git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/g723_1dec.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 #include "libavutil/channel_layout.h"
  29 #include "libavutil/mem.h"
  30 #include "libavutil/opt.h"
  31
  32 #define BITSTREAM_READER_LE
  33 #include "acelp_vectors.h"
  34 #include "avcodec.h"
  35 #include "bitstream.h"
  36 #include "celp_filters.h"
  37 #include "internal.h"
  38 #include "g723_1.h"
  39
  40 #define CNG_RANDOM_SEED 12345
  41
  42 static av_cold int g723_1_decode_init(AVCodecContext *avctx)
  43 {
  44     G723_1_Context *p = avctx->priv_data;
  45
  46     avctx->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_MONO;
  47     avctx->sample_fmt     = AV_SAMPLE_FMT_S16;
  48     avctx->channels       = 1;
  49     avctx->sample_rate    = 8000;
  50     p->pf_gain            = 1 << 12;
  51
  52     memcpy(p->prev_lsp, dc_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
  53     memcpy(p->sid_lsp,  dc_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->sid_lsp));
  54
  55     p->cng_random_seed = CNG_RANDOM_SEED;
  56     p->past_frame_type = SID_FRAME;
  57
  58     return 0;
  59 }
  60
  61 /**
  62  * Unpack the frame into parameters.
  63  *
  64  * @param p           the context
  65  * @param buf         pointer to the input buffer
  66  * @param buf_size    size of the input buffer
  67  */
  68 static int unpack_bitstream(G723_1_Context *p, const uint8_t *buf,
  69                             int buf_size)
  70 {
  71     BitstreamContext bc;
  72     int ad_cb_len;
  73     int temp, info_bits, i;
  74
  75     bitstream_init(&bc, buf, buf_size * 8);
  76
  77     /* Extract frame type and rate info */
  78     info_bits = bitstream_read(&bc, 2);
  79
  80     if (info_bits == 3) {
  81         p->cur_frame_type = UNTRANSMITTED_FRAME;
  82         return 0;
  83     }
  84
  85     /* Extract 24 bit lsp indices, 8 bit for each band */
  86     p->lsp_index[2] = bitstream_read(&bc, 8);
  87     p->lsp_index[1] = bitstream_read(&bc, 8);
  88     p->lsp_index[0] = bitstream_read(&bc, 8);
  89
  90     if (info_bits == 2) {
  91         p->cur_frame_type = SID_FRAME;
  92         p->subframe[0].amp_index = bitstream_read(&bc, 6);
  93         return 0;
  94     }
  95
  96     /* Extract the info common to both rates */
  97     p->cur_rate       = info_bits ? RATE_5300 : RATE_6300;
  98     p->cur_frame_type = ACTIVE_FRAME;
  99
 100     p->pitch_lag[0] = bitstream_read(&bc, 7);
 101     if (p->pitch_lag[0] > 123)       /* test if forbidden code */
 102         return -1;
 103     p->pitch_lag[0] += PITCH_MIN;
 104     p->subframe[1].ad_cb_lag = bitstream_read(&bc, 2);
 105
 106     p->pitch_lag[1] = bitstream_read(&bc, 7);
 107     if (p->pitch_lag[1] > 123)
 108         return -1;
 109     p->pitch_lag[1] += PITCH_MIN;
 110     p->subframe[3].ad_cb_lag = bitstream_read(&bc, 2);
 111     p->subframe[0].ad_cb_lag = 1;
 112     p->subframe[2].ad_cb_lag = 1;
 113
 114     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 115         /* Extract combined gain */
 116         temp = bitstream_read(&bc, 12);
 117         ad_cb_len = 170;
 118         p->subframe[i].dirac_train = 0;
 119         if (p->cur_rate == RATE_6300 && p->pitch_lag[i >> 1] < SUBFRAME_LEN - 2) {
 120             p->subframe[i].dirac_train = temp >> 11;
 121             temp &= 0x7FF;
