Improves the accuracy such that it matches a float decoder much better
[opus.git] / silk / NSQ_del_dec.c
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26 ***********************************************************************/
27
28 #ifdef HAVE_CONFIG_H
29 #include "config.h"
30 #endif
31
32 #include "main.h"
33
34 typedef struct {
35     opus_int32 sLPC_Q14[ MAX_SUB_FRAME_LENGTH + NSQ_LPC_BUF_LENGTH ];
36     opus_int32 RandState[ DECISION_DELAY ];
37     opus_int32 Q_Q10[     DECISION_DELAY ];
38     opus_int32 Xq_Q10[    DECISION_DELAY ];
39     opus_int32 Pred_Q16[  DECISION_DELAY ];
40     opus_int32 Shape_Q10[ DECISION_DELAY ];
41     opus_int32 sAR2_Q14[ MAX_SHAPE_LPC_ORDER ];
42     opus_int32 LF_AR_Q12;
43     opus_int32 Seed;
44     opus_int32 SeedInit;
45     opus_int32 RD_Q10;
46 } NSQ_del_dec_struct;
47
48 typedef struct {
49     opus_int32 Q_Q10;
50     opus_int32 RD_Q10;
51     opus_int32 xq_Q14;
52     opus_int32 LF_AR_Q12;
53     opus_int32 sLTP_shp_Q10;
54     opus_int32 LPC_exc_Q16;
55 } NSQ_sample_struct;
56
57 static inline void silk_nsq_del_dec_scale_states(
58     const silk_encoder_state *psEncC,               /* I    Encoder State                       */
59     silk_nsq_state      *NSQ,                       /* I/O  NSQ state                           */
60     NSQ_del_dec_struct  psDelDec[],                 /* I/O  Delayed decision states             */
61     const opus_int32    x_Q3[],                     /* I    Input in Q3                         */
62     opus_int32          x_sc_Q10[],                 /* O    Input scaled with 1/Gain in Q10     */
63     const opus_int16    sLTP[],                     /* I    Re-whitened LTP state in Q0         */
64     opus_int32          sLTP_Q15[],                 /* O    LTP state matching scaled input     */
65     opus_int            subfr,                      /* I    Subframe number                     */
66     opus_int            nStatesDelayedDecision,     /* I    Number of del dec states            */
67     const opus_int      LTP_scale_Q14,              /* I    LTP state scaling                   */
68     const opus_int32    Gains_Q16[ MAX_NB_SUBFR ],  /* I                                        */
69     const opus_int      pitchL[ MAX_NB_SUBFR ],     /* I    Pitch lag                           */
70     const opus_int      signal_type,                /* I    Signal type                         */
71     const opus_int      decisionDelay               /* I    Decision delay                      */
72 );
73
74 /******************************************/
75 /* Noise shape quantizer for one subframe */
76 /******************************************/
77 static inline void silk_noise_shape_quantizer_del_dec(
78     silk_nsq_state      *NSQ,                   /* I/O  NSQ state                           */
79     NSQ_del_dec_struct  psDelDec[],             /* I/O  Delayed decision states             */
80     opus_int            signalType,             /* I    Signal type                         */
81     const opus_int32    x_Q10[],                /* I                                        */
82     opus_int8           pulses[],               /* O                                        */
83     opus_int16          xq[],                   /* O                                        */
84     opus_int32          sLTP_Q15[],             /* I/O  LTP filter state                    */
85     opus_int32          delayedGain_Q16[],      /* I/O  Gain delay buffer                   */
86     const opus_int16    a_Q12[],                /* I    Short term prediction coefs         */
87     const opus_int16    b_Q14[],                /* I    Long term prediction coefs          */
88     const opus_int16    AR_shp_Q13[],           /* I    Noise shaping coefs                 */
89     opus_int            lag,                    /* I    Pitch lag                           */
90     opus_int32          HarmShapeFIRPacked_Q14, /* I                                        */
91     opus_int            Tilt_Q14,               /* I    Spectral tilt                       */
92     opus_int32          LF_shp_Q14,             /* I                                        */
93     opus_int32          Gain_Q16,               /* I                                        */
94     opus_int            Lambda_Q10,             /* I                                        */
95     opus_int            offset_Q10,             /* I                                        */
96     opus_int            length,                 /* I    Input length                        */
97     opus_int            subfr,                  /* I    Subframe number                     */
98     opus_int            shapingLPCOrder,        /* I    Shaping LPC filter order            */
99     opus_int            predictLPCOrder,        /* I    Prediction filter order             */
