One-at-a-time allocator now uses direct feedback from ec_*_tell().
[opus.git] / libcelt / celt.c
1 /* (C) 2007-2008 Jean-Marc Valin, CSIRO
2 */
3 /*
4    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
5    modification, are permitted provided that the following conditions
6    are met:
7    
8    - Redistributions of source code must retain the above copyright
9    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10    
11    - Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
12    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
13    documentation and/or other materials provided with the distribution.
14    
15    - Neither the name of the Xiph.org Foundation nor the names of its
16    contributors may be used to endorse or promote products derived from
17    this software without specific prior written permission.
18    
19    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
20    ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
21    LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
22    A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE FOUNDATION OR
23    CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
24    EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
25    PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
26    PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
27    LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
28    NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
29    SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
30 */
31
32 #ifdef HAVE_CONFIG_H
33 #include "config.h"
34 #endif
35
36 #define CELT_C
37
38 #include "os_support.h"
39 #include "mdct.h"
40 #include <math.h>
41 #include "celt.h"
42 #include "pitch.h"
43 #include "kiss_fftr.h"
44 #include "bands.h"
45 #include "modes.h"
46 #include "entcode.h"
47 #include "quant_pitch.h"
48 #include "quant_bands.h"
49 #include "psy.h"
50 #include "rate.h"
51 #include "stack_alloc.h"
52 #include "mathops.h"
53 #include "float_cast.h"
54
55 static const celt_word16_t preemph = QCONST16(0.8f,15);
56
57 #ifdef FIXED_POINT
58 static const celt_word16_t transientWindow[16] = {
59      279,  1106,  2454,  4276,  6510,  9081, 11900, 14872,
60    17896, 20868, 23687, 26258, 28492, 30314, 31662, 32489};
61 #else
62 static const float transientWindow[16] = {
63    0.0085135, 0.0337639, 0.0748914, 0.1304955, 0.1986827, 0.2771308, 0.3631685, 0.4538658,
64    0.5461342, 0.6368315, 0.7228692, 0.8013173, 0.8695045, 0.9251086, 0.9662361, 0.9914865};
65 #endif
66
67    
68 /** Encoder state 
69  @brief Encoder state
70  */
71 struct CELTEncoder {
72    const CELTMode *mode;     /**< Mode used by the encoder */
73    int frame_size;
74    int block_size;
75    int overlap;
76    int channels;
77    
78    int pitch_enabled;
79    
80    ec_byte_buffer buf;
81    ec_enc         enc;
82
83    celt_word16_t * restrict preemph_memE; /* Input is 16-bit, so why bother with 32 */
84    celt_sig_t    * restrict preemph_memD;
85
86    celt_sig_t *in_mem;
87    celt_sig_t *out_mem;
88
89    celt_word16_t *oldBandE;
90 #ifdef EXP_PSY
91    celt_word16_t *psy_mem;
92    struct PsyDecay psy;
93 #endif
94 };
95
96 CELTEncoder *celt_encoder_create(const CELTMode *mode)
97 {
98    int N, C;
99    CELTEncoder *st;
100
101    if (check_mode(mode) != CELT_OK)
102       return NULL;
103
104    N = mode->mdctSize;
105    C = mode->nbChannels;
106    st = celt_alloc(sizeof(CELTEncoder));
107    
108    st->mode = mode;
109    st->frame_size = N;
110    st->block_size = N;
111    st->overlap = mode->overlap;
112
113    st->pitch_enabled = 1;
114    
115    ec_byte_writeinit(&st->buf);
116    ec_enc_init(&st->enc,&st->buf);
117
118    st->in_mem = celt_alloc(st->overlap*C*sizeof(celt_sig_t));
119    st->out_mem = celt_alloc((MAX_PERIOD+st->overlap)*C*sizeof(celt_sig_t));
120
121    st->oldBandE = (celt_word16_t*)celt_alloc(C*mode->nbEBands*sizeof(celt_word16_t));
122
123    st->preemph_memE = (celt_word16_t*)celt_alloc(C*sizeof(celt_word16_t));
124    st->preemph_memD = (celt_sig_t*)celt_alloc(C*sizeof(celt_sig_t));
125
126 #ifdef EXP_PSY
127    st->psy_mem = celt_alloc(MAX_PERIOD*sizeof(celt_word16_t));
128    psydecay_init(&st->psy, MAX_PERIOD/2, st->mode->Fs);
129 #endif
130
131    return st;
132 }
133
134 void celt_encoder_destroy(CELTEncoder *st)
135 {
136    if (st == NULL)
137    {
138       celt_warning("NULL passed to celt_encoder_destroy");
139       return;
140    }