 122             ad_cb_len = 85;
 123         }
 124         p->subframe[i].ad_cb_gain = FASTDIV(temp, GAIN_LEVELS);
 125         if (p->subframe[i].ad_cb_gain < ad_cb_len) {
 126             p->subframe[i].amp_index = temp - p->subframe[i].ad_cb_gain *
 127                                        GAIN_LEVELS;
 128         } else {
 129             return -1;
 130         }
 131     }
 132
 133     p->subframe[0].grid_index = bitstream_read(&bc, 1);
 134     p->subframe[1].grid_index = bitstream_read(&bc, 1);
 135     p->subframe[2].grid_index = bitstream_read(&bc, 1);
 136     p->subframe[3].grid_index = bitstream_read(&bc, 1);
 137
 138     if (p->cur_rate == RATE_6300) {
 139         bitstream_skip(&bc, 1); /* skip reserved bit */
 140
 141         /* Compute pulse_pos index using the 13-bit combined position index */
 142         temp = bitstream_read(&bc, 13);
 143         p->subframe[0].pulse_pos = temp / 810;
 144
 145         temp -= p->subframe[0].pulse_pos * 810;
 146         p->subframe[1].pulse_pos = FASTDIV(temp, 90);
 147
 148         temp -= p->subframe[1].pulse_pos * 90;
 149         p->subframe[2].pulse_pos = FASTDIV(temp, 9);
 150         p->subframe[3].pulse_pos = temp - p->subframe[2].pulse_pos * 9;
 151
 152         p->subframe[0].pulse_pos = (p->subframe[0].pulse_pos << 16) +
 153                                    bitstream_read(&bc, 16);
 154         p->subframe[1].pulse_pos = (p->subframe[1].pulse_pos << 14) +
 155                                    bitstream_read(&bc, 14);
 156         p->subframe[2].pulse_pos = (p->subframe[2].pulse_pos << 16) +
 157                                    bitstream_read(&bc, 16);
 158         p->subframe[3].pulse_pos = (p->subframe[3].pulse_pos << 14) +
 159                                    bitstream_read(&bc, 14);
 160
 161         p->subframe[0].pulse_sign = bitstream_read(&bc, 6);
 162         p->subframe[1].pulse_sign = bitstream_read(&bc, 5);
 163         p->subframe[2].pulse_sign = bitstream_read(&bc, 6);
 164         p->subframe[3].pulse_sign = bitstream_read(&bc, 5);
 165     } else { /* 5300 bps */
 166         p->subframe[0].pulse_pos  = bitstream_read(&bc, 12);
 167         p->subframe[1].pulse_pos  = bitstream_read(&bc, 12);
 168         p->subframe[2].pulse_pos  = bitstream_read(&bc, 12);
 169         p->subframe[3].pulse_pos  = bitstream_read(&bc, 12);
 170
 171         p->subframe[0].pulse_sign = bitstream_read(&bc, 4);
 172         p->subframe[1].pulse_sign = bitstream_read(&bc, 4);
 173         p->subframe[2].pulse_sign = bitstream_read(&bc, 4);
 174         p->subframe[3].pulse_sign = bitstream_read(&bc, 4);
 175     }
 176
 177     return 0;
 178 }
 179
 180 /**
 181  * Bitexact implementation of sqrt(val/2).
 182  */
 183 static int16_t square_root(int val)
 184 {
 185     int16_t res = 0;
 186     int16_t exp = 0x4000;
 187     int i;
 188
 189     for (i = 0; i < 14; i ++) {
 190         int res_exp = res + exp;
 191         if (val >= res_exp * res_exp << 1)
 192             res += exp;
 193         exp >>= 1;
 194     }
 195     return res;
 196 }
 197
 198 /**
 199  * Bitexact implementation of 2ab scaled by 1/2^16.
 200  *
 201  * @param a 32 bit multiplicand
 202  * @param b 16 bit multiplier
 203  */
 204 #define MULL2(a, b) \
 205         ((((a) >> 16) * (b) << 1) + (((a) & 0xffff) * (b) >> 15))
 206
 207 /**
 208  * Generate fixed codebook excitation vector.