100     opus_int            warping_Q16,            /* I                                        */
101     opus_int            nStatesDelayedDecision, /* I    Number of states in decision tree   */
102     opus_int            *smpl_buf_idx,          /* I    Index to newest samples in buffers  */
103     opus_int            decisionDelay           /* I                                        */
104 );
105
106 void silk_NSQ_del_dec(
107     const silk_encoder_state    *psEncC,                                    /* I/O  Encoder State                   */
108     silk_nsq_state              *NSQ,                                       /* I/O  NSQ state                       */
109     SideInfoIndices             *psIndices,                                 /* I/O  Quantization Indices            */
110     const opus_int32            x_Q3[],                                     /* I    Prefiltered input signal        */
111     opus_int8                   pulses[],                                   /* O    Quantized pulse signal          */
112     const opus_int16            PredCoef_Q12[ 2 * MAX_LPC_ORDER ],          /* I    Short term prediction coefs     */
113     const opus_int16            LTPCoef_Q14[ LTP_ORDER * MAX_NB_SUBFR ],    /* I    Long term prediction coefs      */
114     const opus_int16            AR2_Q13[ MAX_NB_SUBFR * MAX_SHAPE_LPC_ORDER ], /* I Noise shaping coefs             */
115     const opus_int              HarmShapeGain_Q14[ MAX_NB_SUBFR ],          /* I    Long term shaping coefs         */
116     const opus_int              Tilt_Q14[ MAX_NB_SUBFR ],                   /* I    Spectral tilt                   */
117     const opus_int32            LF_shp_Q14[ MAX_NB_SUBFR ],                 /* I    Low frequency shaping coefs     */
118     const opus_int32            Gains_Q16[ MAX_NB_SUBFR ],                  /* I    Quantization step sizes         */
119     const opus_int              pitchL[ MAX_NB_SUBFR ],                     /* I    Pitch lags                      */
120     const opus_int              Lambda_Q10,                                 /* I    Rate/distortion tradeoff        */
121     const opus_int              LTP_scale_Q14                               /* I    LTP state scaling               */
122 )
123 {
124     opus_int            i, k, lag, start_idx, LSF_interpolation_flag, Winner_ind, subfr;
125     opus_int            last_smple_idx, smpl_buf_idx, decisionDelay;
126     const opus_int16    *A_Q12, *B_Q14, *AR_shp_Q13;
127     opus_int16          *pxq;
128     opus_int32          sLTP_Q15[ 2 * MAX_FRAME_LENGTH ];
129     opus_int16          sLTP[     2 * MAX_FRAME_LENGTH ];
130     opus_int32          HarmShapeFIRPacked_Q14;
131     opus_int            offset_Q10;
132     opus_int32          RDmin_Q10;
133     opus_int32          x_sc_Q10[ MAX_SUB_FRAME_LENGTH ];
134     opus_int32          delayedGain_Q16[  DECISION_DELAY ];
135     NSQ_del_dec_struct  psDelDec[ MAX_DEL_DEC_STATES ];
136     NSQ_del_dec_struct  *psDD;
137
138     /* Set unvoiced lag to the previous one, overwrite later for voiced */
139     lag = NSQ->lagPrev;
140
141     silk_assert( NSQ->prev_inv_gain_Q31 != 0 );
142
143     /* Initialize delayed decision states */
144     silk_memset( psDelDec, 0, psEncC->nStatesDelayedDecision * sizeof( NSQ_del_dec_struct ) );
145     for( k = 0; k < psEncC->nStatesDelayedDecision; k++ ) {
146         psDD                 = &psDelDec[ k ];
147         psDD->Seed           = ( k + psIndices->Seed ) & 3;
148         psDD->SeedInit       = psDD->Seed;
149         psDD->RD_Q10         = 0;
150         psDD->LF_AR_Q12      = NSQ->sLF_AR_shp_Q12;
151         psDD->Shape_Q10[ 0 ] = NSQ->sLTP_shp_Q10[ psEncC->ltp_mem_length - 1 ];
152         silk_memcpy( psDD->sLPC_Q14, NSQ->sLPC_Q14, NSQ_LPC_BUF_LENGTH * sizeof( opus_int32 ) );
153         silk_memcpy( psDD->sAR2_Q14, NSQ->sAR2_Q14, sizeof( NSQ->sAR2_Q14 ) );
154     }
155
156     offset_Q10   = silk_Quantization_Offsets_Q10[ psIndices->signalType >> 1 ][ psIndices->quantOffsetType ];
157     smpl_buf_idx = 0; /* index of oldest samples */
158
159     decisionDelay = silk_min_int( DECISION_DELAY, psEncC->subfr_length );
160
161     /* For voiced frames limit the decision delay to lower than the pitch lag */
162     if( psIndices->signalType == TYPE_VOICED ) {
163         for( k = 0; k < psEncC->nb_subfr; k++ ) {
164             decisionDelay = silk_min_int( decisionDelay, pitchL[ k ] - LTP_ORDER / 2 - 1 );
165         }
166     } else {
167         if( lag > 0 ) {
168             decisionDelay = silk_min_int( decisionDelay, lag - LTP_ORDER / 2 - 1 );
169         }
170     }
171
172     if( psIndices->NLSFInterpCoef_Q2 == 4 ) {
173         LSF_interpolation_flag = 0;
174     } else {
175         LSF_interpolation_flag = 1;
176     }
177
178     /* Set up pointers to start of sub frame */
179     pxq                   = &NSQ->xq[ psEncC->ltp_mem_length ];