141    if (check_mode(st->mode) != CELT_OK)
142       return;
143
144    ec_byte_writeclear(&st->buf);
145
146    celt_free(st->in_mem);
147    celt_free(st->out_mem);
148    
149    celt_free(st->oldBandE);
150    
151    celt_free(st->preemph_memE);
152    celt_free(st->preemph_memD);
153    
154 #ifdef EXP_PSY
155    celt_free (st->psy_mem);
156    psydecay_clear(&st->psy);
157 #endif
158    
159    celt_free(st);
160 }
161
162 static inline celt_int16_t FLOAT2INT16(float x)
163 {
164    x = x*32768.;
165    x = MAX32(x, -32768);
166    x = MIN32(x, 32767);
167    return (celt_int16_t)float2int(x);
168 }
169
170 static inline celt_word16_t SIG2WORD16(celt_sig_t x)
171 {
172 #ifdef FIXED_POINT
173    x = PSHR32(x, SIG_SHIFT);
174    x = MAX32(x, -32768);
175    x = MIN32(x, 32767);
176    return EXTRACT16(x);
177 #else
178    return (celt_word16_t)x;
179 #endif
180 }
181
182 static int transient_analysis(celt_word32_t *in, int len, int C, int *transient_time, int *transient_shift)
183 {
184    int c, i, n;
185    celt_word32_t ratio;
186    /* FIXME: Remove the floats here */
187    VARDECL(celt_word32_t, begin);
188    SAVE_STACK;
189    ALLOC(begin, len, celt_word32_t);
190    for (i=0;i<len;i++)
191       begin[i] = ABS32(SHR32(in[C*i],SIG_SHIFT));
192    for (c=1;c<C;c++)
193    {
194       for (i=0;i<len;i++)
195          begin[i] = MAX32(begin[i], ABS32(SHR32(in[C*i+c],SIG_SHIFT)));
196    }
197    for (i=1;i<len;i++)
198       begin[i] = MAX32(begin[i-1],begin[i]);
199    n = -1;
200    for (i=8;i<len-8;i++)
201    {
202       if (begin[i] < MULT16_32_Q15(QCONST16(.2f,15),begin[len-1]))
203          n=i;
204    }
205    if (n<32)
206    {
207       n = -1;
208       ratio = 0;
209    } else {
210       ratio = DIV32(begin[len-1],1+begin[n-16]);
211    }
212    /*printf ("%d %f\n", n, ratio*ratio);*/
213    if (ratio < 0)
214       ratio = 0;
215    if (ratio > 1000)
216       ratio = 1000;
217    ratio *= ratio;
218    if (ratio < 50)
219       *transient_shift = 0;
220    else if (ratio < 256)
221       *transient_shift = 1;
222    else if (ratio < 4096)
223       *transient_shift = 2;
224    else
225       *transient_shift = 3;
226    *transient_time = n;
227    
228    RESTORE_STACK;
229    return ratio > 20;
230 }
231
232 /** Apply window and compute the MDCT for all sub-frames and all channels in a frame */
233 static void compute_mdcts(const CELTMode *mode, int shortBlocks, celt_sig_t * restrict in, celt_sig_t * restrict out)
234 {
235    const int C = CHANNELS(mode);
236    if (C==1 && !shortBlocks)
237    {
238       const mdct_lookup *lookup = MDCT(mode);
239       const int overlap = OVERLAP(mode);
240       mdct_forward(lookup, in, out, mode->window, overlap);
241    } else if (!shortBlocks) {
242       const mdct_lookup *lookup = MDCT(mode);
243       const int overlap = OVERLAP(mode);
244       const int N = FRAMESIZE(mode);
245       int c;
246       VARDECL(celt_word32_t, x);
247       VARDECL(celt_word32_t, tmp);
248       SAVE_STACK;
249       ALLOC(x, N+overlap, celt_word32_t);
250       ALLOC(tmp, N, celt_word32_t);
251       for (c=0;c<C;c++)
252       {
253          int j;
254          for (j=0;j<N+overlap;j++)
255             x[j] = in[C*j+c];
256          mdct_forward(lookup, x, tmp, mode->window, overlap);
257          /* Interleaving the sub-frames */
258          for (j=0;j<N;j++)
259             out[C*j+c] = tmp[j];
260       }
261       RESTORE_STACK;
262    } else {
263       const mdct_lookup *lookup = &mode->shortMdct;
264       const int overlap = mode->shortMdctSize;
265       const int N = mode->shortMdctSize;
266       int b, c;
267       VARDECL(celt_word32_t, x);
268       VARDECL(celt_word32_t, tmp);
269       SAVE_STACK;
270       ALLOC(x, N+overlap, celt_word32_t);
271       ALLOC(tmp, N, celt_word32_t);
272       for (c=0;c<C;c++)
273       {
274          int B = mode->nbShortMdcts;
275          for (b=0;b<B;b++)
276          {
277             int j;
278             for (j=0;j<N+overlap;j++)
279                x[j] = in[C*(b*N+j)+c];
280             mdct_forward(lookup, x, tmp, mode->window, overlap);
281             /* Interleaving the sub-frames */
282             for (j=0;j<N;j++)
283                out[C*(j*B+b)+c] = tmp[j];
284          }
285       }
286       RESTORE_STACK;
287    }
288 }
289
290 /** Compute the IMDCT and apply window for all sub-frames and all channels in a frame */