 209  *
 210  * @param vector    decoded excitation vector
 211  * @param subfrm    current subframe
 212  * @param cur_rate  current bitrate
 213  * @param pitch_lag closed loop pitch lag
 214  * @param index     current subframe index
 215  */
 216 static void gen_fcb_excitation(int16_t *vector, G723_1_Subframe *subfrm,
 217                                enum Rate cur_rate, int pitch_lag, int index)
 218 {
 219     int temp, i, j;
 220
 221     memset(vector, 0, SUBFRAME_LEN * sizeof(*vector));
 222
 223     if (cur_rate == RATE_6300) {
 224         if (subfrm->pulse_pos >= max_pos[index])
 225             return;
 226
 227         /* Decode amplitudes and positions */
 228         j = PULSE_MAX - pulses[index];
 229         temp = subfrm->pulse_pos;
 230         for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN / GRID_SIZE; i++) {
 231             temp -= combinatorial_table[j][i];
 232             if (temp >= 0)
 233                 continue;
 234             temp += combinatorial_table[j++][i];
 235             if (subfrm->pulse_sign & (1 << (PULSE_MAX - j))) {
 236                 vector[subfrm->grid_index + GRID_SIZE * i] =
 237                                         -fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 238             } else {
 239                 vector[subfrm->grid_index + GRID_SIZE * i] =
 240                                          fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 241             }
 242             if (j == PULSE_MAX)
 243                 break;
 244         }
 245         if (subfrm->dirac_train == 1)
 246             ff_g723_1_gen_dirac_train(vector, pitch_lag);
 247     } else { /* 5300 bps */
 248         int cb_gain  = fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 249         int cb_shift = subfrm->grid_index;
 250         int cb_sign  = subfrm->pulse_sign;
 251         int cb_pos   = subfrm->pulse_pos;
 252         int offset, beta, lag;
 253
 254         for (i = 0; i < 8; i += 2) {
 255             offset         = ((cb_pos & 7) << 3) + cb_shift + i;
 256             vector[offset] = (cb_sign & 1) ? cb_gain : -cb_gain;
 257             cb_pos  >>= 3;
 258             cb_sign >>= 1;
 259         }
 260
 261         /* Enhance harmonic components */
 262         lag  = pitch_contrib[subfrm->ad_cb_gain << 1] + pitch_lag +
 263                subfrm->ad_cb_lag - 1;
 264         beta = pitch_contrib[(subfrm->ad_cb_gain << 1) + 1];
 265
 266         if (lag < SUBFRAME_LEN - 2) {
 267             for (i = lag; i < SUBFRAME_LEN; i++)
 268                 vector[i] += beta * vector[i - lag] >> 15;
 269         }
 270     }
 271 }
 272
 273 /**
 274  * Estimate maximum auto-correlation around pitch lag.
 275  *
 276  * @param buf       buffer with offset applied
 277  * @param offset    offset of the excitation vector
 278  * @param ccr_max   pointer to the maximum auto-correlation
 279  * @param pitch_lag decoded pitch lag
 280  * @param length    length of autocorrelation
 281  * @param dir       forward lag(1) / backward lag(-1)
 282  */
 283 static int autocorr_max(const int16_t *buf, int offset, int *ccr_max,
 284                         int pitch_lag, int length, int dir)
 285 {
 286     int limit, ccr, lag = 0;
 287     int i;
 288
 289     pitch_lag = FFMIN(PITCH_MAX - 3, pitch_lag);
 290     if (dir > 0)
 291         limit = FFMIN(FRAME_LEN + PITCH_MAX - offset - length, pitch_lag + 3);
 292     else
 293         limit = pitch_lag + 3;
 294
 295     for (i = pitch_lag - 3; i <= limit; i++) {
 296         ccr = ff_g723_1_dot_product(buf, buf + dir * i, length);
 297
 298         if (ccr > *ccr_max) {
 299             *ccr_max = ccr;
 300             lag = i;
 301         }
 302     }
 303     return lag;
 304 }
 305
 306 /**
 307  * Calculate pitch postfilter optimal and scaling gains.
