git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/g723_1.c

   1 /*
   2  * G.723.1 compatible decoder
   3  * Copyright (c) 2006 Benjamin Larsson
   4  * Copyright (c) 2010 Mohamed Naufal Basheer
   5  *
   6  * This file is part of Libav.
   7  *
   8  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  10  * License as published by the Free Software Foundation; either
  11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * Lesser General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  19  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  21  */
  22
  23 /**
  24  * @file
  25  * G.723.1 compatible decoder
  26  */
  27
  28 #define BITSTREAM_READER_LE
  29 #include "libavutil/audioconvert.h"
  30 #include "libavutil/lzo.h"
  31 #include "libavutil/opt.h"
  32 #include "avcodec.h"
  33 #include "get_bits.h"
  34 #include "acelp_vectors.h"
  35 #include "celp_filters.h"
  36 #include "g723_1_data.h"
  37
  38 /**
  39  * G723.1 frame types
  40  */
  41 enum FrameType {
  42     ACTIVE_FRAME,        ///< Active speech
  43     SID_FRAME,           ///< Silence Insertion Descriptor frame
  44     UNTRANSMITTED_FRAME
  45 };
  46
  47 enum Rate {
  48     RATE_6300,
  49     RATE_5300
  50 };
  51
  52 /**
  53  * G723.1 unpacked data subframe
  54  */
  55 typedef struct {
  56     int ad_cb_lag;     ///< adaptive codebook lag
  57     int ad_cb_gain;
  58     int dirac_train;
  59     int pulse_sign;
  60     int grid_index;
  61     int amp_index;
  62     int pulse_pos;
  63 } G723_1_Subframe;
  64
  65 /**
  66  * Pitch postfilter parameters
  67  */
  68 typedef struct {
  69     int     index;    ///< postfilter backward/forward lag
  70     int16_t opt_gain; ///< optimal gain
  71     int16_t sc_gain;  ///< scaling gain
  72 } PPFParam;
  73
  74 typedef struct g723_1_context {
  75     AVClass *class;
  76     AVFrame frame;
  77
  78     G723_1_Subframe subframe[4];
  79     enum FrameType cur_frame_type;
  80     enum FrameType past_frame_type;
  81     enum Rate cur_rate;
  82     uint8_t lsp_index[LSP_BANDS];
  83     int pitch_lag[2];
  84     int erased_frames;
  85
  86     int16_t prev_lsp[LPC_ORDER];
  87     int16_t prev_excitation[PITCH_MAX];
  88     int16_t excitation[PITCH_MAX + FRAME_LEN + 4];
  89     int16_t synth_mem[LPC_ORDER];
  90     int16_t fir_mem[LPC_ORDER];
  91     int     iir_mem[LPC_ORDER];
  92
  93     int random_seed;
  94     int interp_index;
  95     int interp_gain;
  96     int sid_gain;
  97     int cur_gain;
  98     int reflection_coef;
  99     int pf_gain;
 100     int postfilter;
 101
 102     int16_t audio[FRAME_LEN + LPC_ORDER + PITCH_MAX];
 103 } G723_1_Context;
 104
 105 static av_cold int g723_1_decode_init(AVCodecContext *avctx)
 106 {
 107     G723_1_Context *p = avctx->priv_data;
 108
 109     avctx->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_MONO;
 110     avctx->sample_fmt     = AV_SAMPLE_FMT_S16;
 111     avctx->channels       = 1;
 112     avctx->sample_rate    = 8000;
 113     p->pf_gain            = 1 << 12;
 114
 115     avcodec_get_frame_defaults(&p->frame);
 116     avctx->coded_frame    = &p->frame;
 117
 118     memcpy(p->prev_lsp, dc_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
 119
 120     return 0;
 121 }
 122
 123 /**
 124  * Unpack the frame into parameters.
 125  *
 126  * @param p           the context
 127  * @param buf         pointer to the input buffer
 128  * @param buf_size    size of the input buffer
 129  */
 130 static int unpack_bitstream(G723_1_Context *p, const uint8_t *buf,
 131                             int buf_size)
 132 {
 133     GetBitContext gb;
 134     int ad_cb_len;
 135     int temp, info_bits, i;
 136
 137     init_get_bits(&gb, buf, buf_size * 8);
 138
 139     /* Extract frame type and rate info */
 140     info_bits = get_bits(&gb, 2);
 141
 142     if (info_bits == 3) {
 143         p->cur_frame_type = UNTRANSMITTED_FRAME;
 144         return 0;
 145     }
 146
 147     /* Extract 24 bit lsp indices, 8 bit for each band */
 148     p->lsp_index[2] = get_bits(&gb, 8);
 149     p->lsp_index[1] = get_bits(&gb, 8);
 150     p->lsp_index[0] = get_bits(&gb, 8);
 151
 152     if (info_bits == 2) {
 153         p->cur_frame_type = SID_FRAME;
 154         p->subframe[0].amp_index = get_bits(&gb, 6);
 155         return 0;
 156     }
 157
 158     /* Extract the info common to both rates */
 159     p->cur_rate       = info_bits ? RATE_5300 : RATE_6300;
 160     p->cur_frame_type = ACTIVE_FRAME;
 161
 162     p->pitch_lag[0] = get_bits(&gb, 7);
 163     if (p->pitch_lag[0] > 123)       /* test if forbidden code */
 164         return -1;
 165     p->pitch_lag[0] += PITCH_MIN;
 166     p->subframe[1].ad_cb_lag = get_bits(&gb, 2);
