Merge branch 'cwrs_speedup'
[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 = MAC16_32_Q15(st->out_mem[C*(MAX_PERIOD-N)+C*j+c],
621                                    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    VARDECL(celt_int16_t, in);
674    ALLOC(in, C*N, celt_int16_t);
675
676    for (j=0;j<C*N;j++)
677      in[j] = FLOAT2INT16(pcm[j]);
678
679    ret=celt_encode(st,in,compressed,nbCompressedBytes);
680 #ifndef SHORTCUTS
681    /*Converts backwards for inplace operation*/
682    for (j=0;j=C*N;j++)
683      pcm[j]=in[j]*(1/32768.);
684 #endif
685    return ret;
686
687 }
688 #endif /*DISABLE_FLOAT_API*/
689 #else
690 int celt_encode(CELTEncoder * restrict st, celt_int16_t * restrict pcm, unsigned char *compressed, int nbCompressedBytes)
691 {
692    int j, ret;
693    VARDECL(celt_sig_t, in);
694    const int C = CHANNELS(st->mode);
695    const int N = st->block_size;
696
697    ALLOC(in, C*N, celt_sig_t);
698    for (j=0;j<C*N;j++) {
699      in[j] = SCALEOUT(pcm[j]);
700    }
701    ret = celt_encode_float(st,in,compressed,nbCompressedBytes);
702 #ifndef SHORTCUTS
703    for (j=0;j<C*N;j++)
704      pcm[j] = FLOAT2INT16(in[j]);
705
706 #endif
707    return ret;
708 }
709 #endif
710
711 /****************************************************************************/
712 /*                                                                          */
713 /*                                DECODER                                   */
714 /*                                                                          */
715 /****************************************************************************/
716
717
718 /** Decoder state 
719  @brief Decoder state
720  */
721 struct CELTDecoder {
722    const CELTMode *mode;
723    int frame_size;
724    int block_size;
725    int overlap;
726
727    ec_byte_buffer buf;
728    ec_enc         enc;
729
730    celt_sig_t * restrict preemph_memD;
731
732    celt_sig_t *out_mem;
733
734    celt_word16_t *oldBandE;
735    
736    int last_pitch_index;
737 };
738
739 CELTDecoder *celt_decoder_create(const CELTMode *mode)
740 {
741    int N, C;
742    CELTDecoder *st;
743
744    if (check_mode(mode) != CELT_OK)
745       return NULL;
746
747    N = mode->mdctSize;
748    C = CHANNELS(mode);
749    st = celt_alloc(sizeof(CELTDecoder));
750    
751    st->mode = mode;
752    st->frame_size = N;
753    st->block_size = N;
754    st->overlap = mode->overlap;
755
756    st->out_mem = celt_alloc((MAX_PERIOD+st->overlap)*C*sizeof(celt_sig_t));
757    
758    st->oldBandE = (celt_word16_t*)celt_alloc(C*mode->nbEBands*sizeof(celt_word16_t));
759
760    st->preemph_memD = (celt_sig_t*)celt_alloc(C*sizeof(celt_sig_t));
761
762    st->last_pitch_index = 0;
763    return st;
764 }
765
766 void celt_decoder_destroy(CELTDecoder *st)
767 {
768    if (st == NULL)
769    {
770       celt_warning("NULL passed to celt_encoder_destroy");
771       return;
772    }
773    if (check_mode(st->mode) != CELT_OK)
774       return;
775
776
777    celt_free(st->out_mem);
778    
779    celt_free(st->oldBandE);
780    
781    celt_free(st->preemph_memD);
782
783    celt_free(st);
784 }
785
786 /** Handles lost packets by just copying past data with the same offset as the last
787     pitch period */
788 static void celt_decode_lost(CELTDecoder * restrict st, celt_word16_t * restrict pcm)
789 {
790    int c, N;
791    int pitch_index;
792    int i, len;
793    VARDECL(celt_sig_t, freq);
794    const int C = CHANNELS(st->mode);
795    int offset;
796    SAVE_STACK;
797    N = st->block_size;
798    ALLOC(freq,C*N, celt_sig_t);         /**< Interleaved signal MDCTs */
799    
800    len = N+st->mode->overlap;
801 #if 0
802    pitch_index = st->last_pitch_index;
803    
804    /* Use the pitch MDCT as the "guessed" signal */
805    compute_mdcts(st->mode, st->mode->window, st->out_mem+pitch_index*C, freq);
806