 308  *
 309  * @param lag      pitch postfilter forward/backward lag
 310  * @param ppf      pitch postfilter parameters
 311  * @param cur_rate current bitrate
 312  * @param tgt_eng  target energy
 313  * @param ccr      cross-correlation
 314  * @param res_eng  residual energy
 315  */
 316 static void comp_ppf_gains(int lag, PPFParam *ppf, enum Rate cur_rate,
 317                            int tgt_eng, int ccr, int res_eng)
 318 {
 319     int pf_residual;     /* square of postfiltered residual */
 320     int temp1, temp2;
 321
 322     ppf->index = lag;
 323
 324     temp1 = tgt_eng * res_eng >> 1;
 325     temp2 = ccr * ccr << 1;
 326
 327     if (temp2 > temp1) {
 328         if (ccr >= res_eng) {
 329             ppf->opt_gain = ppf_gain_weight[cur_rate];
 330         } else {
 331             ppf->opt_gain = (ccr << 15) / res_eng *
 332                             ppf_gain_weight[cur_rate] >> 15;
 333         }
 334         /* pf_res^2 = tgt_eng + 2*ccr*gain + res_eng*gain^2 */
 335         temp1       = (tgt_eng << 15) + (ccr * ppf->opt_gain << 1);
 336         temp2       = (ppf->opt_gain * ppf->opt_gain >> 15) * res_eng;
 337         pf_residual = av_sat_add32(temp1, temp2 + (1 << 15)) >> 16;
 338
 339         if (tgt_eng >= pf_residual << 1) {
 340             temp1 = 0x7fff;
 341         } else {
 342             temp1 = (tgt_eng << 14) / pf_residual;
 343         }
 344
 345         /* scaling_gain = sqrt(tgt_eng/pf_res^2) */
 346         ppf->sc_gain = square_root(temp1 << 16);
 347     } else {
 348         ppf->opt_gain = 0;
 349         ppf->sc_gain  = 0x7fff;
 350     }
 351
 352     ppf->opt_gain = av_clip_int16(ppf->opt_gain * ppf->sc_gain >> 15);
 353 }
 354
 355 /**
 356  * Calculate pitch postfilter parameters.
 357  *
 358  * @param p         the context
 359  * @param offset    offset of the excitation vector
 360  * @param pitch_lag decoded pitch lag
 361  * @param ppf       pitch postfilter parameters
 362  * @param cur_rate  current bitrate
 363  */
 364 static void comp_ppf_coeff(G723_1_Context *p, int offset, int pitch_lag,
 365                            PPFParam *ppf, enum Rate cur_rate)
 366 {
 367
 368     int16_t scale;
 369     int i;
 370     int temp1, temp2;
 371
 372     /*
 373      * 0 - target energy
 374      * 1 - forward cross-correlation
 375      * 2 - forward residual energy
 376      * 3 - backward cross-correlation
 377      * 4 - backward residual energy
 378      */
 379     int energy[5] = {0, 0, 0, 0, 0};
 380     int16_t *buf  = p->audio + LPC_ORDER + offset;
 381     int fwd_lag   = autocorr_max(buf, offset, &energy[1], pitch_lag,
 382                                  SUBFRAME_LEN, 1);
 383     int back_lag  = autocorr_max(buf, offset, &energy[3], pitch_lag,
 384                                  SUBFRAME_LEN, -1);
 385
 386     ppf->index    = 0;
 387     ppf->opt_gain = 0;
 388     ppf->sc_gain  = 0x7fff;
 389
 390     /* Case 0, Section 3.6 */
 391     if (!back_lag && !fwd_lag)
 392         return;
 393
 394     /* Compute target energy */
 395     energy[0] = ff_g723_1_dot_product(buf, buf, SUBFRAME_LEN);
 396
 397     /* Compute forward residual energy */
 398     if (fwd_lag)
 399         energy[2] = ff_g723_1_dot_product(buf + fwd_lag, buf + fwd_lag,
 400                                           SUBFRAME_LEN);
 401
 402     /* Compute backward residual energy */
 403     if (back_lag)
 404         energy[4] = ff_g723_1_dot_product(buf - back_lag, buf - back_lag,
 405                                           SUBFRAME_LEN);
 406
 407     /* Normalize and shorten */
 408     temp1 = 0;
 409     for (i = 0; i < 5; i++)
 410         temp1 = FFMAX(energy[i], temp1);
 411
 412     scale = ff_g723_1_normalize_bits(temp1, 31);
 413     for (i = 0; i < 5; i++)