291 static void compute_inv_mdcts(const CELTMode *mode, int shortBlocks, celt_sig_t *X, int transient_time, int transient_shift, celt_sig_t * restrict out_mem)
292 {
293    int c, N4;
294    const int C = CHANNELS(mode);
295    const int N = FRAMESIZE(mode);
296    const int overlap = OVERLAP(mode);
297    N4 = (N-overlap)>>1;
298    for (c=0;c<C;c++)
299    {
300       int j;
301       if (transient_shift==0 && C==1 && !shortBlocks) {
302          const mdct_lookup *lookup = MDCT(mode);
303          mdct_backward(lookup, X, out_mem+C*(MAX_PERIOD-N-N4), mode->window, overlap);
304       } else if (!shortBlocks) {
305          const mdct_lookup *lookup = MDCT(mode);
306          VARDECL(celt_word32_t, x);
307          VARDECL(celt_word32_t, tmp);
308          SAVE_STACK;
309          ALLOC(x, 2*N, celt_word32_t);
310          ALLOC(tmp, N, celt_word32_t);
311          /* De-interleaving the sub-frames */
312          for (j=0;j<N;j++)
313             tmp[j] = X[C*j+c];
314          /* Prevents problems from the imdct doing the overlap-add */
315          CELT_MEMSET(x+N4, 0, overlap);
316          mdct_backward(lookup, tmp, x, mode->window, overlap);
317          celt_assert(transient_shift == 0);
318          /* The first and last part would need to be set to zero if we actually
319             wanted to use them. */
320          for (j=0;j<overlap;j++)
321             out_mem[C*(MAX_PERIOD-N)+C*j+c] += x[j+N4];
322          for (j=0;j<overlap;j++)
323             out_mem[C*(MAX_PERIOD)+C*(overlap-j-1)+c] = x[2*N-j-N4-1];
324          for (j=0;j<2*N4;j++)
325             out_mem[C*(MAX_PERIOD-N)+C*(j+overlap)+c] = x[j+N4+overlap];
326          RESTORE_STACK;
327       } else {
328          int b;
329          const int N2 = mode->shortMdctSize;
330          const int B = mode->nbShortMdcts;
331          const mdct_lookup *lookup = &mode->shortMdct;
332          VARDECL(celt_word32_t, x);
333          VARDECL(celt_word32_t, tmp);
334          SAVE_STACK;
335          ALLOC(x, 2*N, celt_word32_t);
336          ALLOC(tmp, N, celt_word32_t);
337          /* Prevents problems from the imdct doing the overlap-add */
338          CELT_MEMSET(x+N4, 0, overlap);
339          for (b=0;b<B;b++)
340          {
341             /* De-interleaving the sub-frames */
342             for (j=0;j<N2;j++)
343                tmp[j] = X[C*(j*B+b)+c];
344             mdct_backward(lookup, tmp, x+N4+N2*b, mode->window, overlap);
345          }
346          if (transient_shift > 0)
347          {
348 #ifdef FIXED_POINT
349             for (j=0;j<16;j++)
350                x[N4+transient_time+j-16] = MULT16_32_Q15(SHR16(Q15_ONE-transientWindow[j],transient_shift)+transientWindow[j], SHL32(x[N4+transient_time+j-16],transient_shift));
351             for (j=transient_time;j<N+overlap;j++)
352                x[N4+j] = SHL32(x[N4+j], transient_shift);
353 #else
354             for (j=0;j<16;j++)
355                x[N4+transient_time+j-16] *= 1+transientWindow[j]*((1<<transient_shift)-1);
356             for (j=transient_time;j<N+overlap;j++)
357                x[N4+j] *= 1<<transient_shift;
358 #endif
359          }
360          /* The first and last part would need to be set to zero if we actually
361          wanted to use them. */
362          for (j=0;j<overlap;j++)
363             out_mem[C*(MAX_PERIOD-N)+C*j+c] += x[j+N4];
364          for (j=0;j<overlap;j++)
365             out_mem[C*(MAX_PERIOD)+C*(overlap-j-1)+c] = x[2*N-j-N4-1];
366          for (j=0;j<2*N4;j++)
367             out_mem[C*(MAX_PERIOD-N)+C*(j+overlap)+c] = x[j+N4+overlap];
368          RESTORE_STACK;
369       }
370    }
371 }
372
373 #ifdef FIXED_POINT
374 int celt_encode(CELTEncoder * restrict st, celt_int16_t * restrict pcm, unsigned char *compressed, int nbCompressedBytes)
375 {
376 #else
377 int celt_encode_float(CELTEncoder * restrict st, celt_sig_t * restrict pcm, unsigned char *compressed, int nbCompressedBytes)
378 {
379 #endif
380    int i, c, N, N4;
381    int has_pitch;
382    int pitch_index;
383    int bits;
384    celt_word32_t curr_power, pitch_power=0;
385    VARDECL(celt_sig_t, in);
386    VARDECL(celt_sig_t, freq);
387    VARDECL(celt_norm_t, X);
388    VARDECL(celt_norm_t, P);
389    VARDECL(celt_ener_t, bandE);
390    VARDECL(celt_pgain_t, gains);
391    VARDECL(int, stereo_mode);
392    VARDECL(int, fine_quant);
393    VARDECL(celt_word16_t, error);
394    VARDECL(int, pulses);
395    VARDECL(int, offsets);
396 #ifdef EXP_PSY
397    VARDECL(celt_word32_t, mask);