180     NSQ->sLTP_shp_buf_idx = psEncC->ltp_mem_length;
181     NSQ->sLTP_buf_idx     = psEncC->ltp_mem_length;
182     subfr = 0;
183     for( k = 0; k < psEncC->nb_subfr; k++ ) {
184         A_Q12      = &PredCoef_Q12[ ( ( k >> 1 ) | ( 1 - LSF_interpolation_flag ) ) * MAX_LPC_ORDER ];
185         B_Q14      = &LTPCoef_Q14[ k * LTP_ORDER           ];
186         AR_shp_Q13 = &AR2_Q13[     k * MAX_SHAPE_LPC_ORDER ];
187
188         /* Noise shape parameters */
189         silk_assert( HarmShapeGain_Q14[ k ] >= 0 );
190         HarmShapeFIRPacked_Q14  =                          silk_RSHIFT( HarmShapeGain_Q14[ k ], 2 );
191         HarmShapeFIRPacked_Q14 |= silk_LSHIFT( (opus_int32)silk_RSHIFT( HarmShapeGain_Q14[ k ], 1 ), 16 );
192
193         NSQ->rewhite_flag = 0;
194         if( psIndices->signalType == TYPE_VOICED ) {
195             /* Voiced */
196             lag = pitchL[ k ];
197
198             /* Re-whitening */
199             if( ( k & ( 3 - silk_LSHIFT( LSF_interpolation_flag, 1 ) ) ) == 0 ) {
200                 if( k == 2 ) {
201                     /* RESET DELAYED DECISIONS */
202                     /* Find winner */
203                     RDmin_Q10 = psDelDec[ 0 ].RD_Q10;
204                     Winner_ind = 0;
205                     for( i = 1; i < psEncC->nStatesDelayedDecision; i++ ) {
206                         if( psDelDec[ i ].RD_Q10 < RDmin_Q10 ) {
207                             RDmin_Q10 = psDelDec[ i ].RD_Q10;
208                             Winner_ind = i;
209                         }
210                     }
211                     for( i = 0; i < psEncC->nStatesDelayedDecision; i++ ) {
212                         if( i != Winner_ind ) {
213                             psDelDec[ i ].RD_Q10 += ( silk_int32_MAX >> 4 );
214                             silk_assert( psDelDec[ i ].RD_Q10 >= 0 );
215                         }
216                     }
217
218                     /* Copy final part of signals from winner state to output and long-term filter states */
219                     psDD = &psDelDec[ Winner_ind ];
220                     last_smple_idx = smpl_buf_idx + decisionDelay;
221                     for( i = 0; i < decisionDelay; i++ ) {
222                         last_smple_idx = ( last_smple_idx - 1 ) & DECISION_DELAY_MASK;
223                         pulses[   i - decisionDelay ] = (opus_int8)silk_RSHIFT_ROUND( psDD->Q_Q10[ last_smple_idx ], 10 );
224                         pxq[ i - decisionDelay ] = (opus_int16)silk_SAT16( silk_RSHIFT_ROUND(
225                             silk_SMULWW( psDD->Xq_Q10[ last_smple_idx ], Gains_Q16[ 1 ] ), 10 ) );
226                         NSQ->sLTP_shp_Q10[ NSQ->sLTP_shp_buf_idx - decisionDelay + i ] = psDD->Shape_Q10[ last_smple_idx ];
227                     }
228
229                     subfr = 0;
230                 }
231
232                 /* Rewhiten with new A coefs */
233                 start_idx = psEncC->ltp_mem_length - lag - psEncC->predictLPCOrder - LTP_ORDER / 2;
234                 silk_assert( start_idx > 0 );
235
236                 silk_LPC_analysis_filter( &sLTP[ start_idx ], &NSQ->xq[ start_idx + k * psEncC->subfr_length ],
237                     A_Q12, psEncC->ltp_mem_length - start_idx, psEncC->predictLPCOrder );
238
239                 NSQ->sLTP_buf_idx = psEncC->ltp_mem_length;
240                 NSQ->rewhite_flag = 1;
241             }
242         }
243
244         silk_nsq_del_dec_scale_states( psEncC, NSQ, psDelDec, x_Q3, x_sc_Q10, sLTP, sLTP_Q15, k,
245             psEncC->nStatesDelayedDecision, LTP_scale_Q14, Gains_Q16, pitchL, psIndices->signalType, decisionDelay );
246
247         silk_noise_shape_quantizer_del_dec( NSQ, psDelDec, psIndices->signalType, x_sc_Q10, pulses, pxq, sLTP_Q15,
248             delayedGain_Q16, A_Q12, B_Q14, AR_shp_Q13, lag, HarmShapeFIRPacked_Q14, Tilt_Q14[ k ], LF_shp_Q14[ k ],
249             Gains_Q16[ k ], Lambda_Q10, offset_Q10, psEncC->subfr_length, subfr++, psEncC->shapingLPCOrder,
250             psEncC->predictLPCOrder, psEncC->warping_Q16, psEncC->nStatesDelayedDecision, &smpl_buf_idx, decisionDelay );
251
252         x_Q3   += psEncC->subfr_length;
253         pulses += psEncC->subfr_length;
254         pxq    += psEncC->subfr_length;
255     }
256
257     /* Find winner */
258     RDmin_Q10 = psDelDec[ 0 ].RD_Q10;
259     Winner_ind = 0;
260     for( k = 1; k < psEncC->nStatesDelayedDecision; k++ ) {
261         if( psDelDec[ k ].RD_Q10 < RDmin_Q10 ) {
262             RDmin_Q10 = psDelDec[ k ].RD_Q10;
263             Winner_ind = k;
264         }
265     }
266
267     /* Copy final part of signals from winner state to output and long-term filter states */
268     psDD = &psDelDec[ Winner_ind ];
269     psIndices->Seed = psDD->SeedInit;
270     last_smple_idx = smpl_buf_idx + decisionDelay;
271     for( i = 0; i < decisionDelay; i++ ) {
272         last_smple_idx = ( last_smple_idx - 1 ) & DECISION_DELAY_MASK;