 414         energy[i] = (energy[i] << scale) >> 16;
 415
 416     if (fwd_lag && !back_lag) {  /* Case 1 */
 417         comp_ppf_gains(fwd_lag,  ppf, cur_rate, energy[0], energy[1],
 418                        energy[2]);
 419     } else if (!fwd_lag) {       /* Case 2 */
 420         comp_ppf_gains(-back_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[3],
 421                        energy[4]);
 422     } else {                     /* Case 3 */
 423
 424         /*
 425          * Select the largest of energy[1]^2/energy[2]
 426          * and energy[3]^2/energy[4]
 427          */
 428         temp1 = energy[4] * ((energy[1] * energy[1] + (1 << 14)) >> 15);
 429         temp2 = energy[2] * ((energy[3] * energy[3] + (1 << 14)) >> 15);
 430         if (temp1 >= temp2) {
 431             comp_ppf_gains(fwd_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[1],
 432                            energy[2]);
 433         } else {
 434             comp_ppf_gains(-back_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[3],
 435                            energy[4]);
 436         }
 437     }
 438 }
 439
 440 /**
 441  * Classify frames as voiced/unvoiced.
 442  *
 443  * @param p         the context
 444  * @param pitch_lag decoded pitch_lag
 445  * @param exc_eng   excitation energy estimation
 446  * @param scale     scaling factor of exc_eng
 447  *
 448  * @return residual interpolation index if voiced, 0 otherwise
 449  */
 450 static int comp_interp_index(G723_1_Context *p, int pitch_lag,
 451                              int *exc_eng, int *scale)
 452 {
 453     int offset = PITCH_MAX + 2 * SUBFRAME_LEN;
 454     int16_t *buf = p->audio + LPC_ORDER;
 455
 456     int index, ccr, tgt_eng, best_eng, temp;
 457
 458     *scale = ff_g723_1_scale_vector(buf, p->excitation, FRAME_LEN + PITCH_MAX);
 459     buf   += offset;
 460
 461     /* Compute maximum backward cross-correlation */
 462     ccr   = 0;
 463     index = autocorr_max(buf, offset, &ccr, pitch_lag, SUBFRAME_LEN * 2, -1);
 464     ccr   = av_sat_add32(ccr, 1 << 15) >> 16;
 465
 466     /* Compute target energy */
 467     tgt_eng  = ff_g723_1_dot_product(buf, buf, SUBFRAME_LEN * 2);
 468     *exc_eng = av_sat_add32(tgt_eng, 1 << 15) >> 16;
 469
 470     if (ccr <= 0)
 471         return 0;
 472
 473     /* Compute best energy */
 474     best_eng = ff_g723_1_dot_product(buf - index, buf - index,
 475                                      SUBFRAME_LEN * 2);
 476     best_eng = av_sat_add32(best_eng, 1 << 15) >> 16;
 477
 478     temp = best_eng * *exc_eng >> 3;
 479
 480     if (temp < ccr * ccr)
 481         return index;
 482     else
 483         return 0;
 484 }
 485
 486 /**
 487  * Perform residual interpolation based on frame classification.
 488  *
 489  * @param buf   decoded excitation vector
 490  * @param out   output vector
 491  * @param lag   decoded pitch lag
 492  * @param gain  interpolated gain
 493  * @param rseed seed for random number generator
 494  */
 495 static void residual_interp(int16_t *buf, int16_t *out, int lag,
 496                             int gain, int *rseed)
 497 {
 498     int i;
 499     if (lag) { /* Voiced */
 500         int16_t *vector_ptr = buf + PITCH_MAX;
 501         /* Attenuate */
 502         for (i = 0; i < lag; i++)
 503             out[i] = vector_ptr[i - lag] * 3 >> 2;
 504         av_memcpy_backptr((uint8_t*)(out + lag), lag * sizeof(*out),
 505                           (FRAME_LEN - lag) * sizeof(*out));
 506     } else {  /* Unvoiced */
 507         for (i = 0; i < FRAME_LEN; i++) {
 508             *rseed = *rseed * 521 + 259;
 509             out[i] = gain * *rseed >> 15;
 510         }
 511         memset(buf, 0, (FRAME_LEN + PITCH_MAX) * sizeof(*buf));
 512     }
 513 }
 514
 515 /**
 516  * Perform IIR filtering.