 167
 168     p->pitch_lag[1] = get_bits(&gb, 7);
 169     if (p->pitch_lag[1] > 123)
 170         return -1;
 171     p->pitch_lag[1] += PITCH_MIN;
 172     p->subframe[3].ad_cb_lag = get_bits(&gb, 2);
 173     p->subframe[0].ad_cb_lag = 1;
 174     p->subframe[2].ad_cb_lag = 1;
 175
 176     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 177         /* Extract combined gain */
 178         temp = get_bits(&gb, 12);
 179         ad_cb_len = 170;
 180         p->subframe[i].dirac_train = 0;
 181         if (p->cur_rate == RATE_6300 && p->pitch_lag[i >> 1] < SUBFRAME_LEN - 2) {
 182             p->subframe[i].dirac_train = temp >> 11;
 183             temp &= 0x7FF;
 184             ad_cb_len = 85;
 185         }
 186         p->subframe[i].ad_cb_gain = FASTDIV(temp, GAIN_LEVELS);
 187         if (p->subframe[i].ad_cb_gain < ad_cb_len) {
 188             p->subframe[i].amp_index = temp - p->subframe[i].ad_cb_gain *
 189                                        GAIN_LEVELS;
 190         } else {
 191             return -1;
 192         }
 193     }
 194
 195     p->subframe[0].grid_index = get_bits(&gb, 1);
 196     p->subframe[1].grid_index = get_bits(&gb, 1);
 197     p->subframe[2].grid_index = get_bits(&gb, 1);
 198     p->subframe[3].grid_index = get_bits(&gb, 1);
 199
 200     if (p->cur_rate == RATE_6300) {
 201         skip_bits(&gb, 1);  /* skip reserved bit */
 202
 203         /* Compute pulse_pos index using the 13-bit combined position index */
 204         temp = get_bits(&gb, 13);
 205         p->subframe[0].pulse_pos = temp / 810;
 206
 207         temp -= p->subframe[0].pulse_pos * 810;
 208         p->subframe[1].pulse_pos = FASTDIV(temp, 90);
 209
 210         temp -= p->subframe[1].pulse_pos * 90;
 211         p->subframe[2].pulse_pos = FASTDIV(temp, 9);
 212         p->subframe[3].pulse_pos = temp - p->subframe[2].pulse_pos * 9;
 213
 214         p->subframe[0].pulse_pos = (p->subframe[0].pulse_pos << 16) +
 215                                    get_bits(&gb, 16);
 216         p->subframe[1].pulse_pos = (p->subframe[1].pulse_pos << 14) +
 217                                    get_bits(&gb, 14);
 218         p->subframe[2].pulse_pos = (p->subframe[2].pulse_pos << 16) +
 219                                    get_bits(&gb, 16);
 220         p->subframe[3].pulse_pos = (p->subframe[3].pulse_pos << 14) +
 221                                    get_bits(&gb, 14);
 222
 223         p->subframe[0].pulse_sign = get_bits(&gb, 6);
 224         p->subframe[1].pulse_sign = get_bits(&gb, 5);
 225         p->subframe[2].pulse_sign = get_bits(&gb, 6);
 226         p->subframe[3].pulse_sign = get_bits(&gb, 5);
 227     } else { /* 5300 bps */
 228         p->subframe[0].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 229         p->subframe[1].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 230         p->subframe[2].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 231         p->subframe[3].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 232
 233         p->subframe[0].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 234         p->subframe[1].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 235         p->subframe[2].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 236         p->subframe[3].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 237     }
 238
 239     return 0;
 240 }
 241
 242 /**
 243  * Bitexact implementation of sqrt(val/2).
 244  */
 245 static int16_t square_root(int val)
 246 {
 247     int16_t res = 0;
 248     int16_t exp = 0x4000;
 249     int i;
 250
 251     for (i = 0; i < 14; i ++) {
 252         int res_exp = res + exp;
 253         if (val >= res_exp * res_exp << 1)
 254             res += exp;
 255         exp >>= 1;
 256     }
 257     return res;
 258 }
 259
 260 /**
 261  * Calculate the number of left-shifts required for normalizing the input.
 262  *
 263  * @param num   input number
 264  * @param width width of the input, 16 bits(0) / 32 bits(1)
 265  */
 266 static int normalize_bits(int num, int width)
 267 {
 268     return width - av_log2(num) - 1;
 269 }
 270
 271 /**
 272  * Scale vector contents based on the largest of their absolutes.
 273  */
 274 static int scale_vector(int16_t *dst, const int16_t *vector, int length)
 275 {
 276     int bits, max = 0;
 277     int i;
 278
 279
 280     for (i = 0; i < length; i++)
 281         max |= FFABS(vector[i]);
 282
 283     max   = FFMIN(max, 0x7FFF);
 284     bits  = normalize_bits(max, 15);
 285
 286     for (i = 0; i < length; i++)
 287         dst[i] = vector[i] << bits >> 3;
 288
 289     return bits - 3;
 290 }
 291
 292 /**
 293  * Perform inverse quantization of LSP frequencies.
