*print_vec(target, st->subframeSize, "after");*/
586
587          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
588             exc[i] += innov[i]*scale;
589
590          if (0) {
591             float en=0;
592             for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
593                en+=exc[i]*exc[i];
594             en=sqrt(eh/(1+en));
595             for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
596                exc[i]*=en;
597             printf ("correction high: %f\n", en);
598          }
599
600          POP(st->stack);
601       }
602 #if 1
603          /*Keep the previous memory*/
604          for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
605             mem[i]=st->mem_sp[i];
606          /* Final signal synthesis from excitation */
607          syn_filt_mem(exc, st->interp_qlpc, sp, st->subframeSize, st->lpcSize, st->mem_sp);
608          
609          /* Compute weighted signal again, from synthesized speech (not sure it's the right thing) */
610          residue_mem(sp, st->bw_lpc1, sw, st->subframeSize, st->lpcSize, mem);
611          syn_filt_mem(sw, st->bw_lpc2, sw, st->subframeSize, st->lpcSize, st->mem_sw);
612 #endif
613       
614       
615       POP(st->stack);
616    }
617
618
619 #ifndef RELEASE
620    /* Up-sample coded low-band and high-band*/
621    for (i=0;i<st->frame_size;i++)
622    {
623       st->x0[(i<<1)]=st->x0d[i];
624       st->x1[(i<<1)]=st->high[i];
625       st->x0[(i<<1)+1]=0;
626       st->x1[(i<<1)+1]=0;
627    }
628    /* Reconstruct the original */
629    fir_mem(st->x0, h0, st->y0, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->g0_mem);
630    fir_mem(st->x1, h1, st->y1, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->g1_mem);
631    for (i=0;i<st->full_frame_size;i++)
632       in[i]=2*(st->y0[i]-st->y1[i]);
633 #endif
634    for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
635       st->old_lsp[i] = st->lsp[i];
636    for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
637       st->old_qlsp[i] = st->qlsp[i];
638
639    st->first=0;
640 }
641
642
643
644
645
646 void *sb_decoder_init(SpeexMode *m)
647 {
648    int i;
649    SBDecState *st;
650    SpeexSBMode *mode;
651    st = speex_alloc(sizeof(SBDecState));
652    st->mode = m;
653    mode=m->mode;
654
655    st->st_low = nb_decoder_init(mode->nb_mode);
656    st->full_frame_size = 2*mode->frameSize;
657    st->frame_size = mode->frameSize;
658    st->subframeSize = 40;
659    st->nbSubframes = 4;
660    st->lpcSize=8;
661
662    st->submodes=mode->submodes;
663    st->submodeID=mode->defaultSubmode;
664
665    st->first=1;
666    st->stack = speex_alloc(10000*sizeof(float));
667
668    st->x0=speex_alloc(st->full_frame_size*sizeof(float));
669    st->x1=speex_alloc(st->full_frame_size*sizeof(float));
670    st->x0d=speex_alloc(st->frame_size*sizeof(float));
671    st->x1d=speex_alloc(st->frame_size*sizeof(float));
672    st->high=speex_alloc(st->full_frame_size*sizeof(float));
673    st->y0=speex_alloc(st->full_frame_size*sizeof(float));
674    st->y1=speex_alloc(st->full_frame_size*sizeof(float));
675
676    st->h0_mem=speex_alloc(QMF_ORDER*sizeof(float));
677    st->h1_mem=speex_alloc(QMF_ORDER*sizeof(float));
678    st->g0_mem=speex_alloc(QMF_ORDER*sizeof(float));
679    st->g1_mem=speex_alloc(QMF_ORDER*sizeof(float));
680
681    st->exc=speex_alloc(st->frame_size*sizeof(float));
682
683    st->qlsp = speex_alloc(st->lpcSize*sizeof(float));
684    st->old_qlsp = speex_alloc(st->lpcSize*sizeof(float));
685    st->interp_qlsp = speex_alloc(st->lpcSize*sizeof(float));
686    st->interp_qlpc = speex_alloc((st->lpcSize+1)*sizeof(float));
687
688    st->mem_sp = speex_alloc(st->lpcSize*sizeof(float));
689
690    return st;
691 }
692
693 void sb_decoder_destroy(void *state)
694 {
695    SBDecState *st;
696    st = state;
697    nb_decoder_destroy(st->st_low);
698    speex_free(st->x0);
699    speex_free(st->x0d);
700    speex_free(st->x1);
701    speex_free(st->x1d);
702    speex_free(st->high);
703    speex_free(st->y0);
704    speex_free(st->y1);
705    speex_free(st->h0_mem);
706    speex_free(st->h1_mem);
707    speex_free(st->g0_mem);
708    speex_free(st->g1_mem);
709    
710    speex_free(st->exc);
711    speex_free(st->qlsp);