 517  *
 518  * @param fir_coef FIR coefficients
 519  * @param iir_coef IIR coefficients
 520  * @param src      source vector
 521  * @param dest     destination vector
 522  */
 523 static void iir_filter(int16_t *fir_coef, int16_t *iir_coef,
 524                        int16_t *src, int *dest)
 525 {
 526     int m, n;
 527
 528     for (m = 0; m < SUBFRAME_LEN; m++) {
 529         int64_t filter = 0;
 530         for (n = 1; n <= LPC_ORDER; n++) {
 531             filter -= fir_coef[n - 1] * src[m - n] -
 532                       iir_coef[n - 1] * (dest[m - n] >> 16);
 533         }
 534
 535         dest[m] = av_clipl_int32((src[m] << 16) + (filter << 3) + (1 << 15));
 536     }
 537 }
 538
 539 /**
 540  * Adjust gain of postfiltered signal.
 541  *
 542  * @param p      the context
 543  * @param buf    postfiltered output vector
 544  * @param energy input energy coefficient
 545  */
 546 static void gain_scale(G723_1_Context *p, int16_t * buf, int energy)
 547 {
 548     int num, denom, gain, bits1, bits2;
 549     int i;
 550
 551     num   = energy;
 552     denom = 0;
 553     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
 554         int temp = buf[i] >> 2;
 555         temp *= temp;
 556         denom = av_sat_dadd32(denom, temp);
 557     }
 558
 559     if (num && denom) {
 560         bits1   = ff_g723_1_normalize_bits(num,   31);
 561         bits2   = ff_g723_1_normalize_bits(denom, 31);
 562         num     = num << bits1 >> 1;
 563         denom <<= bits2;
 564
 565         bits2 = 5 + bits1 - bits2;
 566         bits2 = FFMAX(0, bits2);
 567
 568         gain = (num >> 1) / (denom >> 16);
 569         gain = square_root(gain << 16 >> bits2);
 570     } else {
 571         gain = 1 << 12;
 572     }
 573
 574     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
 575         p->pf_gain = (15 * p->pf_gain + gain + (1 << 3)) >> 4;
 576         buf[i]     = av_clip_int16((buf[i] * (p->pf_gain + (p->pf_gain >> 4)) +
 577                                    (1 << 10)) >> 11);
 578     }
 579 }
 580
 581 /**
 582  * Perform formant filtering.
 583  *
 584  * @param p   the context
 585  * @param lpc quantized lpc coefficients
 586  * @param buf input buffer
 587  * @param dst output buffer
 588  */
 589 static void formant_postfilter(G723_1_Context *p, int16_t *lpc,
 590                                int16_t *buf, int16_t *dst)
 591 {
 592     int16_t filter_coef[2][LPC_ORDER];
 593     int filter_signal[LPC_ORDER + FRAME_LEN], *signal_ptr;
 594     int i, j, k;
 595
 596     memcpy(buf, p->fir_mem, LPC_ORDER * sizeof(*buf));
 597     memcpy(filter_signal, p->iir_mem, LPC_ORDER * sizeof(*filter_signal));
 598
 599     for (i = LPC_ORDER, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++) {
 600         for (k = 0; k < LPC_ORDER; k++) {
 601             filter_coef[0][k] = (-lpc[k] * postfilter_tbl[0][k] +
 602                                  (1 << 14)) >> 15;
 603             filter_coef[1][k] = (-lpc[k] * postfilter_tbl[1][k] +
 604                                  (1 << 14)) >> 15;
 605         }
 606         iir_filter(filter_coef[0], filter_coef[1], buf + i, filter_signal + i);
 607         lpc += LPC_ORDER;
 608     }
 609
 610     memcpy(p->fir_mem, buf + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(*p->fir_mem));
 611     memcpy(p->iir_mem, filter_signal + FRAME_LEN,
 612            LPC_ORDER * sizeof(*p->iir_mem));
 613