 294  *
 295  * @param cur_lsp    the current LSP vector
 296  * @param prev_lsp   the previous LSP vector
 297  * @param lsp_index  VQ indices
 298  * @param bad_frame  bad frame flag
 299  */
 300 static void inverse_quant(int16_t *cur_lsp, int16_t *prev_lsp,
 301                           uint8_t *lsp_index, int bad_frame)
 302 {
 303     int min_dist, pred;
 304     int i, j, temp, stable;
 305
 306     /* Check for frame erasure */
 307     if (!bad_frame) {
 308         min_dist     = 0x100;
 309         pred         = 12288;
 310     } else {
 311         min_dist     = 0x200;
 312         pred         = 23552;
 313         lsp_index[0] = lsp_index[1] = lsp_index[2] = 0;
 314     }
 315
 316     /* Get the VQ table entry corresponding to the transmitted index */
 317     cur_lsp[0] = lsp_band0[lsp_index[0]][0];
 318     cur_lsp[1] = lsp_band0[lsp_index[0]][1];
 319     cur_lsp[2] = lsp_band0[lsp_index[0]][2];
 320     cur_lsp[3] = lsp_band1[lsp_index[1]][0];
 321     cur_lsp[4] = lsp_band1[lsp_index[1]][1];
 322     cur_lsp[5] = lsp_band1[lsp_index[1]][2];
 323     cur_lsp[6] = lsp_band2[lsp_index[2]][0];
 324     cur_lsp[7] = lsp_band2[lsp_index[2]][1];
 325     cur_lsp[8] = lsp_band2[lsp_index[2]][2];
 326     cur_lsp[9] = lsp_band2[lsp_index[2]][3];
 327
 328     /* Add predicted vector & DC component to the previously quantized vector */
 329     for (i = 0; i < LPC_ORDER; i++) {
 330         temp        = ((prev_lsp[i] - dc_lsp[i]) * pred + (1 << 14)) >> 15;
 331         cur_lsp[i] += dc_lsp[i] + temp;
 332     }
 333
 334     for (i = 0; i < LPC_ORDER; i++) {
 335         cur_lsp[0]             = FFMAX(cur_lsp[0],  0x180);
 336         cur_lsp[LPC_ORDER - 1] = FFMIN(cur_lsp[LPC_ORDER - 1], 0x7e00);
 337
 338         /* Stability check */
 339         for (j = 1; j < LPC_ORDER; j++) {
 340             temp = min_dist + cur_lsp[j - 1] - cur_lsp[j];
 341             if (temp > 0) {
 342                 temp >>= 1;
 343                 cur_lsp[j - 1] -= temp;
 344                 cur_lsp[j]     += temp;
 345             }
 346         }
 347         stable = 1;
 348         for (j = 1; j < LPC_ORDER; j++) {
 349             temp = cur_lsp[j - 1] + min_dist - cur_lsp[j] - 4;
 350             if (temp > 0) {
 351                 stable = 0;
 352                 break;
 353             }
 354         }
 355         if (stable)
 356             break;
 357     }
 358     if (!stable)
 359         memcpy(cur_lsp, prev_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*cur_lsp));
 360 }
 361
 362 /**
 363  * Bitexact implementation of 2ab scaled by 1/2^16.
 364  *
 365  * @param a 32 bit multiplicand
 366  * @param b 16 bit multiplier
 367  */
 368 #define MULL2(a, b) \
 369         ((((a) >> 16) * (b) << 1) + (((a) & 0xffff) * (b) >> 15))
 370
 371 /**
 372  * Convert LSP frequencies to LPC coefficients.
 373  *
 374  * @param lpc buffer for LPC coefficients
 375  */
 376 static void lsp2lpc(int16_t *lpc)
 377 {
 378     int f1[LPC_ORDER / 2 + 1];
 379     int f2[LPC_ORDER / 2 + 1];
 380     int i, j;
 381
 382     /* Calculate negative cosine */
 383     for (j = 0; j < LPC_ORDER; j++) {
 384         int index     = lpc[j] >> 7;
 385         int offset    = lpc[j] & 0x7f;
 386         int temp1     = cos_tab[index] << 16;
 387         int temp2     = (cos_tab[index + 1] - cos_tab[index]) *
 388                           ((offset << 8) + 0x80) << 1;
 389
 390         lpc[j] = -(av_sat_dadd32(1 << 15, temp1 + temp2) >> 16);
 391     }
 392
 393     /*
 394      * Compute sum and difference polynomial coefficients
 395      * (bitexact alternative to lsp2poly() in lsp.c)
 396      */
 397     /* Initialize with values in Q28 */
 398     f1[0] = 1 << 28;
 399     f1[1] = (lpc[0] << 14) + (lpc[2] << 14);
 400     f1[2] = lpc[0] * lpc[2] + (2 << 28);
 401
 402     f2[0] = 1 << 28;
 403     f2[1] = (lpc[1] << 14) + (lpc[3] << 14);
 404     f2[2] = lpc[1] * lpc[3] + (2 << 28);
 405
 406     /*
 407      * Calculate and scale the coefficients by 1/2 in
 408      * each iteration for a final scaling factor of Q25
 409      */
 410     for (i = 2; i < LPC_ORDER / 2; i++) {
 411         f1[i + 1] = f1[i - 1] + MULL2(f1[i], lpc[2 * i]);
 412         f2[i + 1] = f2[i - 1] + MULL2(f2[i], lpc[2 * i + 1]);
 413
 414         for (j = i; j >= 2; j--) {
 415             f1[j] = MULL2(f1[j - 1], lpc[2 * i]) +
 416                     (f1[j] >> 1) + (f1[j - 2] >> 1);
 417             f2[j] = MULL2(f2[j - 1], lpc[2 * i + 1]) +
 418                     (f2[j] >> 1) + (f2[j - 2] >> 1);
 419         }
 420
 421         f1[0] >>= 1;
 422         f2[0] >>= 1;
 423         f1[1] = ((lpc[2 * i]     << 16 >> i) + f1[1]) >> 1;
 424         f2[1] = ((lpc[2 * i + 1] << 16 >> i) + f2[1]) >> 1;
 425     }
 426
 427     /* Convert polynomial coefficients to LPC coefficients */
 428     for (i = 0; i < LPC_ORDER / 2; i++) {
 429         int64_t ff1 = f1[i + 1] + f1[i];
 430         int64_t ff2 = f2[i + 1] - f2[i];
 431
 432         lpc[i] = av_clipl_int32(((ff1 + ff2) << 3) + (1 << 15)) >> 16;
 433         lpc[LPC_ORDER - i - 1] = av_clipl_int32(((ff1 - ff2) << 3) +
 434                                                 (1 << 15)) >> 16;
 435     }
 436 }
 437
 438 /**
 439  * Quantize LSP frequencies by interpolation and convert them to
 440  * the corresponding LPC coefficients.