273         pulses[   i - decisionDelay ] = (opus_int8)silk_RSHIFT_ROUND( psDD->Q_Q10[ last_smple_idx ], 10 );
274         pxq[ i - decisionDelay ] = (opus_int16)silk_SAT16( silk_RSHIFT_ROUND(
275             silk_SMULWW( psDD->Xq_Q10[ last_smple_idx ], Gains_Q16[ psEncC->nb_subfr - 1 ] ), 10 ) );
276         NSQ->sLTP_shp_Q10[ NSQ->sLTP_shp_buf_idx - decisionDelay + i ] = psDD->Shape_Q10[ last_smple_idx ];
277     }
278     silk_memcpy( NSQ->sLPC_Q14, &psDD->sLPC_Q14[ psEncC->subfr_length ], NSQ_LPC_BUF_LENGTH * sizeof( opus_int32 ) );
279     silk_memcpy( NSQ->sAR2_Q14, psDD->sAR2_Q14, sizeof( psDD->sAR2_Q14 ) );
280
281     /* Update states */
282     NSQ->sLF_AR_shp_Q12 = psDD->LF_AR_Q12;
283     NSQ->lagPrev        = pitchL[ psEncC->nb_subfr - 1 ];
284
285     /* Save quantized speech signal */
286     /* DEBUG_STORE_DATA( enc.pcm, &NSQ->xq[psEncC->ltp_mem_length], psEncC->frame_length * sizeof( opus_int16 ) ) */
287     silk_memmove( NSQ->xq,           &NSQ->xq[           psEncC->frame_length ], psEncC->ltp_mem_length * sizeof( opus_int16 ) );
288     silk_memmove( NSQ->sLTP_shp_Q10, &NSQ->sLTP_shp_Q10[ psEncC->frame_length ], psEncC->ltp_mem_length * sizeof( opus_int32 ) );
289 }
290
291 /******************************************/
292 /* Noise shape quantizer for one subframe */
293 /******************************************/
294 static inline void silk_noise_shape_quantizer_del_dec(
295     silk_nsq_state      *NSQ,                   /* I/O  NSQ state                           */
296     NSQ_del_dec_struct  psDelDec[],             /* I/O  Delayed decision states             */
297     opus_int            signalType,             /* I    Signal type                         */
298     const opus_int32    x_Q10[],                /* I                                        */
299     opus_int8           pulses[],               /* O                                        */
300     opus_int16          xq[],                   /* O                                        */
301     opus_int32          sLTP_Q15[],             /* I/O  LTP filter state                    */
302     opus_int32          delayedGain_Q16[],      /* I/O  Gain delay buffer                   */
303     const opus_int16    a_Q12[],                /* I    Short term prediction coefs         */
304     const opus_int16    b_Q14[],                /* I    Long term prediction coefs          */
305     const opus_int16    AR_shp_Q13[],           /* I    Noise shaping coefs                 */
306     opus_int            lag,                    /* I    Pitch lag                           */
307     opus_int32          HarmShapeFIRPacked_Q14, /* I                                        */
308     opus_int            Tilt_Q14,               /* I    Spectral tilt                       */
309     opus_int32          LF_shp_Q14,             /* I                                        */
310     opus_int32          Gain_Q16,               /* I                                        */
311     opus_int            Lambda_Q10,             /* I                                        */
312     opus_int            offset_Q10,             /* I                                        */
313     opus_int            length,                 /* I    Input length                        */
314     opus_int            subfr,                  /* I    Subframe number                     */
315     opus_int            shapingLPCOrder,        /* I    Shaping LPC filter order            */
316     opus_int            predictLPCOrder,        /* I    Prediction filter order             */
317     opus_int            warping_Q16,            /* I                                        */
318     opus_int            nStatesDelayedDecision, /* I    Number of states in decision tree   */
319     opus_int            *smpl_buf_idx,          /* I    Index to newest samples in buffers  */
320     opus_int            decisionDelay           /* I                                        */
321 )
322 {
323     opus_int     i, j, k, Winner_ind, RDmin_ind, RDmax_ind, last_smple_idx;
324     opus_int32   Winner_rand_state;
325     opus_int32   LTP_pred_Q13, LPC_pred_Q10, n_AR_Q10, n_LTP_Q14, LTP_Q10;
326     opus_int32   n_LF_Q10, r_Q10, rr_Q10, rd1_Q10, rd2_Q10, RDmin_Q10, RDmax_Q10;
327     opus_int32   q1_Q10, q2_Q10, dither, exc_Q10, LPC_exc_Q10, xq_Q10;
328     opus_int32   tmp1, tmp2, sLF_AR_shp_Q10;
329     opus_int32   *pred_lag_ptr, *shp_lag_ptr, *psLPC_Q14;
330     NSQ_sample_struct  psSampleState[ MAX_DEL_DEC_STATES ][ 2 ];
331     NSQ_del_dec_struct *psDD;
332     NSQ_sample_struct  *psSS;
333
334     silk_assert( nStatesDelayedDecision > 0 );
335
336     shp_lag_ptr  = &NSQ->sLTP_shp_Q10[ NSQ->sLTP_shp_buf_idx - lag + HARM_SHAPE_FIR_TAPS / 2 ];
337     pred_lag_ptr = &sLTP_Q15[ NSQ->sLTP_buf_idx - lag + LTP_ORDER / 2 ];
338
339     for( i = 0; i < length; i++ ) {