398 #endif
399    int shortBlocks=0;
400    int transient_time;
401    int transient_shift;
402    const int C = CHANNELS(st->mode);
403    SAVE_STACK;
404
405    if (check_mode(st->mode) != CELT_OK)
406       return CELT_INVALID_MODE;
407
408    N = st->block_size;
409    N4 = (N-st->overlap)>>1;
410    ALLOC(in, 2*C*N-2*C*N4, celt_sig_t);
411
412    CELT_COPY(in, st->in_mem, C*st->overlap);
413    for (c=0;c<C;c++)
414    {
415       const celt_word16_t * restrict pcmp = pcm+c;
416       celt_sig_t * restrict inp = in+C*st->overlap+c;
417       for (i=0;i<N;i++)
418       {
419          /* Apply pre-emphasis */
420          celt_sig_t tmp = SCALEIN(SHL32(EXTEND32(*pcmp), SIG_SHIFT));
421          *inp = SUB32(tmp, SHR32(MULT16_16(preemph,st->preemph_memE[c]),3));
422          st->preemph_memE[c] = SCALEIN(*pcmp);
423          inp += C;
424          pcmp += C;
425       }
426    }
427    CELT_COPY(st->in_mem, in+C*(2*N-2*N4-st->overlap), C*st->overlap);
428    
429    if (st->mode->nbShortMdcts > 1)
430    {
431       if (transient_analysis(in, N+st->overlap, C, &transient_time, &transient_shift))
432       {
433 #ifndef FIXED_POINT
434          float gain_1;
435 #endif
436          ec_enc_bits(&st->enc, 0, 1); //Pitch off
437          ec_enc_bits(&st->enc, 1, 1); //Transient on
438          ec_enc_bits(&st->enc, transient_shift, 2);
439          if (transient_shift)
440             ec_enc_uint(&st->enc, transient_time, N+st->overlap);
441          if (transient_shift)
442          {
443 #ifdef FIXED_POINT
444             for (c=0;c<C;c++)
445                for (i=0;i<16;i++)
446                   in[C*(transient_time+i-16)+c] = MULT16_32_Q15(EXTRACT16(SHR32(celt_rcp(Q15ONE+MULT16_16(transientWindow[i],((1<<transient_shift)-1))),1)), in[C*(transient_time+i-16)+c]);
447             for (c=0;c<C;c++)
448                for (i=transient_time;i<N+st->overlap;i++)
449                   in[C*i+c] = SHR32(in[C*i+c], transient_shift);
450 #else
451             for (c=0;c<C;c++)
452                for (i=0;i<16;i++)
453                   in[C*(transient_time+i-16)+c] /= 1+transientWindow[i]*((1<<transient_shift)-1);
454             gain_1 = 1./(1<<transient_shift);
455             for (c=0;c<C;c++)
456                for (i=transient_time;i<N+st->overlap;i++)
457                   in[C*i+c] *= gain_1;
458 #endif
459          }
460          shortBlocks = 1;
461       } else {
462          transient_time = -1;
463          transient_shift = 0;
464          shortBlocks = 0;
465       }
466    } else {
467       transient_time = -1;
468       transient_shift = 0;
469       shortBlocks = 0;
470    }
471    /* Pitch analysis: we do it early to save on the peak stack space */
472    if (st->pitch_enabled && !shortBlocks)
473       find_spectral_pitch(st->mode, st->mode->fft, &st->mode->psy, in, st->out_mem, st->mode->window, 2*N-2*N4, MAX_PERIOD-(2*N-2*N4), &pitch_index);
474
475    ALLOC(freq, C*N, celt_sig_t); /**< Interleaved signal MDCTs */
476    
477    /*for (i=0;i<(B+1)*C*N;i++) printf ("%f(%d) ", in[i], i); printf ("\n");*/
478    /* Compute MDCTs */
479    compute_mdcts(st->mode, shortBlocks, in, freq);
480
481 #ifdef EXP_PSY
482    CELT_MOVE(st->psy_mem, st->out_mem+N, MAX_PERIOD+st->overlap-N);
483    for (i=0;i<N;i++)
484       st->psy_mem[MAX_PERIOD+st->overlap-N+i] = in[C*(st->overlap+i)];
485    for (c=1;c<C;c++)
486       for (i=0;i<N;i++)
487          st->psy_mem[MAX_PERIOD+st->overlap-N+i] += in[C*(st->overlap+i)+c];
488
489    ALLOC(mask, N, celt_sig_t);
490    compute_mdct_masking(&st->psy, freq, st->psy_mem, mask, C*N);
491
492    /* Invert and stretch the mask to length of X 
493       For some reason, I get better results by using the sqrt instead,
494       although there's no valid reason to. Must investigate further */
495    for (i=0;i<C*N;i++)
496       mask[i] = 1/(.1+mask[i]);
497 #endif
498    
499    /* Deferred allocation after find_spectral_pitch() to reduce the peak memory usage */
500    ALLOC(X, C*N, celt_norm_t);         /**< Interleaved normalised MDCTs */
501    ALLOC(P, C*N, celt_norm_t);         /**< Interleaved normalised pitch MDCTs*/
502    ALLOC(bandE,st->mode->nbEBands*C, celt_ener_t);
503    ALLOC(gains,st->mode->nbPBands, celt_pgain_t);
504
505    /*printf ("%f %f\n", curr_power, pitch_power);*/
506    /*int j;
507    for (j=0;j<B*N;j++)
508       printf ("%f ", X[j]);
509    for (j=0;j<B*N;j++)
510       printf ("%f ", P[j]);