 441  *
 442  * @param lpc      buffer for LPC coefficients
 443  * @param cur_lsp  the current LSP vector
 444  * @param prev_lsp the previous LSP vector
 445  */
 446 static void lsp_interpolate(int16_t *lpc, int16_t *cur_lsp, int16_t *prev_lsp)
 447 {
 448     int i;
 449     int16_t *lpc_ptr = lpc;
 450
 451     /* cur_lsp * 0.25 + prev_lsp * 0.75 */
 452     ff_acelp_weighted_vector_sum(lpc, cur_lsp, prev_lsp,
 453                                  4096, 12288, 1 << 13, 14, LPC_ORDER);
 454     ff_acelp_weighted_vector_sum(lpc + LPC_ORDER, cur_lsp, prev_lsp,
 455                                  8192, 8192, 1 << 13, 14, LPC_ORDER);
 456     ff_acelp_weighted_vector_sum(lpc + 2 * LPC_ORDER, cur_lsp, prev_lsp,
 457                                  12288, 4096, 1 << 13, 14, LPC_ORDER);
 458     memcpy(lpc + 3 * LPC_ORDER, cur_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*lpc));
 459
 460     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 461         lsp2lpc(lpc_ptr);
 462         lpc_ptr += LPC_ORDER;
 463     }
 464 }
 465
 466 /**
 467  * Generate a train of dirac functions with period as pitch lag.
 468  */
 469 static void gen_dirac_train(int16_t *buf, int pitch_lag)
 470 {
 471     int16_t vector[SUBFRAME_LEN];
 472     int i, j;
 473
 474     memcpy(vector, buf, SUBFRAME_LEN * sizeof(*vector));
 475     for (i = pitch_lag; i < SUBFRAME_LEN; i += pitch_lag) {
 476         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN - i; j++)
 477             buf[i + j] += vector[j];
 478     }
 479 }
 480
 481 /**
 482  * Generate fixed codebook excitation vector.
 483  *
 484  * @param vector    decoded excitation vector
 485  * @param subfrm    current subframe
 486  * @param cur_rate  current bitrate
 487  * @param pitch_lag closed loop pitch lag
 488  * @param index     current subframe index
 489  */
 490 static void gen_fcb_excitation(int16_t *vector, G723_1_Subframe *subfrm,
 491                                enum Rate cur_rate, int pitch_lag, int index)
 492 {
 493     int temp, i, j;
 494
 495     memset(vector, 0, SUBFRAME_LEN * sizeof(*vector));
 496
 497     if (cur_rate == RATE_6300) {
 498         if (subfrm->pulse_pos >= max_pos[index])
 499             return;
 500
 501         /* Decode amplitudes and positions */
 502         j = PULSE_MAX - pulses[index];
 503         temp = subfrm->pulse_pos;
 504         for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN / GRID_SIZE; i++) {
 505             temp -= combinatorial_table[j][i];
 506             if (temp >= 0)
 507                 continue;
 508             temp += combinatorial_table[j++][i];
 509             if (subfrm->pulse_sign & (1 << (PULSE_MAX - j))) {
 510                 vector[subfrm->grid_index + GRID_SIZE * i] =
 511                                         -fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 512             } else {
 513                 vector[subfrm->grid_index + GRID_SIZE * i] =
 514                                          fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 515             }
 516             if (j == PULSE_MAX)
 517                 break;
 518         }
 519         if (subfrm->dirac_train == 1)
 520             gen_dirac_train(vector, pitch_lag);
 521     } else { /* 5300 bps */
 522         int cb_gain  = fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 523         int cb_shift = subfrm->grid_index;
 524         int cb_sign  = subfrm->pulse_sign;
 525         int cb_pos   = subfrm->pulse_pos;
 526         int offset, beta, lag;
 527
 528         for (i = 0; i < 8; i += 2) {
 529             offset         = ((cb_pos & 7) << 3) + cb_shift + i;
 530             vector[offset] = (cb_sign & 1) ? cb_gain : -cb_gain;
 531             cb_pos  >>= 3;
 532             cb_sign >>= 1;
 533         }
 534
 535         /* Enhance harmonic components */
 536         lag  = pitch_contrib[subfrm->ad_cb_gain << 1] + pitch_lag +
 537                subfrm->ad_cb_lag - 1;
 538         beta = pitch_contrib[(subfrm->ad_cb_gain << 1) + 1];
 539
 540         if (lag < SUBFRAME_LEN - 2) {
 541             for (i = lag; i < SUBFRAME_LEN; i++)
 542                 vector[i] += beta * vector[i - lag] >> 15;
 543         }
 544     }
 545 }
 546
 547 /**
 548  * Get delayed contribution from the previous excitation vector.
 549  */
 550 static void get_residual(int16_t *residual, int16_t *prev_excitation, int lag)
 551 {
 552     int offset = PITCH_MAX - PITCH_ORDER / 2 - lag;
 553     int i;
 554
 555     residual[0] = prev_excitation[offset];
 556     residual[1] = prev_excitation[offset + 1];
 557
 558     offset += 2;
 559     for (i = 2; i < SUBFRAME_LEN + PITCH_ORDER - 1; i++)
 560         residual[i] = prev_excitation[offset + (i - 2) % lag];
 561 }
 562
 563 static int dot_product(const int16_t *a, const int16_t *b, int length)
 564 {
 565     int i, sum = 0;
 566
 567     for (i = 0; i < length; i++) {
 568         int prod = a[i] * b[i];
 569         sum = av_sat_dadd32(sum, prod);
 570     }
 571     return sum;
 572 }
 573
 574 /**
 575  * Generate adaptive codebook excitation.
 576  */
 577 static void gen_acb_excitation(int16_t *vector, int16_t *prev_excitation,
 578                                int pitch_lag, G723_1_Subframe *subfrm,
 579                                enum Rate cur_rate)
 580 {
 581     int16_t residual[SUBFRAME_LEN + PITCH_ORDER - 1];
 582     const int16_t *cb_ptr;
 583     int lag = pitch_lag + subfrm->ad_cb_lag - 1;
 584
 585     int i;
 586     int sum;
 587
 588     get_residual(residual, prev_excitation, lag);
 589
 590     /* Select quantization table */
 591     if (cur_rate == RATE_6300 && pitch_lag < SUBFRAME_LEN - 2)
 592         cb_ptr = adaptive_cb_gain85;
 593     else
 594         cb_ptr = adaptive_cb_gain170;
 595
 596     /* Calculate adaptive vector */
 597     cb_ptr += subfrm->ad_cb_gain * 20;
 598     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
 599         sum = dot_product(residual + i, cb_ptr, PITCH_ORDER);
 600         vector[i] = av_sat_dadd32(1 << 15, sum) >> 16;
 601     }
 602 }
 603
 604 /**
 605  * Estimate maximum auto-correlation around pitch lag.