340         /* Perform common calculations used in all states */
341
342         /* Long-term prediction */
343         if( signalType == TYPE_VOICED ) {
344             /* Unrolled loop */
345             /* Avoids introducing a bias because silk_SMLAWB() always rounds to -inf */
346             LTP_pred_Q13 = 2;
347             LTP_pred_Q13 = silk_SMLAWB( LTP_pred_Q13, pred_lag_ptr[  0 ], b_Q14[ 0 ] );
348             LTP_pred_Q13 = silk_SMLAWB( LTP_pred_Q13, pred_lag_ptr[ -1 ], b_Q14[ 1 ] );
349             LTP_pred_Q13 = silk_SMLAWB( LTP_pred_Q13, pred_lag_ptr[ -2 ], b_Q14[ 2 ] );
350             LTP_pred_Q13 = silk_SMLAWB( LTP_pred_Q13, pred_lag_ptr[ -3 ], b_Q14[ 3 ] );
351             LTP_pred_Q13 = silk_SMLAWB( LTP_pred_Q13, pred_lag_ptr[ -4 ], b_Q14[ 4 ] );
352             pred_lag_ptr++;
353         } else {
354             LTP_pred_Q13 = 0;
355         }
356
357         /* Long-term shaping */
358         if( lag > 0 ) {
359             /* Symmetric, packed FIR coefficients */
360             n_LTP_Q14 = silk_SMULWB( silk_ADD32( shp_lag_ptr[ 0 ], shp_lag_ptr[ -2 ] ), HarmShapeFIRPacked_Q14 );
361             n_LTP_Q14 = silk_SMLAWT( n_LTP_Q14, shp_lag_ptr[ -1 ],                      HarmShapeFIRPacked_Q14 );
362             n_LTP_Q14 = silk_LSHIFT( n_LTP_Q14, 6 );
363             shp_lag_ptr++;
364
365             LTP_Q10 = silk_RSHIFT( silk_SUB32( silk_LSHIFT( LTP_pred_Q13, 1 ), n_LTP_Q14 ), 4 );
366         } else {
367             LTP_Q10 = 0;
368         }
369
370         for( k = 0; k < nStatesDelayedDecision; k++ ) {
371             /* Delayed decision state */
372             psDD = &psDelDec[ k ];
373
374             /* Sample state */
375             psSS = psSampleState[ k ];
376
377             /* Generate dither */
378             psDD->Seed = silk_RAND( psDD->Seed );
379
380             /* dither = rand_seed < 0 ? 0xFFFFFFFF : 0; */
381             dither = silk_RSHIFT( psDD->Seed, 31 );
382
383             /* Pointer used in short term prediction and shaping */
384             psLPC_Q14 = &psDD->sLPC_Q14[ NSQ_LPC_BUF_LENGTH - 1 + i ];
385             /* Short-term prediction */
386             silk_assert( predictLPCOrder == 10 || predictLPCOrder == 16 );
387             /* Avoids introducing a bias because silk_SMLAWB() always rounds to -inf */
388             LPC_pred_Q10 = silk_RSHIFT( predictLPCOrder, 1 );
389             LPC_pred_Q10 = silk_SMLAWB( LPC_pred_Q10, psLPC_Q14[  0 ], a_Q12[ 0 ] );
390             LPC_pred_Q10 = silk_SMLAWB( LPC_pred_Q10, psLPC_Q14[ -1 ], a_Q12[ 1 ] );
391             LPC_pred_Q10 = silk_SMLAWB( LPC_pred_Q10, psLPC_Q14[ -2 ], a_Q12[ 2 ] );
392             LPC_pred_Q10 = silk_SMLAWB( LPC_pred_Q10, psLPC_Q14[ -3 ], a_Q12[ 3 ] );
393             LPC_pred_Q10 = silk_SMLAWB( LPC_pred_Q10, psLPC_Q14[ -4 ], a_Q12[ 4 ] );
394             LPC_pred_Q10 = silk_SMLAWB( LPC_pred_Q10, psLPC_Q14[ -5 ], a_Q12[ 5 ] );
395             LPC_pred_Q10 = silk_SMLAWB( LPC_pred_Q10, psLPC_Q14[ -6 ], a_Q12[ 6 ] );
396             LPC_pred_Q10 = silk_SMLAWB( LPC_pred_Q10, psLPC_Q14[ -7 ], a_Q12[ 7 ] );
397             LPC_pred_Q10 = silk_SMLAWB( LPC_pred_Q10, psLPC_Q14[ -8 ], a_Q12[ 8 ] );
398             LPC_pred_Q10 = silk_SMLAWB( LPC_pred_Q10, psLPC_Q14[ -9 ], a_Q12[ 9 ] );
399             if( predictLPCOrder == 16 ) {
400                 LPC_pred_Q10 = silk_SMLAWB( LPC_pred_Q10, psLPC_Q14[ -10 ], a_Q12[ 10 ] );
401                 LPC_pred_Q10 = silk_SMLAWB( LPC_pred_Q10, psLPC_Q14[ -11 ], a_Q12[ 11 ] );
402                 LPC_pred_Q10 = silk_SMLAWB( LPC_pred_Q10, psLPC_Q14[ -12 ], a_Q12[ 12 ] );
403                 LPC_pred_Q10 = silk_SMLAWB( LPC_pred_Q10, psLPC_Q14[ -13 ], a_Q12[ 13 ] );
404                 LPC_pred_Q10 = silk_SMLAWB( LPC_pred_Q10, psLPC_Q14[ -14 ], a_Q12[ 14 ] );
405                 LPC_pred_Q10 = silk_SMLAWB( LPC_pred_Q10, psLPC_Q14[ -15 ], a_Q12[ 15 ] );
406             }
407
408             /* Noise shape feedback */
409             silk_assert( ( shapingLPCOrder & 1 ) == 0 );   /* check that order is even */
410             /* Output of lowpass section */
411             tmp2 = silk_SMLAWB( psLPC_Q14[ 0 ], psDD->sAR2_Q14[ 0 ], warping_Q16 );
412             /* Output of allpass section */
413             tmp1 = silk_SMLAWB( psDD->sAR2_Q14[ 0 ], psDD->sAR2_Q14[ 1 ] - tmp2, warping_Q16 );
414             psDD->sAR2_Q14[ 0 ] = tmp2;
415             n_AR_Q10 = silk_SMULWB( tmp2, AR_shp_Q13[ 0 ] );
416             /* Loop over allpass sections */
417             for( j = 2; j < shapingLPCOrder; j += 2 ) {
418                 /* Output of allpass section */
419                 tmp2 = silk_SMLAWB( psDD->sAR2_Q14[ j - 1 ], psDD->sAR2_Q14[ j + 0 ] - tmp1, warping_Q16 );
420                 psDD->sAR2_Q14[ j - 1 ] = tmp1;
421                 n_AR_Q10 = silk_SMLAWB( n_AR_Q10, tmp1, AR_shp_Q13[ j - 1 ] );
422                 /* Output of allpass section */
423                 tmp1 = silk_SMLAWB( psDD->sAR2_Q14[ j + 0 ], psDD->sAR2_Q14[ j + 1 ] - tmp2, warping_Q16 );