511    printf ("\n");*/
512
513    /* Band normalisation */
514    compute_band_energies(st->mode, freq, bandE);
515    normalise_bands(st->mode, freq, X, bandE);
516    /*for (i=0;i<st->mode->nbEBands;i++)printf("%f ", bandE[i]);printf("\n");*/
517    /*for (i=0;i<N*B*C;i++)printf("%f ", X[i]);printf("\n");*/
518
519    /* Compute MDCTs of the pitch part */
520    if (st->pitch_enabled && !shortBlocks)
521    {
522       /* Normalise the pitch vector as well (discard the energies) */
523       VARDECL(celt_ener_t, bandEp);
524       
525       compute_mdcts(st->mode, 0, st->out_mem+pitch_index*C, freq);
526       ALLOC(bandEp, st->mode->nbEBands*st->mode->nbChannels, celt_ener_t);
527       compute_band_energies(st->mode, freq, bandEp);
528       normalise_bands(st->mode, freq, P, bandEp);
529       pitch_power = bandEp[0]+bandEp[1]+bandEp[2];
530    }
531    curr_power = bandE[0]+bandE[1]+bandE[2];
532    /* Check if we can safely use the pitch (i.e. effective gain isn't too high) */
533    if (st->pitch_enabled && !shortBlocks && (MULT16_32_Q15(QCONST16(.1f, 15),curr_power) + QCONST32(10.f,ENER_SHIFT) < pitch_power))
534    {
535       /* Simulates intensity stereo */
536       /*for (i=30;i<N*B;i++)
537          X[i*C+1] = P[i*C+1] = 0;*/
538
539       /* Pitch prediction */
540       compute_pitch_gain(st->mode, X, P, gains);
541       has_pitch = quant_pitch(gains, st->mode->nbPBands, &st->enc);
542       if (has_pitch)
543          ec_enc_uint(&st->enc, pitch_index, MAX_PERIOD-(2*N-2*N4));
544    } else {
545       if (!shortBlocks)
546       {
547          ec_enc_bits(&st->enc, 0, 1); //Pitch off
548          ec_enc_bits(&st->enc, 0, 1); //Transient off
549       }
550       /* No pitch, so we just pretend we found a gain of zero */
551       for (i=0;i<st->mode->nbPBands;i++)
552          gains[i] = 0;
553       for (i=0;i<C*N;i++)
554          P[i] = 0;
555    }
556
557 #ifdef STDIN_TUNING2
558    static int fine_quant[30];
559    static int pulses[30];
560    static int init=0;
561    if (!init)
562    {
563       for (i=0;i<st->mode->nbEBands;i++)
564          scanf("%d ", &fine_quant[i]);
565       for (i=0;i<st->mode->nbEBands;i++)
566          scanf("%d ", &pulses[i]);
567       init = 1;
568    }
569 #else
570    ALLOC(fine_quant, st->mode->nbEBands, int);
571    ALLOC(pulses, st->mode->nbEBands, int);
572 #endif
573    ALLOC(error, C*st->mode->nbEBands, celt_word16_t);
574    quant_coarse_energy(st->mode, bandE, st->oldBandE, nbCompressedBytes*8/3, st->mode->prob, error, &st->enc);
575    
576    ALLOC(offsets, st->mode->nbEBands, int);
577    ALLOC(stereo_mode, st->mode->nbEBands, int);
578    stereo_decision(st->mode, X, stereo_mode, st->mode->nbEBands);
579
580    for (i=0;i<st->mode->nbEBands;i++)
581       offsets[i] = 0;
582    bits = nbCompressedBytes*8 - ec_enc_tell(&st->enc, 0) - 1;
583 #ifndef STDIN_TUNING
584    compute_allocation(st->mode, offsets, stereo_mode, bits, pulses, fine_quant);
585 #endif
586    /*for (i=0;i<st->mode->nbEBands;i++)
587       printf("%d ", fine_quant[i]);
588    for (i=0;i<st->mode->nbEBands;i++)
589       printf("%d ", pulses[i]);
590    printf ("\n");*/
591    /*bits = ec_enc_tell(&st->enc, 0);
592    compute_fine_allocation(st->mode, fine_quant, (20*C+nbCompressedBytes*8/5-(ec_enc_tell(&st->enc, 0)-bits))/C);*/
593    quant_fine_energy(st->mode, bandE, st->oldBandE, error, fine_quant, &st->enc);
594
595    pitch_quant_bands(st->mode, P, gains);
596
597    /*for (i=0;i<B*N;i++) printf("%f ",P[i]);printf("\n");*/
598
599    /* Residual quantisation */
600    quant_bands(st->mode, X, P, NULL, bandE, stereo_mode, pulses, shortBlocks, nbCompressedBytes*8, &st->enc);
601    
602    if (st->pitch_enabled)
603    {
604       if (C==2)
605          renormalise_bands(st->mode, X);
606       /* Synthesis */
607       denormalise_bands(st->mode, X, freq, bandE);
608       
609       
610       CELT_MOVE(st->out_mem, st->out_mem+C*N, C*(MAX_PERIOD+st->overlap-N));
611       
612       compute_inv_mdcts(st->mode, shortBlocks, freq, transient_time, transient_shift, st->out_mem);
613       /* De-emphasis and put everything back at the right place in the synthesis history */
614 #ifndef SHORTCUTS
615       for (c=0;c<C;c++)
616       {
617          int j;
618          for (j=0;j<N;j++)
619          {
620             celt_sig_t tmp = ADD32(st->out_mem[C*(MAX_PERIOD-N)+C*j+c],
621                                    MULT16_32_Q15(preemph,st->preemph_memD[c]));