 606  *
 607  * @param buf       buffer with offset applied
 608  * @param offset    offset of the excitation vector
 609  * @param ccr_max   pointer to the maximum auto-correlation
 610  * @param pitch_lag decoded pitch lag
 611  * @param length    length of autocorrelation
 612  * @param dir       forward lag(1) / backward lag(-1)
 613  */
 614 static int autocorr_max(const int16_t *buf, int offset, int *ccr_max,
 615                         int pitch_lag, int length, int dir)
 616 {
 617     int limit, ccr, lag = 0;
 618     int i;
 619
 620     pitch_lag = FFMIN(PITCH_MAX - 3, pitch_lag);
 621     if (dir > 0)
 622         limit = FFMIN(FRAME_LEN + PITCH_MAX - offset - length, pitch_lag + 3);
 623     else
 624         limit = pitch_lag + 3;
 625
 626     for (i = pitch_lag - 3; i <= limit; i++) {
 627         ccr = dot_product(buf, buf + dir * i, length);
 628
 629         if (ccr > *ccr_max) {
 630             *ccr_max = ccr;
 631             lag = i;
 632         }
 633     }
 634     return lag;
 635 }
 636
 637 /**
 638  * Calculate pitch postfilter optimal and scaling gains.
 639  *
 640  * @param lag      pitch postfilter forward/backward lag
 641  * @param ppf      pitch postfilter parameters
 642  * @param cur_rate current bitrate
 643  * @param tgt_eng  target energy
 644  * @param ccr      cross-correlation
 645  * @param res_eng  residual energy
 646  */
 647 static void comp_ppf_gains(int lag, PPFParam *ppf, enum Rate cur_rate,
 648                            int tgt_eng, int ccr, int res_eng)
 649 {
 650     int pf_residual;     /* square of postfiltered residual */
 651     int temp1, temp2;
 652
 653     ppf->index = lag;
 654
 655     temp1 = tgt_eng * res_eng >> 1;
 656     temp2 = ccr * ccr << 1;
 657
 658     if (temp2 > temp1) {
 659         if (ccr >= res_eng) {
 660             ppf->opt_gain = ppf_gain_weight[cur_rate];
 661         } else {
 662             ppf->opt_gain = (ccr << 15) / res_eng *
 663                             ppf_gain_weight[cur_rate] >> 15;
 664         }
 665         /* pf_res^2 = tgt_eng + 2*ccr*gain + res_eng*gain^2 */
 666         temp1       = (tgt_eng << 15) + (ccr * ppf->opt_gain << 1);
 667         temp2       = (ppf->opt_gain * ppf->opt_gain >> 15) * res_eng;
 668         pf_residual = av_sat_add32(temp1, temp2 + (1 << 15)) >> 16;
 669
 670         if (tgt_eng >= pf_residual << 1) {
 671             temp1 = 0x7fff;
 672         } else {
 673             temp1 = (tgt_eng << 14) / pf_residual;
 674         }
 675
 676         /* scaling_gain = sqrt(tgt_eng/pf_res^2) */
 677         ppf->sc_gain = square_root(temp1 << 16);
 678     } else {
 679         ppf->opt_gain = 0;
 680         ppf->sc_gain  = 0x7fff;
 681     }
 682
 683     ppf->opt_gain = av_clip_int16(ppf->opt_gain * ppf->sc_gain >> 15);
 684 }
 685
 686 /**
 687  * Calculate pitch postfilter parameters.
 688  *
 689  * @param p         the context
 690  * @param offset    offset of the excitation vector
 691  * @param pitch_lag decoded pitch lag
 692  * @param ppf       pitch postfilter parameters
 693  * @param cur_rate  current bitrate
 694  */
 695 static void comp_ppf_coeff(G723_1_Context *p, int offset, int pitch_lag,
 696                            PPFParam *ppf, enum Rate cur_rate)
 697 {
 698
 699     int16_t scale;
 700     int i;
 701     int temp1, temp2;
 702
 703     /*
 704      * 0 - target energy
 705      * 1 - forward cross-correlation
 706      * 2 - forward residual energy
 707      * 3 - backward cross-correlation
 708      * 4 - backward residual energy
 709      */
 710     int energy[5] = {0, 0, 0, 0, 0};
 711     int16_t *buf  = p->audio + LPC_ORDER + offset;
 712     int fwd_lag   = autocorr_max(buf, offset, &energy[1], pitch_lag,
 713                                  SUBFRAME_LEN, 1);
 714     int back_lag  = autocorr_max(buf, offset, &energy[3], pitch_lag,
 715                                  SUBFRAME_LEN, -1);
 716
 717     ppf->index    = 0;
 718     ppf->opt_gain = 0;
 719     ppf->sc_gain  = 0x7fff;
 720
 721     /* Case 0, Section 3.6 */
 722     if (!back_lag && !fwd_lag)
 723         return;
 724
 725     /* Compute target energy */
 726     energy[0] = dot_product(buf, buf, SUBFRAME_LEN);
 727
 728     /* Compute forward residual energy */
 729     if (fwd_lag)
 730         energy[2] = dot_product(buf + fwd_lag, buf + fwd_lag, SUBFRAME_LEN);
 731
 732     /* Compute backward residual energy */
 733     if (back_lag)
 734         energy[4] = dot_product(buf - back_lag, buf - back_lag, SUBFRAME_LEN);
 735
 736     /* Normalize and shorten */
 737     temp1 = 0;
 738     for (i = 0; i < 5; i++)
 739         temp1 = FFMAX(energy[i], temp1);
 740
 741     scale = normalize_bits(temp1, 31);
 742     for (i = 0; i < 5; i++)
 743         energy[i] = (energy[i] << scale) >> 16;
 744
 745     if (fwd_lag && !back_lag) {  /* Case 1 */
 746         comp_ppf_gains(fwd_lag,  ppf, cur_rate, energy[0], energy[1],
 747                        energy[2]);
 748     } else if (!fwd_lag) {       /* Case 2 */
 749         comp_ppf_gains(-back_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[3],
 750                        energy[4]);
 751     } else {                     /* Case 3 */
 752
 753         /*
 754          * Select the largest of energy[1]^2/energy[2]
 755          * and energy[3]^2/energy[4]
 756          */
 757         temp1 = energy[4] * ((energy[1] * energy[1] + (1 << 14)) >> 15);
 758         temp2 = energy[2] * ((energy[3] * energy[3] + (1 << 14)) >> 15);
 759         if (temp1 >= temp2) {
 760             comp_ppf_gains(fwd_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[1],
 761                            energy[2]);
 762         } else {
 763             comp_ppf_gains(-back_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[3],
 764                            energy[4]);
 765         }
 766     }
 767 }
 768
 769 /**
 770  * Classify frames as voiced/unvoiced.