424                 psDD->sAR2_Q14[ j + 0 ] = tmp2;
425                 n_AR_Q10 = silk_SMLAWB( n_AR_Q10, tmp2, AR_shp_Q13[ j ] );
426             }
427             psDD->sAR2_Q14[ shapingLPCOrder - 1 ] = tmp1;
428             n_AR_Q10 = silk_SMLAWB( n_AR_Q10, tmp1, AR_shp_Q13[ shapingLPCOrder - 1 ] );
429
430             n_AR_Q10 = silk_RSHIFT( n_AR_Q10, 1 );           /* Q11 -> Q10 */
431             n_AR_Q10 = silk_SMLAWB( n_AR_Q10, psDD->LF_AR_Q12, Tilt_Q14 );
432
433             n_LF_Q10 = silk_LSHIFT( silk_SMULWB( psDD->Shape_Q10[ *smpl_buf_idx ], LF_shp_Q14 ), 2 );
434             n_LF_Q10 = silk_SMLAWT( n_LF_Q10, psDD->LF_AR_Q12, LF_shp_Q14 );
435
436             /* Input minus prediction plus noise feedback                       */
437             /* r = x[ i ] - LTP_pred - LPC_pred + n_AR + n_Tilt + n_LF + n_LTP  */
438             tmp1  = silk_ADD32( LTP_Q10, LPC_pred_Q10 );                         /* add Q10 stuff */
439             tmp1  = silk_SUB32( tmp1, n_AR_Q10 );                                /* subtract Q10 stuff */
440             tmp1  = silk_SUB32( tmp1, n_LF_Q10 );                                /* subtract Q10 stuff */
441             r_Q10 = silk_SUB32( x_Q10[ i ], tmp1 );                              /* residual error Q10 */
442
443             /* Flip sign depending on dither */
444             r_Q10 = r_Q10 ^ dither;
445             r_Q10 = silk_LIMIT_32( r_Q10, -(31 << 10), 30 << 10 );
446
447             /* Find two quantization level candidates and measure their rate-distortion */
448             q1_Q10 = silk_SUB32( r_Q10, offset_Q10 );
449             q1_Q10 = silk_RSHIFT( q1_Q10, 10 );
450             if( q1_Q10 > 0 ) {
451                 q1_Q10  = silk_SUB32( silk_LSHIFT( q1_Q10, 10 ), QUANT_LEVEL_ADJUST_Q10 );
452                 q1_Q10  = silk_ADD32( q1_Q10, offset_Q10 );
453                 q2_Q10  = silk_ADD32( q1_Q10, 1024 );
454                 rd1_Q10 = silk_SMULBB( q1_Q10, Lambda_Q10 );
455                 rd2_Q10 = silk_SMULBB( q2_Q10, Lambda_Q10 );
456             } else if( q1_Q10 == 0 ) {
457                 q1_Q10  = offset_Q10;
458                 q2_Q10  = silk_ADD32( q1_Q10, 1024 - QUANT_LEVEL_ADJUST_Q10 );
459                 rd1_Q10 = silk_SMULBB( q1_Q10, Lambda_Q10 );
460                 rd2_Q10 = silk_SMULBB( q2_Q10, Lambda_Q10 );
461             } else if( q1_Q10 == -1 ) {
462                 q2_Q10  = offset_Q10;
463                 q1_Q10  = silk_SUB32( q2_Q10, 1024 - QUANT_LEVEL_ADJUST_Q10 );
464                 rd1_Q10 = silk_SMULBB( -q1_Q10, Lambda_Q10 );
465                 rd2_Q10 = silk_SMULBB(  q2_Q10, Lambda_Q10 );
466             } else {            /* Q1_Q10 < -1 */
467                 q1_Q10  = silk_ADD32( silk_LSHIFT( q1_Q10, 10 ), QUANT_LEVEL_ADJUST_Q10 );
468                 q1_Q10  = silk_ADD32( q1_Q10, offset_Q10 );
469                 q2_Q10  = silk_ADD32( q1_Q10, 1024 );
470                 rd1_Q10 = silk_SMULBB( -q1_Q10, Lambda_Q10 );
471                 rd2_Q10 = silk_SMULBB( -q2_Q10, Lambda_Q10 );
472             }
473             rr_Q10  = silk_SUB32( r_Q10, q1_Q10 );
474             rd1_Q10 = silk_RSHIFT( silk_SMLABB( rd1_Q10, rr_Q10, rr_Q10 ), 10 );
475             rr_Q10  = silk_SUB32( r_Q10, q2_Q10 );
476             rd2_Q10 = silk_RSHIFT( silk_SMLABB( rd2_Q10, rr_Q10, rr_Q10 ), 10 );
477
478             if( rd1_Q10 < rd2_Q10 ) {
479                 psSS[ 0 ].RD_Q10 = silk_ADD32( psDD->RD_Q10, rd1_Q10 );
480                 psSS[ 1 ].RD_Q10 = silk_ADD32( psDD->RD_Q10, rd2_Q10 );
481                 psSS[ 0 ].Q_Q10  = q1_Q10;
482                 psSS[ 1 ].Q_Q10  = q2_Q10;
483             } else {
484                 psSS[ 0 ].RD_Q10 = silk_ADD32( psDD->RD_Q10, rd2_Q10 );
485                 psSS[ 1 ].RD_Q10 = silk_ADD32( psDD->RD_Q10, rd1_Q10 );
486                 psSS[ 0 ].Q_Q10  = q2_Q10;
487                 psSS[ 1 ].Q_Q10  = q1_Q10;
488             }
489
490             /* Update states for best quantization */
491
492             /* Quantized excitation */
493             exc_Q10 = psSS[ 0 ].Q_Q10 ^ dither;
494
495             /* Add predictions */
496             LPC_exc_Q10 = exc_Q10 + silk_RSHIFT_ROUND( LTP_pred_Q13, 3 );
497             xq_Q10      = silk_ADD32( LPC_exc_Q10, LPC_pred_Q10 );
498
499             /* Update states */
500             sLF_AR_shp_Q10         = silk_SUB32(  xq_Q10, n_AR_Q10 );
501             psSS[ 0 ].sLTP_shp_Q10 = silk_SUB32(  sLF_AR_shp_Q10, n_LF_Q10 );
502             psSS[ 0 ].LF_AR_Q12    = silk_LSHIFT( sLF_AR_shp_Q10, 2 );
503             psSS[ 0 ].xq_Q14       = silk_LSHIFT( xq_Q10,         4 );
504             psSS[ 0 ].LPC_exc_Q16  = silk_LSHIFT( LPC_exc_Q10,    6 );
505
506             /* Update states for second best quantization */
507
508             /* Quantized excitation */
509             exc_Q10 = psSS[ 1 ].Q_Q10 ^ dither;
510
511             /* Add predictions */