622             st->preemph_memD[c] = tmp;
623             pcm[C*j+c] = SCALEOUT(SIG2WORD16(tmp));
624          }
625       }
626 #endif
627    }
628    /*fprintf (stderr, "remaining bits after encode = %d\n", nbCompressedBytes*8-ec_enc_tell(&st->enc, 0));*/
629    /*if (ec_enc_tell(&st->enc, 0) < nbCompressedBytes*8 - 7)
630       celt_warning_int ("many unused bits: ", nbCompressedBytes*8-ec_enc_tell(&st->enc, 0));*/
631    /*printf ("%d\n", ec_enc_tell(&st->enc, 0)-8*nbCompressedBytes);*/
632    /* Finishing the stream with a 0101... pattern so that the decoder can check is everything's right */
633    {
634       int val = 0;
635       while (ec_enc_tell(&st->enc, 0) < nbCompressedBytes*8)
636       {
637          ec_enc_uint(&st->enc, val, 2);
638          val = 1-val;
639       }
640    }
641    ec_enc_done(&st->enc);
642    {
643       unsigned char *data;
644       int nbBytes = ec_byte_bytes(&st->buf);
645       if (nbBytes > nbCompressedBytes)
646       {
647          celt_warning_int ("got too many bytes:", nbBytes);
648          RESTORE_STACK;
649          return CELT_INTERNAL_ERROR;
650       }
651       /*printf ("%d\n", *nbBytes);*/
652       data = ec_byte_get_buffer(&st->buf);
653       for (i=0;i<nbBytes;i++)
654          compressed[i] = data[i];
655       for (;i<nbCompressedBytes;i++)
656          compressed[i] = 0;
657    }
658    /* Reset the packing for the next encoding */
659    ec_byte_reset(&st->buf);
660    ec_enc_init(&st->enc,&st->buf);
661
662    RESTORE_STACK;
663    return nbCompressedBytes;
664 }
665
666 #ifdef FIXED_POINT
667 #ifndef DISABLE_FLOAT_API
668 int celt_encode_float(CELTEncoder * restrict st, float * restrict pcm, unsigned char *compressed, int nbCompressedBytes)
669 {
670    int j, ret;
671    const int C = CHANNELS(st->mode);
672    const int N = st->block_size;
673    ALLOC(in, C*N, celt_int16_t);
674
675    for (j=0;j<C*N;j++)
676      in[j] = FLOAT2INT16(pcm[j]);
677
678    ret=celt_encode(st,in,compressed,nbCompressedBytes);
679 #ifndef SHORTCUTS
680    /*Converts backwards for inplace operation*/
681    for (j=0;j=C*N;j++)
682      pcm[j]=in[j]*(1/32768.);
683 #endif
684    return ret;
685
686 }
687 #endif /*DISABLE_FLOAT_API*/
688 #else
689 int celt_encode(CELTEncoder * restrict st, celt_int16_t * restrict pcm, unsigned char *compressed, int nbCompressedBytes)
690 {
691    int j, ret;
692    VARDECL(celt_sig_t, in);
693    const int C = CHANNELS(st->mode);
694    const int N = st->block_size;
695
696    ALLOC(in, C*N, celt_sig_t);
697    for (j=0;j<C*N;j++) {
698      in[j] = SCALEOUT(pcm[j]);
699    }
700    ret = celt_encode_float(st,in,compressed,nbCompressedBytes);
701 #ifndef SHORTCUTS
702    for (j=0;j<C*N;j++)
703      pcm[j] = FLOAT2INT16(in[j]);
704
705 #endif
706    return ret;
707 }
708 #endif
709
710 /****************************************************************************/
711 /*                                                                          */
712 /*                                DECODER                                   */
713 /*                                                                          */
714 /****************************************************************************/
715
716
717 /** Decoder state 
718  @brief Decoder state
719  */
720 struct CELTDecoder {
721    const CELTMode *mode;
722    int frame_size;
723    int block_size;
724    int overlap;
725
726    ec_byte_buffer buf;
727    ec_enc         enc;
728
729    celt_sig_t * restrict preemph_memD;
730
731    celt_sig_t *out_mem;
732
733    celt_word16_t *oldBandE;
734    
735    int last_pitch_index;
736 };
737
738 CELTDecoder *celt_decoder_create(const CELTMode *mode)
739 {
740    int N, C;
741    CELTDecoder *st;
742
743    if (check_mode(mode) != CELT_OK)
744       return NULL;
745
746    N = mode->mdctSize;
747    C = CHANNELS(mode);
748    st = celt_alloc(sizeof(CELTDecoder));
749    
750    st->mode = mode;
751    st->frame_size = N;
752    st->block_size = N;
753    st->overlap = mode->overlap;
754
755    st->out_mem = celt_alloc((MAX_PERIOD+st->overlap)*C*sizeof(celt_sig_t));
756    
757    st->oldBandE = (celt_word16_t*)celt_alloc(C*mode->nbEBands*sizeof(celt_word16_t));
758
759    st->preemph_memD = (celt_sig_t*)celt_alloc(C*sizeof(celt_sig_t));
760
761    st->last_pitch_index = 0;
762    return st;
763 }
764
765 void celt_decoder_destroy(CELTDecoder *st)
766 {
767    if (st == NULL)
768    {