 771  *
 772  * @param p         the context
 773  * @param pitch_lag decoded pitch_lag
 774  * @param exc_eng   excitation energy estimation
 775  * @param scale     scaling factor of exc_eng
 776  *
 777  * @return residual interpolation index if voiced, 0 otherwise
 778  */
 779 static int comp_interp_index(G723_1_Context *p, int pitch_lag,
 780                              int *exc_eng, int *scale)
 781 {
 782     int offset = PITCH_MAX + 2 * SUBFRAME_LEN;
 783     int16_t *buf = p->audio + LPC_ORDER;
 784
 785     int index, ccr, tgt_eng, best_eng, temp;
 786
 787     *scale = scale_vector(buf, p->excitation, FRAME_LEN + PITCH_MAX);
 788     buf   += offset;
 789
 790     /* Compute maximum backward cross-correlation */
 791     ccr   = 0;
 792     index = autocorr_max(buf, offset, &ccr, pitch_lag, SUBFRAME_LEN * 2, -1);
 793     ccr   = av_sat_add32(ccr, 1 << 15) >> 16;
 794
 795     /* Compute target energy */
 796     tgt_eng  = dot_product(buf, buf, SUBFRAME_LEN * 2);
 797     *exc_eng = av_sat_add32(tgt_eng, 1 << 15) >> 16;
 798
 799     if (ccr <= 0)
 800         return 0;
 801
 802     /* Compute best energy */
 803     best_eng = dot_product(buf - index, buf - index, SUBFRAME_LEN * 2);
 804     best_eng = av_sat_add32(best_eng, 1 << 15) >> 16;
 805
 806     temp = best_eng * *exc_eng >> 3;
 807
 808     if (temp < ccr * ccr)
 809         return index;
 810     else
 811         return 0;
 812 }
 813
 814 /**
 815  * Peform residual interpolation based on frame classification.
 816  *
 817  * @param buf   decoded excitation vector
 818  * @param out   output vector
 819  * @param lag   decoded pitch lag
 820  * @param gain  interpolated gain
 821  * @param rseed seed for random number generator
 822  */
 823 static void residual_interp(int16_t *buf, int16_t *out, int lag,
 824                             int gain, int *rseed)
 825 {
 826     int i;
 827     if (lag) { /* Voiced */
 828         int16_t *vector_ptr = buf + PITCH_MAX;
 829         /* Attenuate */
 830         for (i = 0; i < lag; i++)
 831             out[i] = vector_ptr[i - lag] * 3 >> 2;
 832         av_memcpy_backptr((uint8_t*)(out + lag), lag * sizeof(*out),
 833                           (FRAME_LEN - lag) * sizeof(*out));
 834     } else {  /* Unvoiced */
 835         for (i = 0; i < FRAME_LEN; i++) {
 836             *rseed = *rseed * 521 + 259;
 837             out[i] = gain * *rseed >> 15;
 838         }
 839         memset(buf, 0, (FRAME_LEN + PITCH_MAX) * sizeof(*buf));
 840     }
 841 }
 842
 843 /**
 844  * Perform IIR filtering.
 845  *
 846  * @param fir_coef FIR coefficients
 847  * @param iir_coef IIR coefficients
 848  * @param src      source vector
 849  * @param dest     destination vector
 850  */
 851 static inline void iir_filter(int16_t *fir_coef, int16_t *iir_coef,
 852                               int16_t *src, int *dest)
 853 {
 854     int m, n;
 855
 856     for (m = 0; m < SUBFRAME_LEN; m++) {
 857         int64_t filter = 0;
 858         for (n = 1; n <= LPC_ORDER; n++) {
 859             filter -= fir_coef[n - 1] * src[m - n] -
 860                       iir_coef[n - 1] * (dest[m - n] >> 16);
 861         }
 862
 863         dest[m] = av_clipl_int32((src[m] << 16) + (filter << 3) + (1 << 15));
 864     }
 865 }
 866
 867 /**
 868  * Adjust gain of postfiltered signal.