712    speex_free(st->old_qlsp);
713    speex_free(st->interp_qlsp);
714    speex_free(st->interp_qlpc);
715
716    speex_free(st->mem_sp);
717
718    speex_free(st->stack);
719
720    speex_free(state);
721 }
722
723
724 void sb_decode(void *state, SpeexBits *bits, float *out, int lost)
725 {
726    int i, sub;
727    SBDecState *st;
728    
729    st = state;
730    /* Decode the low-band */
731    nb_decode(st->st_low, bits, st->x0d, lost);
732
733    st->submodeID = speex_bits_unpack_unsigned(bits, SB_SUBMODE_BITS);
734
735    for (i=0;i<st->frame_size;i++)
736       st->exc[i]=0;
737
738    /* If null mode (no transmission), just set a couple things to zero*/
739    if (st->submodes[st->submodeID] == NULL)
740    {
741       fprintf (stderr, "Null mode\n");
742       for (i=0;i<st->frame_size;i++)
743          st->exc[i]=0;
744
745       st->first=1;
746
747       /* Final signal synthesis from excitation */
748       syn_filt_mem(st->exc, st->interp_qlpc, st->high, st->subframeSize, st->lpcSize, st->mem_sp);
749
750       /* Up-sample coded low-band and high-band*/
751       for (i=0;i<st->frame_size;i++)
752       {
753          st->x0[(i<<1)]=st->x0d[i];
754          st->x1[(i<<1)]=st->high[i];
755          st->x0[(i<<1)+1]=0;
756          st->x1[(i<<1)+1]=0;
757       }
758       /* Reconstruct the original */
759       fir_mem(st->x0, h0, st->y0, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->g0_mem);
760       fir_mem(st->x1, h1, st->y1, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->g1_mem);
761       for (i=0;i<st->full_frame_size;i++)
762          out[i]=2*(st->y0[i]-st->y1[i]);
763
764       return;
765
766    }
767
768
769    SUBMODE(lsp_unquant)(st->qlsp, st->lpcSize, bits);
770    
771    if (st->first)
772    {
773       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
774          st->old_qlsp[i] = st->qlsp[i];
775    }
776    
777    for (sub=0;sub<st->nbSubframes;sub++)
778    {
779       float *exc, *sp, tmp, filter_ratio, gain, el=0;
780       int offset;
781       
782       offset = st->subframeSize*sub;
783       sp=st->high+offset;
784       exc=st->exc+offset;
785       
786       /* LSP interpolation */
787       tmp = (1.0 + sub)/st->nbSubframes;
788       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
789          st->interp_qlsp[i] = (1-tmp)*st->old_qlsp[i] + tmp*st->qlsp[i];
790
791       /* LSPs to x-domain */
792       for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
793          st->interp_qlsp[i] = cos(st->interp_qlsp[i]);
794
795       lsp_enforce_margin(st->interp_qlsp, st->lpcSize, .002);
796
797       /* LSP to LPC */
798       lsp_to_lpc(st->interp_qlsp, st->interp_qlpc, st->lpcSize, st->stack);
799
800       {
801          float rl=0, rh=0;
802          tmp=1;
803          for (i=0;i<=st->lpcSize;i++)
804          {
805             rh += tmp*st->interp_qlpc[i];
806             tmp = -tmp;
807          }
808          rl = ((DecState*)st->st_low)->pi_gain[sub];
809          rl=1/(fabs(rl)+.01);
810          rh=1/(fabs(rh)+.01);
811          filter_ratio=fabs(.01+rh)/(.01+fabs(rl));
812       }
813
814       for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
815          el+=sqr(((DecState*)st->st_low)->exc[offset+i]);
816       gain=(1+sqrt(el/st->subframeSize))/filter_ratio;
817       
818       for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
819          exc[i]=0;
820       if (!SUBMODE(innovation_unquant))
821       {
822          float g;
823          int quant;
824          quant = speex_bits_unpack_unsigned(bits, 5);
825          g= .1*exp(quant/9.4);
826          
827          /*printf ("unquant folding gain: %f\n", g);*/
828          g /= filter_ratio;
829          
830          /* High-band excitation using the low-band excitation and a gain */
831          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
832             exc[i]=.6*g*((DecState*)st->st_low)->exc[offset+i];
833       } else {
834          float gc, scale;
835          int qgc = speex_bits_unpack_unsigned(bits, 4);
836
837          gc = exp((1/3.7)*qgc-2);
838
839          scale = gc*sqrt(1+el)/filter_ratio;
840
841
842          SUBMODE(innovation_unquant)(exc, SUBMODE(innovation_params), st->subframeSize, 
843                                 bits, st->stack);