769       celt_warning("NULL passed to celt_encoder_destroy");
770       return;
771    }
772    if (check_mode(st->mode) != CELT_OK)
773       return;
774
775
776    celt_free(st->out_mem);
777    
778    celt_free(st->oldBandE);
779    
780    celt_free(st->preemph_memD);
781
782    celt_free(st);
783 }
784
785 /** Handles lost packets by just copying past data with the same offset as the last
786     pitch period */
787 static void celt_decode_lost(CELTDecoder * restrict st, celt_word16_t * restrict pcm)
788 {
789    int c, N;
790    int pitch_index;
791    int i, len;
792    VARDECL(celt_sig_t, freq);
793    const int C = CHANNELS(st->mode);
794    int offset;
795    SAVE_STACK;
796    N = st->block_size;
797    ALLOC(freq,C*N, celt_sig_t);         /**< Interleaved signal MDCTs */
798    
799    len = N+st->mode->overlap;
800 #if 0
801    pitch_index = st->last_pitch_index;
802    
803    /* Use the pitch MDCT as the "guessed" signal */
804    compute_mdcts(st->mode, st->mode->window, st->out_mem+pitch_index*C, freq);
805
806 #else
807    find_spectral_pitch(st->mode, st->mode->fft, &st->mode->psy, st->out_mem+MAX_PERIOD-len, st->out_mem, st->mode->window, len, MAX_PERIOD-len-100, &pitch_index);
808    pitch_index = MAX_PERIOD-len-pitch_index;
809    offset = MAX_PERIOD-pitch_index;
810    while (offset+len >= MAX_PERIOD)
811       offset -= pitch_index;
812    compute_mdcts(st->mode, 0, st->out_mem+offset*C, freq);
813    for (i=0;i<N;i++)
814       freq[i] = MULT16_32_Q15(QCONST16(.9f,15),freq[i]);
815 #endif
816    
817    
818    
819    CELT_MOVE(st->out_mem, st->out_mem+C*N, C*(MAX_PERIOD+st->mode->overlap-N));
820    /* Compute inverse MDCTs */
821    compute_inv_mdcts(st->mode, 0, freq, -1, 1, st->out_mem);
822
823    for (c=0;c<C;c++)
824    {
825       int j;
826       for (j=0;j<N;j++)
827       {
828          celt_sig_t tmp = ADD32(st->out_mem[C*(MAX_PERIOD-N)+C*j+c],
829                                 MULT16_32_Q15(preemph,st->preemph_memD[c]));
830          st->preemph_memD[c] = tmp;
831          pcm[C*j+c] = SCALEOUT(SIG2WORD16(tmp));
832       }
833    }
834    RESTORE_STACK;
835 }
836
837 #ifdef FIXED_POINT
838 int celt_decode(CELTDecoder * restrict st, unsigned char *data, int len, celt_int16_t * restrict pcm)
839 {
840 #else
841 int celt_decode_float(CELTDecoder * restrict st, unsigned char *data, int len, celt_sig_t * restrict pcm)
842 {
843 #endif
844    int i, c, N, N4;
845    int has_pitch, has_fold;
846    int pitch_index;
847    int bits;
848    ec_dec dec;
849    ec_byte_buffer buf;
850    VARDECL(celt_sig_t, freq);
851    VARDECL(celt_norm_t, X);
852    VARDECL(celt_norm_t, P);
853    VARDECL(celt_ener_t, bandE);
854    VARDECL(celt_pgain_t, gains);
855    VARDECL(int, stereo_mode);
856    VARDECL(int, fine_quant);
857    VARDECL(int, pulses);
858    VARDECL(int, offsets);
859
860    int shortBlocks;
861    int transient_time;
862    int transient_shift;
863    const int C = CHANNELS(st->mode);
864    SAVE_STACK;
865
866    if (check_mode(st->mode) != CELT_OK)
867       return CELT_INVALID_MODE;
868
869    N = st->block_size;
870    N4 = (N-st->overlap)>>1;
871
872    ALLOC(freq, C*N, celt_sig_t); /**< Interleaved signal MDCTs */
873    ALLOC(X, C*N, celt_norm_t);         /**< Interleaved normalised MDCTs */
874    ALLOC(P, C*N, celt_norm_t);         /**< Interleaved normalised pitch MDCTs*/
875    ALLOC(bandE, st->mode->nbEBands*C, celt_ener_t);
876    ALLOC(gains, st->mode->nbPBands, celt_pgain_t);
877    
878    if (check_mode(st->mode) != CELT_OK)
879    {
880       RESTORE_STACK;
881       return CELT_INVALID_MODE;
882    }
883    if (data == NULL)
884    {
885       celt_decode_lost(st, pcm);
886       RESTORE_STACK;
887       return 0;
888    }
889    
890    ec_byte_readinit(&buf,data,len);
891    ec_dec_init(&dec,&buf);
892    
893    if (st->mode->nbShortMdcts > 1)
894    {
895       has_pitch = ec_dec_bits(&dec, 1);
896       if (has_pitch)
897       {
898          has_fold = ec_dec_bits(&dec, 1);
899          shortBlocks = 0;
900       } else {
901          shortBlocks = ec_dec_bits(&dec, 1);
902          has_fold = 1;
903       }
904       if (shortBlocks)
905       {
906          transient_shift = ec_dec_bits(&dec, 2);
907          if (transient_shift)
908             transient_time = ec_dec_uint(&dec, N+st->mode->overlap);
909          else
910             transient_time = 0;
911       } else {
912          transient_time = -1;
913          transient_shift = 0;