 869  *
 870  * @param p      the context
 871  * @param buf    postfiltered output vector
 872  * @param energy input energy coefficient
 873  */
 874 static void gain_scale(G723_1_Context *p, int16_t * buf, int energy)
 875 {
 876     int num, denom, gain, bits1, bits2;
 877     int i;
 878
 879     num   = energy;
 880     denom = 0;
 881     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
 882         int temp = buf[i] >> 2;
 883         temp *= temp;
 884         denom = av_sat_dadd32(denom, temp);
 885     }
 886
 887     if (num && denom) {
 888         bits1   = normalize_bits(num,   31);
 889         bits2   = normalize_bits(denom, 31);
 890         num     = num << bits1 >> 1;
 891         denom <<= bits2;
 892
 893         bits2 = 5 + bits1 - bits2;
 894         bits2 = FFMAX(0, bits2);
 895
 896         gain = (num >> 1) / (denom >> 16);
 897         gain = square_root(gain << 16 >> bits2);
 898     } else {
 899         gain = 1 << 12;
 900     }
 901
 902     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
 903         p->pf_gain = (15 * p->pf_gain + gain + (1 << 3)) >> 4;
 904         buf[i]     = av_clip_int16((buf[i] * (p->pf_gain + (p->pf_gain >> 4)) +
 905                                    (1 << 10)) >> 11);
 906     }
 907 }
 908
 909 /**
 910  * Perform formant filtering.
 911  *
 912  * @param p   the context
 913  * @param lpc quantized lpc coefficients
 914  * @param buf input buffer
 915  * @param dst output buffer
 916  */
 917 static void formant_postfilter(G723_1_Context *p, int16_t *lpc,
 918                                int16_t *buf, int16_t *dst)
 919 {
 920     int16_t filter_coef[2][LPC_ORDER];
 921     int filter_signal[LPC_ORDER + FRAME_LEN], *signal_ptr;
 922     int i, j, k;
 923
 924     memcpy(buf, p->fir_mem, LPC_ORDER * sizeof(*buf));
 925     memcpy(filter_signal, p->iir_mem, LPC_ORDER * sizeof(*filter_signal));
 926
 927     for (i = LPC_ORDER, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++) {
 928         for (k = 0; k < LPC_ORDER; k++) {
 929             filter_coef[0][k] = (-lpc[k] * postfilter_tbl[0][k] +
 930                                  (1 << 14)) >> 15;
 931             filter_coef[1][k] = (-lpc[k] * postfilter_tbl[1][k] +
 932                                  (1 << 14)) >> 15;
 933         }
 934         iir_filter(filter_coef[0], filter_coef[1], buf + i,
 935                    filter_signal + i);
 936         lpc += LPC_ORDER;
 937     }
 938
 939     memcpy(p->fir_mem, buf + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(*p->fir_mem));
 940     memcpy(p->iir_mem, filter_signal + FRAME_LEN,
 941            LPC_ORDER * sizeof(*p->iir_mem));
 942
 943     buf += LPC_ORDER;
 944     signal_ptr = filter_signal + LPC_ORDER;
 945     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 946         int temp;
 947         int auto_corr[2];
 948         int scale, energy;
 949
 950         /* Normalize */
 951         scale = scale_vector(dst, buf, SUBFRAME_LEN);
 952
 953         /* Compute auto correlation coefficients */
 954         auto_corr[0] = dot_product(dst, dst + 1, SUBFRAME_LEN - 1);
 955         auto_corr[1] = dot_product(dst, dst,     SUBFRAME_LEN);
 956
 957         /* Compute reflection coefficient */
 958         temp = auto_corr[1] >> 16;
 959         if (temp) {
 960             temp = (auto_corr[0] >> 2) / temp;
 961         }
 962         p->reflection_coef = (3 * p->reflection_coef + temp + 2) >> 2;
 963         temp = -p->reflection_coef >> 1 & ~3;
 964
 965         /* Compensation filter */
 966         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN; j++) {
 967             dst[j] = av_sat_dadd32(signal_ptr[j],
 968                                    (signal_ptr[j - 1] >> 16) * temp) >> 16;
 969         }
 970
 971         /* Compute normalized signal energy */
 972         temp = 2 * scale + 4;
 973         if (temp < 0) {
 974             energy = av_clipl_int32((int64_t)auto_corr[1] << -temp);
 975         } else
 976             energy = auto_corr[1] >> temp;
 977
 978         gain_scale(p, dst, energy);
 979
 980         buf        += SUBFRAME_LEN;
 981         signal_ptr += SUBFRAME_LEN;
 982         dst        += SUBFRAME_LEN;
 983     }
 984 }
 985
 986 static int g723_1_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 987                                int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 988 {
 989     G723_1_Context *p  = avctx->priv_data;
 990     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 991     int buf_size       = avpkt->size;
 992     int dec_mode       = buf[0] & 3;
 993
 994     PPFParam ppf[SUBFRAMES];
 995     int16_t cur_lsp[LPC_ORDER];
 996     int16_t lpc[SUBFRAMES * LPC_ORDER];
 997     int16_t acb_vector[SUBFRAME_LEN];
 998     int16_t *out;
 999     int bad_frame = 0, i, j, ret;
1000     int16_t *audio = p->audio;
1001
1002     if (buf_size < frame_size[dec_mode]) {
1003         if (buf_size)
1004             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
1005                    "Expected %d bytes, got %d - skipping packet\n",
1006                    frame_size[dec_mode], buf_size);
1007         *got_frame_ptr = 0;
1008         return buf_size;
1009     }
1010
1011     if (unpack_bitstream(p, buf, buf_size) < 0) {
1012         bad_frame = 1;
1013         if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME)
1014             p->cur_frame_type = ACTIVE_FRAME;
1015         else
1016             p->cur_frame_type = UNTRANSMITTED_FRAME;
1017     }
1018
1019     p->frame.nb_samples = FRAME_LEN;
1020     if ((ret = avctx->get_buffer(avctx, &p->frame)) < 0) {
1021          av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
1022          return ret;
1023     }
1024
1025     out = (int16_t *)p->frame.data[0];
1026
1027     if (p->cur_frame_type == ACTIVE_FRAME) {
1028         if (!bad_frame)
1029             p->erased_frames = 0;
1030         else if (p->erased_frames != 3)
1031             p->erased_frames++;
1032
1033         inverse_quant(cur_lsp, p->prev_lsp, p->lsp_index, bad_frame);
1034         lsp_interpolate(lpc, cur_lsp, p->prev_lsp);
1035
1036         /* Save the lsp_vector for the next frame */
1037         memcpy(p->prev_lsp, cur_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
