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[opus.git] / silk / CNG.c
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26 ***********************************************************************/
27
28 #ifdef HAVE_CONFIG_H
29 #include "config.h"
30 #endif
31
32 #include "main.h"
33 #include "stack_alloc.h"
34
35 /* Generates excitation for CNG LPC synthesis */
36 static OPUS_INLINE void silk_CNG_exc(
37     opus_int32                       exc_Q10[],          /* O    CNG excitation signal Q10                   */
38     opus_int32                       exc_buf_Q14[],      /* I    Random samples buffer Q10                   */
39     opus_int32                       Gain_Q16,           /* I    Gain to apply                               */
40     opus_int                         length,             /* I    Length                                      */
41     opus_int32                       *rand_seed          /* I/O  Seed to random index generator              */
42 )
43 {
44     opus_int32 seed;
45     opus_int   i, idx, exc_mask;
46
47     exc_mask = CNG_BUF_MASK_MAX;
48     while( exc_mask > length ) {
49         exc_mask = silk_RSHIFT( exc_mask, 1 );
50     }
51
52     seed = *rand_seed;
53     for( i = 0; i < length; i++ ) {
54         seed = silk_RAND( seed );
55         idx = (opus_int)( silk_RSHIFT( seed, 24 ) & exc_mask );
56         silk_assert( idx >= 0 );
57         silk_assert( idx <= CNG_BUF_MASK_MAX );
58         exc_Q10[ i ] = (opus_int16)silk_SAT16( silk_SMULWW( exc_buf_Q14[ idx ], Gain_Q16 >> 4 ) );
59     }
60     *rand_seed = seed;
61 }
62
63 void silk_CNG_Reset(
64     silk_decoder_state          *psDec                          /* I/O  Decoder state                               */
65 )
66 {
67     opus_int i, NLSF_step_Q15, NLSF_acc_Q15;
68
69     NLSF_step_Q15 = silk_DIV32_16( silk_int16_MAX, psDec->LPC_order + 1 );
70     NLSF_acc_Q15 = 0;
71     for( i = 0; i < psDec->LPC_order; i++ ) {
72         NLSF_acc_Q15 += NLSF_step_Q15;
73         psDec->sCNG.CNG_smth_NLSF_Q15[ i ] = NLSF_acc_Q15;
74     }
75     psDec->sCNG.CNG_smth_Gain_Q16 = 0;
76     psDec->sCNG.rand_seed = 3176576;
77 }
78
79 /* Updates CNG estimate, and applies the CNG when packet was lost   */
80 void silk_CNG(
81     silk_decoder_state          *psDec,                         /* I/O  Decoder state                               */
82     silk_decoder_control        *psDecCtrl,                     /* I/O  Decoder control                             */
83     opus_int16                  frame[],                        /* I/O  Signal                                      */
84     opus_int                    length                          /* I    Length of residual                          */
85 )
86 {
87     opus_int   i, subfr;
88     opus_int32 sum_Q6, max_Gain_Q16, gain_Q16;
89     opus_int16 A_Q12[ MAX_LPC_ORDER ];
90     silk_CNG_struct *psCNG = &psDec->sCNG;
91     SAVE_STACK;
92
93     if( psDec->fs_kHz != psCNG->fs_kHz ) {
94         /* Reset state */
95         silk_CNG_Reset( psDec );
96
97         psCNG->fs_kHz = psDec->fs_kHz;
98     }
99     if( psDec->lossCnt == 0 && psDec->prevSignalType == TYPE_NO_VOICE_ACTIVITY ) {
100         /* Update CNG parameters */
101
102         /* Smoothing of LSF's  */
103         for( i = 0; i < psDec->LPC_order; i++ ) {
104             psCNG->CNG_smth_NLSF_Q15[ i ] += silk_SMULWB( (opus_int32)psDec->prevNLSF_Q15[ i ] - (opus_int32)psCNG->CNG_smth_NLSF_Q15[ i ], CNG_NLSF_SMTH_Q16 );
105         }
106         /* Find the subframe with the highest gain */
107         max_Gain_Q16 = 0;
108         subfr        = 0;
109         for( i = 0; i < psDec->nb_subfr; i++ ) {
110             if( psDecCtrl->Gains_Q16[ i ] > max_Gain_Q16 ) {
111                 max_Gain_Q16 = psDecCtrl->Gains_Q16[ i ];
112                 subfr        = i;
113             }
114         }
115         /* Update CNG excitation buffer with excitation from this subframe */
116         silk_memmove( &psCNG->CNG_exc_buf_Q14[ psDec->subfr_length ], psCNG->CNG_exc_buf_Q14, ( psDec->nb_subfr - 1 ) * psDec->subfr_length * sizeof( opus_int32 ) );
117         silk_memcpy(   psCNG->CNG_exc_buf_Q14, &psDec->exc_Q14[ subfr * psDec->subfr_length ], psDec->subfr_length * sizeof( opus_int32 ) );