914       }
915    } else {
916       has_pitch = ec_dec_bits(&dec, 1);
917       if (has_pitch)
918          has_fold = ec_dec_bits(&dec, 1);
919       else
920          has_fold = 1;
921       shortBlocks = 0;
922       transient_time = -1;
923       transient_shift = 0;
924    }
925    /* Get the pitch gains */
926    
927    /* Get the pitch index */
928    if (has_pitch)
929    {
930       has_pitch = unquant_pitch(gains, st->mode->nbPBands, &dec);
931       pitch_index = ec_dec_uint(&dec, MAX_PERIOD-(2*N-2*N4));
932       st->last_pitch_index = pitch_index;
933    } else {
934       /* FIXME: We could be more intelligent here and just not compute the MDCT */
935       pitch_index = 0;
936       for (i=0;i<st->mode->nbPBands;i++)
937          gains[i] = 0;
938    }
939
940    ALLOC(fine_quant, st->mode->nbEBands, int);
941    /* Get band energies */
942    unquant_coarse_energy(st->mode, bandE, st->oldBandE, len*8/3, st->mode->prob, &dec);
943    
944    ALLOC(pulses, st->mode->nbEBands, int);
945    ALLOC(offsets, st->mode->nbEBands, int);
946    ALLOC(stereo_mode, st->mode->nbEBands, int);
947    stereo_decision(st->mode, X, stereo_mode, st->mode->nbEBands);
948
949    for (i=0;i<st->mode->nbEBands;i++)
950       offsets[i] = 0;
951
952    bits = len*8 - ec_dec_tell(&dec, 0) - 1;
953    compute_allocation(st->mode, offsets, stereo_mode, bits, pulses, fine_quant);
954    /*bits = ec_dec_tell(&dec, 0);
955    compute_fine_allocation(st->mode, fine_quant, (20*C+len*8/5-(ec_dec_tell(&dec, 0)-bits))/C);*/
956    
957    unquant_fine_energy(st->mode, bandE, st->oldBandE, fine_quant, &dec);
958
959
960    if (has_pitch) 
961    {
962       VARDECL(celt_ener_t, bandEp);
963       
964       /* Pitch MDCT */
965       compute_mdcts(st->mode, 0, st->out_mem+pitch_index*C, freq);
966       ALLOC(bandEp, st->mode->nbEBands*C, celt_ener_t);
967       compute_band_energies(st->mode, freq, bandEp);
968       normalise_bands(st->mode, freq, P, bandEp);
969    } else {
970       for (i=0;i<C*N;i++)
971          P[i] = 0;
972    }
973
974    /* Apply pitch gains */
975    pitch_quant_bands(st->mode, P, gains);
976
977    /* Decode fixed codebook and merge with pitch */
978    unquant_bands(st->mode, X, P, bandE, stereo_mode, pulses, shortBlocks, len*8, &dec);
979
980    if (C==2)
981    {
982       renormalise_bands(st->mode, X);
983    }
984    /* Synthesis */
985    denormalise_bands(st->mode, X, freq, bandE);
986
987
988    CELT_MOVE(st->out_mem, st->out_mem+C*N, C*(MAX_PERIOD+st->overlap-N));
989    /* Compute inverse MDCTs */
990    compute_inv_mdcts(st->mode, shortBlocks, freq, transient_time, transient_shift, st->out_mem);
991
992    for (c=0;c<C;c++)
993    {
994       int j;
995       for (j=0;j<N;j++)
996       {
997          celt_sig_t tmp = ADD32(st->out_mem[C*(MAX_PERIOD-N)+C*j+c],
998                                 MULT16_32_Q15(preemph,st->preemph_memD[c]));
999          st->preemph_memD[c] = tmp;
1000          pcm[C*j+c] = SCALEOUT(SIG2WORD16(tmp));
1001       }
1002    }
1003
1004    {
1005       unsigned int val = 0;
1006       while (ec_dec_tell(&dec, 0) < len*8)
1007       {
1008          if (ec_dec_uint(&dec, 2) != val)
1009          {
1010             celt_warning("decode error");
1011             RESTORE_STACK;
1012             return CELT_CORRUPTED_DATA;
1013          }
1014          val = 1-val;
1015       }
1016    }
1017
1018    RESTORE_STACK;
1019    return 0;
1020    /*printf ("\n");*/
1021 }
1022
1023 #ifdef FIXED_POINT
1024 #ifndef DISABLE_FLOAT_API
1025 int celt_decode_float(CELTDecoder * restrict st, unsigned char *data, int len, float * restrict pcm)
1026 {
1027    int j, ret;
1028    const int C = CHANNELS(st->mode);
1029    const int N = st->block_size;
1030    ALLOC(out, C*N, celt_int16_t);
1031
1032    ret=celt_decode(st, data, len, out);
1033
1034    for (j=0;j<C*N;j++)
1035      pcm[j]=out[j]*(1/32768.);
1036
1037    return ret;
1038 }
1039 #endif /*DISABLE_FLOAT_API*/
1040 #else
1041 int celt_decode(CELTDecoder * restrict st, unsigned char *data, int len, celt_int16_t * restrict pcm)
1042 {
1043    int j, ret;
1044    VARDECL(celt_sig_t, out);
1045    const int C = CHANNELS(st->mode);
1046    const int N = st->block_size;
1047
1048    ALLOC(out, C*N, celt_sig_t);
1049
1050    ret=celt_decode_float(st, data, len, out);
1051
1052    for (j=0;j<C*N;j++)
1053      pcm[j] = FLOAT2INT16 (out[j]);
1054
1055    return ret;
1056 }
1057 #endif