807 #else
808    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);
809    pitch_index = MAX_PERIOD-len-pitch_index;
810    offset = MAX_PERIOD-pitch_index;
811    while (offset+len >= MAX_PERIOD)
812       offset -= pitch_index;
813    compute_mdcts(st->mode, 0, st->out_mem+offset*C, freq);
814    for (i=0;i<N;i++)
815       freq[i] = MULT16_32_Q15(QCONST16(.9f,15),freq[i]);
816 #endif
817    
818    
819    
820    CELT_MOVE(st->out_mem, st->out_mem+C*N, C*(MAX_PERIOD+st->mode->overlap-N));
821    /* Compute inverse MDCTs */
822    compute_inv_mdcts(st->mode, 0, freq, -1, 1, st->out_mem);
823
824    for (c=0;c<C;c++)
825    {
826       int j;
827       for (j=0;j<N;j++)
828       {
829          celt_sig_t tmp = MAC16_32_Q15(st->out_mem[C*(MAX_PERIOD-N)+C*j+c],
830                                 preemph,st->preemph_memD[c]);
831          st->preemph_memD[c] = tmp;
832          pcm[C*j+c] = SCALEOUT(SIG2WORD16(tmp));
833       }
834    }
835    RESTORE_STACK;
836 }
837
838 #ifdef FIXED_POINT
839 int celt_decode(CELTDecoder * restrict st, unsigned char *data, int len, celt_int16_t * restrict pcm)
840 {
841 #else
842 int celt_decode_float(CELTDecoder * restrict st, unsigned char *data, int len, celt_sig_t * restrict pcm)
843 {
844 #endif
845    int i, c, N, N4;
846    int has_pitch, has_fold;
847    int pitch_index;
848    int bits;
849    ec_dec dec;
850    ec_byte_buffer buf;
851    VARDECL(celt_sig_t, freq);
852    VARDECL(celt_norm_t, X);
853    VARDECL(celt_norm_t, P);
854    VARDECL(celt_ener_t, bandE);
855    VARDECL(celt_pgain_t, gains);
856    VARDECL(int, stereo_mode);
857    VARDECL(int, fine_quant);
858    VARDECL(int, pulses);
859    VARDECL(int, offsets);
860
861    int shortBlocks;
862    int transient_time;
863    int transient_shift;
864    const int C = CHANNELS(st->mode);
865    SAVE_STACK;
866
867    if (check_mode(st->mode) != CELT_OK)
868       return CELT_INVALID_MODE;
869
870    N = st->block_size;
871    N4 = (N-st->overlap)>>1;
872
873    ALLOC(freq, C*N, celt_sig_t); /**< Interleaved signal MDCTs */
874    ALLOC(X, C*N, celt_norm_t);         /**< Interleaved normalised MDCTs */
875    ALLOC(P, C*N, celt_norm_t);         /**< Interleaved normalised pitch MDCTs*/
876    ALLOC(bandE, st->mode->nbEBands*C, celt_ener_t);
877    ALLOC(gains, st->mode->nbPBands, celt_pgain_t);
878    
879    if (check_mode(st->mode) != CELT_OK)
880    {
881       RESTORE_STACK;
882       return CELT_INVALID_MODE;
883    }
884    if (data == NULL)
885    {
886       celt_decode_lost(st, pcm);
887       RESTORE_STACK;
888       return 0;
889    }
890    
891    ec_byte_readinit(&buf,data,len);
892    ec_dec_init(&dec,&buf);
893    
894    if (st->mode->nbShortMdcts > 1)
895    {
896       has_pitch = ec_dec_bits(&dec, 1);
897       if (has_pitch)
898       {
899          has_fold = ec_dec_bits(&dec, 1);
900          shortBlocks = 0;
901       } else {
902          shortBlocks = ec_dec_bits(&dec, 1);
903          has_fold = 1;
904       }
905       if (shortBlocks)
906       {
907          transient_shift = ec_dec_bits(&dec, 2);
908          if (transient_shift)
909             transient_time = ec_dec_uint(&dec, N+st->mode->overlap);
910          else
911             transient_time = 0;
912       } else {
913          transient_time = -1;
914          transient_shift = 0;
915       }
916    } else {
917       has_pitch = ec_dec_bits(&dec, 1);
918       if (has_pitch)
919          has_fold = ec_dec_bits(&dec, 1);
920       else
921          has_fold = 1;
922       shortBlocks = 0;
923       transient_time = -1;
924       transient_shift = 0;
925    }
926    /* Get the pitch gains */
927    
928    /* Get the pitch index */
929    if (has_pitch)
930    {
931       has_pitch = unquant_pitch(gains, st->mode->nbPBands, &dec);
932       pitch_index = ec_dec_uint(&dec, MAX_PERIOD-(2*N-2*N4));
933       st->last_pitch_index = pitch_index;