844          for (i=0;i<st->subframeSize;i++)
845             exc[i]*=scale;
846       }
847       syn_filt_mem(exc, st->interp_qlpc, sp, st->subframeSize, st->lpcSize, st->mem_sp);
848
849    }
850
851    /* Up-sample coded low-band and high-band*/
852    for (i=0;i<st->frame_size;i++)
853    {
854       st->x0[(i<<1)]=st->x0d[i];
855       st->x1[(i<<1)]=st->high[i];
856       st->x0[(i<<1)+1]=0;
857       st->x1[(i<<1)+1]=0;
858    }
859    /* Reconstruct the original */
860    fir_mem(st->x0, h0, st->y0, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->g0_mem);
861    fir_mem(st->x1, h1, st->y1, st->full_frame_size, QMF_ORDER, st->g1_mem);
862    for (i=0;i<st->full_frame_size;i++)
863       out[i]=2*(st->y0[i]-st->y1[i]);
864
865
866    for (i=0;i<st->lpcSize;i++)
867       st->old_qlsp[i] = st->qlsp[i];
868
869    st->first=0;
870
871 }
872
873
874 void sb_encoder_ctl(void *state, int request, void *ptr)
875 {
876    SBEncState *st;
877    st=state;
878    switch(request)
879    {
880    case SPEEX_GET_FRAME_SIZE:
881       (*(int*)ptr) = st->full_frame_size;
882       break;
883    case SPEEX_SET_HIGH_MODE:
884       st->submodeID = (*(int*)ptr);
885       break;
886    case SPEEX_SET_LOW_MODE:
887       speex_encoder_ctl(st->st_low, SPEEX_SET_MODE, ptr);
888       break;
889    case SPEEX_SET_VBR:
890       speex_encoder_ctl(st->st_low, SPEEX_SET_VBR, ptr);
891       break;
892    case SPEEX_SET_VBR_QUALITY:
893       {
894          int qual = (*(int*)ptr)+1;
895          if (qual>10)
896             qual=10;
897          speex_encoder_ctl(st->st_low, SPEEX_SET_VBR_QUALITY, &qual);
898          speex_encoder_ctl(state, SPEEX_SET_QUALITY, ptr);
899          break;
900       }
901    case SPEEX_SET_QUALITY:
902       {
903          int nb_mode;
904          int quality = (*(int*)ptr);
905          switch (quality)
906          {
907          case 0:
908             nb_mode=0;
909             st->submodeID = 0;
910             break;
911          case 1:
912             nb_mode=1;
913             st->submodeID = 1;
914             break;
915          case 2:
916             nb_mode=2;
917             st->submodeID = 1;
918             break;
919          case 3:
920             nb_mode=3;
921             st->submodeID = 1;
922             break;
923          case 4:
924             nb_mode=4;
925             st->submodeID = 2;
926             break;
927          case 5:
928             nb_mode=5;
929             st->submodeID = 2;
930             break;
931          case 6:
932          case 7:
933             nb_mode=6;
934             st->submodeID = 2;
935             break;
936          case 8:
937          case 9:
938          case 10:
939             nb_mode=6;
940             st->submodeID = 3;
941             break;
942          default:
943             fprintf(stderr, "Unknown sb_ctl quality: %d\n", quality);
944          }
945          speex_encoder_ctl(st->st_low, SPEEX_SET_MODE, &nb_mode);
946       }
947       break;
948    case SPEEX_SET_COMPLEXITY:
949       speex_encoder_ctl(st->st_low, SPEEX_SET_COMPLEXITY, ptr);
950       st->complexity = (*(int*)ptr);
951       break;
952    case SPEEX_GET_COMPLEXITY:
953       (*(int*)ptr) = st->complexity;
954       break;
955    case SPEEX_GET_BITRATE:
956       speex_encoder_ctl(st->st_low, request, ptr);
957       if (st->submodes[st->submodeID])
958          (*(int*)ptr) += SUBMODE(bitrate);
959       else
960          (*(int*)ptr) += 150;
961       break;
962    default:
963       fprintf(stderr, "Unknown nb_ctl request: %d\n", request);
964    }
965
966 }
967
968 void sb_decoder_ctl(void *state, int request, void *ptr)
969 {
970    SBDecState *st;
971    st=state;
972    switch(request)
973    {
974    case SPEEX_GET_FRAME_SIZE:
975       (*(int*)ptr) = st->full_frame_size;
976       break;
977    case SPEEX_SET_ENH:
978       speex_decoder_ctl(st->st_low, request, ptr);
979       break;
980    case SPEEX_GET_BITRATE:
981       speex_decoder_ctl(st->st_low, request, ptr);
982       if (st->submodes[st->submodeID])
983          (*(int*)ptr) += SUBMODE(bitrate);
984       else
985          (*(int*)ptr) += 150;
986       break;
987    default:
988       fprintf(stderr, "Unknown sb_ctl request: %d\n", request);
989    }
990
991 }