512             LPC_exc_Q10 = exc_Q10 + silk_RSHIFT_ROUND( LTP_pred_Q13, 3 );
513             xq_Q10      = silk_ADD32( LPC_exc_Q10, LPC_pred_Q10 );
514
515             /* Update states */
516             sLF_AR_shp_Q10         = silk_SUB32(  xq_Q10, n_AR_Q10 );
517             psSS[ 1 ].sLTP_shp_Q10 = silk_SUB32(  sLF_AR_shp_Q10, n_LF_Q10 );
518             psSS[ 1 ].LF_AR_Q12    = silk_LSHIFT( sLF_AR_shp_Q10, 2 );
519             psSS[ 1 ].xq_Q14       = silk_LSHIFT( xq_Q10,         4 );
520             psSS[ 1 ].LPC_exc_Q16  = silk_LSHIFT( LPC_exc_Q10,    6 );
521         }
522
523         *smpl_buf_idx  = ( *smpl_buf_idx - 1 ) & DECISION_DELAY_MASK;                   /* Index to newest samples              */
524         last_smple_idx = ( *smpl_buf_idx + decisionDelay ) & DECISION_DELAY_MASK;       /* Index to decisionDelay old samples   */
525
526         /* Find winner */
527         RDmin_Q10 = psSampleState[ 0 ][ 0 ].RD_Q10;
528         Winner_ind = 0;
529         for( k = 1; k < nStatesDelayedDecision; k++ ) {
530             if( psSampleState[ k ][ 0 ].RD_Q10 < RDmin_Q10 ) {
531                 RDmin_Q10  = psSampleState[ k ][ 0 ].RD_Q10;
532                 Winner_ind = k;
533             }
534         }
535
536         /* Increase RD values of expired states */
537         Winner_rand_state = psDelDec[ Winner_ind ].RandState[ last_smple_idx ];
538         for( k = 0; k < nStatesDelayedDecision; k++ ) {
539             if( psDelDec[ k ].RandState[ last_smple_idx ] != Winner_rand_state ) {
540                 psSampleState[ k ][ 0 ].RD_Q10 = silk_ADD32( psSampleState[ k ][ 0 ].RD_Q10, ( silk_int32_MAX >> 4 ) );
541                 psSampleState[ k ][ 1 ].RD_Q10 = silk_ADD32( psSampleState[ k ][ 1 ].RD_Q10, ( silk_int32_MAX >> 4 ) );
542                 silk_assert( psSampleState[ k ][ 0 ].RD_Q10 >= 0 );
543             }
544         }
545
546         /* Find worst in first set and best in second set */
547         RDmax_Q10  = psSampleState[ 0 ][ 0 ].RD_Q10;
548         RDmin_Q10  = psSampleState[ 0 ][ 1 ].RD_Q10;
549         RDmax_ind = 0;
550         RDmin_ind = 0;
551         for( k = 1; k < nStatesDelayedDecision; k++ ) {
552             /* find worst in first set */
553             if( psSampleState[ k ][ 0 ].RD_Q10 > RDmax_Q10 ) {
554                 RDmax_Q10  = psSampleState[ k ][ 0 ].RD_Q10;
555                 RDmax_ind = k;
556             }
557             /* find best in second set */
558             if( psSampleState[ k ][ 1 ].RD_Q10 < RDmin_Q10 ) {
559                 RDmin_Q10  = psSampleState[ k ][ 1 ].RD_Q10;
560                 RDmin_ind = k;
561             }
562         }
563
564         /* Replace a state if best from second set outperforms worst in first set */
565         if( RDmin_Q10 < RDmax_Q10 ) {
566             silk_memcpy( ((opus_int32 *)&psDelDec[ RDmax_ind ]) + i,
567                         ((opus_int32 *)&psDelDec[ RDmin_ind ]) + i, sizeof( NSQ_del_dec_struct ) - i * sizeof( opus_int32) );
568             silk_memcpy( &psSampleState[ RDmax_ind ][ 0 ], &psSampleState[ RDmin_ind ][ 1 ], sizeof( NSQ_sample_struct ) );
569         }
570
571         /* Write samples from winner to output and long-term filter states */
572         psDD = &psDelDec[ Winner_ind ];
573         if( subfr > 0 || i >= decisionDelay ) {
574             pulses[  i - decisionDelay ] = (opus_int8)silk_RSHIFT_ROUND( psDD->Q_Q10[ last_smple_idx ], 10 );
575             xq[ i - decisionDelay ] = (opus_int16)silk_SAT16( silk_RSHIFT_ROUND(
576                 silk_SMULWW( psDD->Xq_Q10[ last_smple_idx ], delayedGain_Q16[ last_smple_idx ] ), 10 ) );
577             NSQ->sLTP_shp_Q10[ NSQ->sLTP_shp_buf_idx - decisionDelay ] = psDD->Shape_Q10[ last_smple_idx ];
578             sLTP_Q15[          NSQ->sLTP_buf_idx     - decisionDelay ] = psDD->Pred_Q16[  last_smple_idx ] >> 1;
579         }
580         NSQ->sLTP_shp_buf_idx++;
581         NSQ->sLTP_buf_idx++;
582
583         /* Update states */
584         for( k = 0; k < nStatesDelayedDecision; k++ ) {
585             psDD                                     = &psDelDec[ k ];
586             psSS                                     = &psSampleState[ k ][ 0 ];
587             psDD->LF_AR_Q12                          = psSS->LF_AR_Q12;
588             psDD->sLPC_Q14[ NSQ_LPC_BUF_LENGTH + i ] = psSS->xq_Q14;
589             psDD->Xq_Q10[    *smpl_buf_idx ]         = silk_RSHIFT( psSS->xq_Q14, 4 );
590             psDD->Q_Q10[     *smpl_buf_idx ]         = psSS->Q_Q10;
591             psDD->Pred_Q16[  *smpl_buf_idx ]         = psSS->LPC_exc_Q16;
592             psDD->Shape_Q10[ *smpl_buf_idx ]         = psSS->sLTP_shp_Q10;
593             psDD->Seed                               = silk_ADD32_ovflw( psDD->Seed, silk_RSHIFT_ROUND( psSS->Q_Q10, 10 ) );
594             psDD->RandState[ *smpl_buf_idx ]         = psDD->Seed;
595             psDD->RD_Q10                             = psSS->RD_Q10;