934    } else {
935       /* FIXME: We could be more intelligent here and just not compute the MDCT */
936       pitch_index = 0;
937       for (i=0;i<st->mode->nbPBands;i++)
938          gains[i] = 0;
939    }
940
941    ALLOC(fine_quant, st->mode->nbEBands, int);
942    /* Get band energies */
943    unquant_coarse_energy(st->mode, bandE, st->oldBandE, len*8/3, st->mode->prob, &dec);
944    
945    ALLOC(pulses, st->mode->nbEBands, int);
946    ALLOC(offsets, st->mode->nbEBands, int);
947    ALLOC(stereo_mode, st->mode->nbEBands, int);
948    stereo_decision(st->mode, X, stereo_mode, st->mode->nbEBands);
949
950    for (i=0;i<st->mode->nbEBands;i++)
951       offsets[i] = 0;
952
953    bits = len*8 - ec_dec_tell(&dec, 0) - 1;
954    compute_allocation(st->mode, offsets, stereo_mode, bits, pulses, fine_quant);
955    /*bits = ec_dec_tell(&dec, 0);
956    compute_fine_allocation(st->mode, fine_quant, (20*C+len*8/5-(ec_dec_tell(&dec, 0)-bits))/C);*/
957    
958    unquant_fine_energy(st->mode, bandE, st->oldBandE, fine_quant, &dec);
959
960
961    if (has_pitch) 
962    {
963       VARDECL(celt_ener_t, bandEp);
964       
965       /* Pitch MDCT */
966       compute_mdcts(st->mode, 0, st->out_mem+pitch_index*C, freq);
967       ALLOC(bandEp, st->mode->nbEBands*C, celt_ener_t);
968       compute_band_energies(st->mode, freq, bandEp);
969       normalise_bands(st->mode, freq, P, bandEp);
970    } else {
971       for (i=0;i<C*N;i++)
972          P[i] = 0;
973    }
974
975    /* Apply pitch gains */
976    pitch_quant_bands(st->mode, P, gains);
977
978    /* Decode fixed codebook and merge with pitch */
979    unquant_bands(st->mode, X, P, bandE, stereo_mode, pulses, shortBlocks, len*8, &dec);
980
981    if (C==2)
982    {
983       renormalise_bands(st->mode, X);
984    }
985    /* Synthesis */
986    denormalise_bands(st->mode, X, freq, bandE);
987
988
989    CELT_MOVE(st->out_mem, st->out_mem+C*N, C*(MAX_PERIOD+st->overlap-N));
990    /* Compute inverse MDCTs */
991    compute_inv_mdcts(st->mode, shortBlocks, freq, transient_time, transient_shift, st->out_mem);
992
993    for (c=0;c<C;c++)
994    {
995       int j;
996       for (j=0;j<N;j++)
997       {
998          celt_sig_t tmp = MAC16_32_Q15(st->out_mem[C*(MAX_PERIOD-N)+C*j+c],
999                                 preemph,st->preemph_memD[c]);
1000          st->preemph_memD[c] = tmp;
1001          pcm[C*j+c] = SCALEOUT(SIG2WORD16(tmp));
1002       }
1003    }
1004
1005    {
1006       unsigned int val = 0;
1007       while (ec_dec_tell(&dec, 0) < len*8)
1008       {
1009          if (ec_dec_uint(&dec, 2) != val)
1010          {
1011             celt_warning("decode error");
1012             RESTORE_STACK;
1013             return CELT_CORRUPTED_DATA;
1014          }
1015          val = 1-val;
1016       }
1017    }
1018
1019    RESTORE_STACK;
1020    return 0;
1021    /*printf ("\n");*/
1022 }
1023
1024 #ifdef FIXED_POINT
1025 #ifndef DISABLE_FLOAT_API
1026 int celt_decode_float(CELTDecoder * restrict st, unsigned char *data, int len, float * restrict pcm)
1027 {
1028    int j, ret;
1029    const int C = CHANNELS(st->mode);
1030    const int N = st->block_size;
1031    VARDECL(celt_int16_t, out);
1032    ALLOC(out, C*N, celt_int16_t);
1033
1034    ret=celt_decode(st, data, len, out);
1035
1036    for (j=0;j<C*N;j++)
1037      pcm[j]=out[j]*(1/32768.);
1038
1039    return ret;
1040 }
1041 #endif /*DISABLE_FLOAT_API*/
1042 #else
1043 int celt_decode(CELTDecoder * restrict st, unsigned char *data, int len, celt_int16_t * restrict pcm)
1044 {
1045    int j, ret;
1046    VARDECL(celt_sig_t, out);
1047    const int C = CHANNELS(st->mode);
1048    const int N = st->block_size;
1049
1050    ALLOC(out, C*N, celt_sig_t);
1051
1052    ret=celt_decode_float(st, data, len, out);
1053
1054    for (j=0;j<C*N;j++)
1055      pcm[j] = FLOAT2INT16 (out[j]);
1056
1057    return ret;
1058 }
1059 #endif