118
119         /* Smooth gains */
120         for( i = 0; i < psDec->nb_subfr; i++ ) {
121             psCNG->CNG_smth_Gain_Q16 += silk_SMULWB( psDecCtrl->Gains_Q16[ i ] - psCNG->CNG_smth_Gain_Q16, CNG_GAIN_SMTH_Q16 );
122         }
123     }
124
125     /* Add CNG when packet is lost or during DTX */
126     if( psDec->lossCnt ) {
127         VARDECL( opus_int32, CNG_sig_Q10 );
128         ALLOC( CNG_sig_Q10, length + MAX_LPC_ORDER, opus_int32 );
129
130         /* Generate CNG excitation */
131         gain_Q16 = silk_SMULWW( psDec->sPLC.randScale_Q14, psDec->sPLC.prevGain_Q16[1] );
132         if( gain_Q16 >= (1 << 21) || psCNG->CNG_smth_Gain_Q16 > (1 << 23) ) {
133             gain_Q16 = silk_SMULTT( gain_Q16, gain_Q16 );
134             gain_Q16 = silk_SUB_LSHIFT32(silk_SMULTT( psCNG->CNG_smth_Gain_Q16, psCNG->CNG_smth_Gain_Q16 ), gain_Q16, 5 );
135             gain_Q16 = silk_LSHIFT32( silk_SQRT_APPROX( gain_Q16 ), 16 );
136         } else {
137             gain_Q16 = silk_SMULWW( gain_Q16, gain_Q16 );
138             gain_Q16 = silk_SUB_LSHIFT32(silk_SMULWW( psCNG->CNG_smth_Gain_Q16, psCNG->CNG_smth_Gain_Q16 ), gain_Q16, 5 );
139             gain_Q16 = silk_LSHIFT32( silk_SQRT_APPROX( gain_Q16 ), 8 );
140         }
141         silk_CNG_exc( CNG_sig_Q10 + MAX_LPC_ORDER, psCNG->CNG_exc_buf_Q14, gain_Q16, length, &psCNG->rand_seed );
142
143         /* Convert CNG NLSF to filter representation */
144         silk_NLSF2A( A_Q12, psCNG->CNG_smth_NLSF_Q15, psDec->LPC_order );
145
146         /* Generate CNG signal, by synthesis filtering */
147         silk_memcpy( CNG_sig_Q10, psCNG->CNG_synth_state, MAX_LPC_ORDER * sizeof( opus_int32 ) );
148         for( i = 0; i < length; i++ ) {
149             silk_assert( psDec->LPC_order == 10 || psDec->LPC_order == 16 );
150             /* Avoids introducing a bias because silk_SMLAWB() always rounds to -inf */
151             sum_Q6 = silk_RSHIFT( psDec->LPC_order, 1 );
152             sum_Q6 = silk_SMLAWB( sum_Q6, CNG_sig_Q10[ MAX_LPC_ORDER + i -  1 ], A_Q12[ 0 ] );
153             sum_Q6 = silk_SMLAWB( sum_Q6, CNG_sig_Q10[ MAX_LPC_ORDER + i -  2 ], A_Q12[ 1 ] );
154             sum_Q6 = silk_SMLAWB( sum_Q6, CNG_sig_Q10[ MAX_LPC_ORDER + i -  3 ], A_Q12[ 2 ] );
155             sum_Q6 = silk_SMLAWB( sum_Q6, CNG_sig_Q10[ MAX_LPC_ORDER + i -  4 ], A_Q12[ 3 ] );
156             sum_Q6 = silk_SMLAWB( sum_Q6, CNG_sig_Q10[ MAX_LPC_ORDER + i -  5 ], A_Q12[ 4 ] );
157             sum_Q6 = silk_SMLAWB( sum_Q6, CNG_sig_Q10[ MAX_LPC_ORDER + i -  6 ], A_Q12[ 5 ] );
158             sum_Q6 = silk_SMLAWB( sum_Q6, CNG_sig_Q10[ MAX_LPC_ORDER + i -  7 ], A_Q12[ 6 ] );
159             sum_Q6 = silk_SMLAWB( sum_Q6, CNG_sig_Q10[ MAX_LPC_ORDER + i -  8 ], A_Q12[ 7 ] );
160             sum_Q6 = silk_SMLAWB( sum_Q6, CNG_sig_Q10[ MAX_LPC_ORDER + i -  9 ], A_Q12[ 8 ] );
161             sum_Q6 = silk_SMLAWB( sum_Q6, CNG_sig_Q10[ MAX_LPC_ORDER + i - 10 ], A_Q12[ 9 ] );
162             if( psDec->LPC_order == 16 ) {
163                 sum_Q6 = silk_SMLAWB( sum_Q6, CNG_sig_Q10[ MAX_LPC_ORDER + i - 11 ], A_Q12[ 10 ] );
164                 sum_Q6 = silk_SMLAWB( sum_Q6, CNG_sig_Q10[ MAX_LPC_ORDER + i - 12 ], A_Q12[ 11 ] );
165                 sum_Q6 = silk_SMLAWB( sum_Q6, CNG_sig_Q10[ MAX_LPC_ORDER + i - 13 ], A_Q12[ 12 ] );
166                 sum_Q6 = silk_SMLAWB( sum_Q6, CNG_sig_Q10[ MAX_LPC_ORDER + i - 14 ], A_Q12[ 13 ] );
167                 sum_Q6 = silk_SMLAWB( sum_Q6, CNG_sig_Q10[ MAX_LPC_ORDER + i - 15 ], A_Q12[ 14 ] );
168                 sum_Q6 = silk_SMLAWB( sum_Q6, CNG_sig_Q10[ MAX_LPC_ORDER + i - 16 ], A_Q12[ 15 ] );
169             }
170
171             /* Update states */
172             CNG_sig_Q10[ MAX_LPC_ORDER + i ] = silk_ADD_LSHIFT( CNG_sig_Q10[ MAX_LPC_ORDER + i ], sum_Q6, 4 );
173
174             frame[ i ] = silk_ADD_SAT16( frame[ i ], silk_RSHIFT_ROUND( CNG_sig_Q10[ MAX_LPC_ORDER + i ], 10 ) );
175         }
176         silk_memcpy( psCNG->CNG_synth_state, &CNG_sig_Q10[ length ], MAX_LPC_ORDER * sizeof( opus_int32 ) );
177     } else {
178         silk_memset( psCNG->CNG_synth_state, 0, psDec->LPC_order *  sizeof( opus_int32 ) );
179     }
180     RESTORE_STACK;
181 }