596         }
597         delayedGain_Q16[     *smpl_buf_idx ]         = Gain_Q16;
598     }
599     /* Update LPC states */
600     for( k = 0; k < nStatesDelayedDecision; k++ ) {
601         psDD = &psDelDec[ k ];
602         silk_memcpy( psDD->sLPC_Q14, &psDD->sLPC_Q14[ length ], NSQ_LPC_BUF_LENGTH * sizeof( opus_int32 ) );
603     }
604 }
605
606 static inline void silk_nsq_del_dec_scale_states(
607     const silk_encoder_state *psEncC,               /* I    Encoder State                       */
608     silk_nsq_state      *NSQ,                       /* I/O  NSQ state                           */
609     NSQ_del_dec_struct  psDelDec[],                 /* I/O  Delayed decision states             */
610     const opus_int32    x_Q3[],                     /* I    Input in Q3                         */
611     opus_int32          x_sc_Q10[],                 /* O    Input scaled with 1/Gain in Q10     */
612     const opus_int16    sLTP[],                     /* I    Re-whitened LTP state in Q0         */
613     opus_int32          sLTP_Q15[],                 /* O    LTP state matching scaled input     */
614     opus_int            subfr,                      /* I    Subframe number                     */
615     opus_int            nStatesDelayedDecision,     /* I    Number of del dec states            */
616     const opus_int      LTP_scale_Q14,              /* I    LTP state scaling                   */
617     const opus_int32    Gains_Q16[ MAX_NB_SUBFR ],  /* I                                        */
618     const opus_int      pitchL[ MAX_NB_SUBFR ],     /* I    Pitch lag                           */
619     const opus_int      signal_type,                /* I    Signal type                         */
620     const opus_int      decisionDelay               /* I    Decision delay                      */
621 )
622 {
623     opus_int            i, k, lag;
624     opus_int32          gain_adj_Q16, inv_gain_Q31, inv_gain_Q23;
625     NSQ_del_dec_struct  *psDD;
626
627     inv_gain_Q31 = silk_INVERSE32_varQ( silk_max( Gains_Q16[ subfr ], 1 ), 47 );
628     lag          = pitchL[ subfr ];
629
630     /* Calculate gain adjustment factor */
631     if( inv_gain_Q31 != NSQ->prev_inv_gain_Q31 ) {
632         gain_adj_Q16 =  silk_DIV32_varQ( inv_gain_Q31, NSQ->prev_inv_gain_Q31, 16 );
633     } else {
634         gain_adj_Q16 = 1 << 16;
635     }
636
637     /* Scale input */
638     inv_gain_Q23 = silk_RSHIFT_ROUND( inv_gain_Q31, 8 );
639     for( i = 0; i < psEncC->subfr_length; i++ ) {
640         x_sc_Q10[ i ] = silk_SMULWW( x_Q3[ i ], inv_gain_Q23 );
641     }
642
643     /* Save inverse gain */
644     silk_assert( inv_gain_Q31 != 0 );
645     NSQ->prev_inv_gain_Q31 = inv_gain_Q31;
646
647     /* After rewhitening the LTP state is un-scaled, so scale with inv_gain_Q16 */
648     if( NSQ->rewhite_flag ) {
649         if( subfr == 0 ) {
650             /* Do LTP downscaling */
651             inv_gain_Q31 = silk_LSHIFT( silk_SMULWB( inv_gain_Q31, LTP_scale_Q14 ), 2 );
652         }
653         for( i = NSQ->sLTP_buf_idx - lag - LTP_ORDER / 2; i < NSQ->sLTP_buf_idx; i++ ) {
654             silk_assert( i < MAX_FRAME_LENGTH );
655             sLTP_Q15[ i ] = silk_SMULWB( inv_gain_Q31, sLTP[ i ] );
656         }
657     }
658
659     /* Adjust for changing gain */
660     if( gain_adj_Q16 != 1 << 16 ) {
661         /* Scale long-term shaping state */
662         for( i = NSQ->sLTP_shp_buf_idx - psEncC->ltp_mem_length; i < NSQ->sLTP_shp_buf_idx; i++ ) {
663             NSQ->sLTP_shp_Q10[ i ] = silk_SMULWW( gain_adj_Q16, NSQ->sLTP_shp_Q10[ i ] );
664         }
665
666         /* Scale long-term prediction state */
667         if( signal_type == TYPE_VOICED && NSQ->rewhite_flag == 0 ) {
668             for( i = NSQ->sLTP_buf_idx - lag - LTP_ORDER / 2; i < NSQ->sLTP_buf_idx - decisionDelay; i++ ) {
669                 sLTP_Q15[ i ] = silk_SMULWW( gain_adj_Q16, sLTP_Q15[ i ] );
670             }
671         }
672
673         for( k = 0; k < nStatesDelayedDecision; k++ ) {
674             psDD = &psDelDec[ k ];
675
676             /* Scale scalar states */
677             psDD->LF_AR_Q12 = silk_SMULWW( gain_adj_Q16, psDD->LF_AR_Q12 );
678
679             /* Scale short-term prediction and shaping states */
680             for( i = 0; i < NSQ_LPC_BUF_LENGTH; i++ ) {
681                 psDD->sLPC_Q14[ i ] = silk_SMULWW( gain_adj_Q16, psDD->sLPC_Q14[ i ] );
682             }
683             for( i = 0; i < MAX_SHAPE_LPC_ORDER; i++ ) {
684                 psDD->sAR2_Q14[ i ] = silk_SMULWW( gain_adj_Q16, psDD->sAR2_Q14[ i ] );
685             }
686             for( i = 0; i < DECISION_DELAY; i++ ) {
687                 psDD->Pred_Q16[  i ] = silk_SMULWW( gain_adj_Q16, psDD->Pred_Q16[  i ] );
688                 psDD->Shape_Q10[ i ] = silk_SMULWW( gain_adj_Q16, psDD->Shape_Q10[ i ] );
689             }
690         }
691     }
692 }