1038
1039         /* Generate the excitation for the frame */
1040         memcpy(p->excitation, p->prev_excitation,
1041                PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
1042         if (!p->erased_frames) {
1043             int16_t *vector_ptr = p->excitation + PITCH_MAX;
1044
1045             /* Update interpolation gain memory */
1046             p->interp_gain = fixed_cb_gain[(p->subframe[2].amp_index +
1047                                             p->subframe[3].amp_index) >> 1];
1048             for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
1049                 gen_fcb_excitation(vector_ptr, &p->subframe[i], p->cur_rate,
1050                                    p->pitch_lag[i >> 1], i);
1051                 gen_acb_excitation(acb_vector, &p->excitation[SUBFRAME_LEN * i],
1052                                    p->pitch_lag[i >> 1], &p->subframe[i],
1053                                    p->cur_rate);
1054                 /* Get the total excitation */
1055                 for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN; j++) {
1056                     int v = av_clip_int16(vector_ptr[j] << 1);
1057                     vector_ptr[j] = av_clip_int16(v + acb_vector[j]);
1058                 }
1059                 vector_ptr += SUBFRAME_LEN;
1060             }
1061
1062             vector_ptr = p->excitation + PITCH_MAX;
1063
1064             p->interp_index = comp_interp_index(p, p->pitch_lag[1],
1065                                                 &p->sid_gain, &p->cur_gain);
1066
1067             /* Peform pitch postfiltering */
1068             if (p->postfilter) {
1069                 i = PITCH_MAX;
1070                 for (j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
1071                     comp_ppf_coeff(p, i, p->pitch_lag[j >> 1],
1072                                    ppf + j, p->cur_rate);
1073
1074                 for (i = 0, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
1075                     ff_acelp_weighted_vector_sum(p->audio + LPC_ORDER + i,
1076                                                  vector_ptr + i,
1077                                                  vector_ptr + i + ppf[j].index,
1078                                                  ppf[j].sc_gain,
1079                                                  ppf[j].opt_gain,
1080                                                  1 << 14, 15, SUBFRAME_LEN);
1081             } else {
1082                 audio = vector_ptr - LPC_ORDER;
1083             }
1084
1085             /* Save the excitation for the next frame */
1086             memcpy(p->prev_excitation, p->excitation + FRAME_LEN,
1087                    PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
1088         } else {
1089             p->interp_gain = (p->interp_gain * 3 + 2) >> 2;
1090             if (p->erased_frames == 3) {
1091                 /* Mute output */
1092                 memset(p->excitation, 0,
1093                        (FRAME_LEN + PITCH_MAX) * sizeof(*p->excitation));
1094                 memset(p->prev_excitation, 0,
1095                        PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
1096                 memset(p->frame.data[0], 0,
1097                        (FRAME_LEN + LPC_ORDER) * sizeof(int16_t));
1098             } else {
1099                 int16_t *buf = p->audio + LPC_ORDER;
1100
1101                 /* Regenerate frame */
1102                 residual_interp(p->excitation, buf, p->interp_index,
1103                                 p->interp_gain, &p->random_seed);
1104
1105                 /* Save the excitation for the next frame */
1106                 memcpy(p->prev_excitation, buf + (FRAME_LEN - PITCH_MAX),
1107                        PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
1108             }
1109         }
1110     } else {
1111         memset(out, 0, FRAME_LEN * 2);
1112         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
1113                "G.723.1: Comfort noise generation not supported yet\n");
1114
1115         *got_frame_ptr   = 1;
1116         *(AVFrame *)data = p->frame;
1117         return frame_size[dec_mode];
1118     }
1119
1120     p->past_frame_type = p->cur_frame_type;
1121
1122     memcpy(p->audio, p->synth_mem, LPC_ORDER * sizeof(*p->audio));
1123     for (i = LPC_ORDER, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
1124         ff_celp_lp_synthesis_filter(p->audio + i, &lpc[j * LPC_ORDER],
1125                                     audio + i, SUBFRAME_LEN, LPC_ORDER,
1126                                     0, 1, 1 << 12);
1127     memcpy(p->synth_mem, p->audio + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(*p->audio));
1128
1129     if (p->postfilter) {
1130         formant_postfilter(p, lpc, p->audio, out);
1131     } else { // if output is not postfiltered it should be scaled by 2
1132         for (i = 0; i < FRAME_LEN; i++)
1133             out[i] = av_clip_int16(p->audio[LPC_ORDER + i] << 1);
1134     }
1135
1136     *got_frame_ptr   = 1;
1137     *(AVFrame *)data = p->frame;
1138
1139     return frame_size[dec_mode];
1140 }
1141
1142 #define OFFSET(x) offsetof(G723_1_Context, x)
1143 #define AD     AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM | AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM
1144
1145 static const AVOption options[] = {
1146     { "postfilter", "postfilter on/off", OFFSET(postfilter), AV_OPT_TYPE_INT,
1147       { 1 }, 0, 1, AD },
1148     { NULL }
1149 };
1150
1151
1152 static const AVClass g723_1dec_class = {
1153     .class_name = "G.723.1 decoder",
1154     .item_name  = av_default_item_name,
1155     .option     = options,
1156     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
1157 };
1158
1159 AVCodec ff_g723_1_decoder = {
1160     .name           = "g723_1",
1161     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1162     .id             = AV_CODEC_ID_G723_1,
1163     .priv_data_size = sizeof(G723_1_Context),
1164     .init           = g723_1_decode_init,
1165     .decode         = g723_1_decode_frame,
1166     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("G.723.1"),
1167     .capabilities   = CODEC_CAP_SUBFRAMES,
1168     .priv_class     = &g723_1dec_class,
1169 };