 614     buf += LPC_ORDER;
 615     signal_ptr = filter_signal + LPC_ORDER;
 616     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 617         int temp;
 618         int auto_corr[2];
 619         int scale, energy;
 620
 621         /* Normalize */
 622         scale = ff_g723_1_scale_vector(dst, buf, SUBFRAME_LEN);
 623
 624         /* Compute auto correlation coefficients */
 625         auto_corr[0] = ff_g723_1_dot_product(dst, dst + 1, SUBFRAME_LEN - 1);
 626         auto_corr[1] = ff_g723_1_dot_product(dst, dst,     SUBFRAME_LEN);
 627
 628         /* Compute reflection coefficient */
 629         temp = auto_corr[1] >> 16;
 630         if (temp) {
 631             temp = (auto_corr[0] >> 2) / temp;
 632         }
 633         p->reflection_coef = (3 * p->reflection_coef + temp + 2) >> 2;
 634         temp = -p->reflection_coef >> 1 & ~3;
 635
 636         /* Compensation filter */
 637         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN; j++) {
 638             dst[j] = av_sat_dadd32(signal_ptr[j],
 639                                    (signal_ptr[j - 1] >> 16) * temp) >> 16;
 640         }
 641
 642         /* Compute normalized signal energy */
 643         temp = 2 * scale + 4;
 644         if (temp < 0) {
 645             energy = av_clipl_int32((int64_t)auto_corr[1] << -temp);
 646         } else
 647             energy = auto_corr[1] >> temp;
 648
 649         gain_scale(p, dst, energy);
 650
 651         buf        += SUBFRAME_LEN;
 652         signal_ptr += SUBFRAME_LEN;
 653         dst        += SUBFRAME_LEN;
 654     }
 655 }
 656
 657 static int sid_gain_to_lsp_index(int gain)
 658 {
 659     if (gain < 0x10)
 660         return gain << 6;
 661     else if (gain < 0x20)
 662         return gain - 8 << 7;
 663     else
 664         return gain - 20 << 8;
 665 }
 666
 667 static inline int cng_rand(int *state, int base)
 668 {
 669     *state = (*state * 521 + 259) & 0xFFFF;
 670     return (*state & 0x7FFF) * base >> 15;
 671 }
 672
 673 static int estimate_sid_gain(G723_1_Context *p)
 674 {
 675     int i, shift, seg, seg2, t, val, val_add, x, y;
 676
 677     shift = 16 - p->cur_gain * 2;
 678     if (shift > 0)
 679         t = p->sid_gain << shift;
 680     else
 681         t = p->sid_gain >> -shift;
 682     x = t * cng_filt[0] >> 16;
 683
 684     if (x >= cng_bseg[2])
 685         return 0x3F;
 686
 687     if (x >= cng_bseg[1]) {
 688         shift = 4;
 689         seg   = 3;
 690     } else {
 691         shift = 3;
 692         seg   = (x >= cng_bseg[0]);
 693     }
 694     seg2 = FFMIN(seg, 3);
 695
 696     val     = 1 << shift;
 697     val_add = val >> 1;
 698     for (i = 0; i < shift; i++) {
 699         t = seg * 32 + (val << seg2);
 700         t *= t;
 701         if (x >= t)
 702             val += val_add;
 703         else
 704             val -= val_add;
 705         val_add >>= 1;
 706     }
 707
 708     t = seg * 32 + (val << seg2);
 709     y = t * t - x;
 710     if (y <= 0) {
 711         t = seg * 32 + (val + 1 << seg2);
 712         t = t * t - x;
 713         val = (seg2 - 1 << 4) + val;
 714         if (t >= y)
 715             val++;
 716     } else {
 717         t = seg * 32 + (val - 1 << seg2);
 718         t = t * t - x;
 719         val = (seg2 - 1 << 4) + val;
 720         if (t >= y)
 721             val--;
 722     }
 723
 724     return val;
 725 }
 726
 727 static void generate_noise(G723_1_Context *p)
 728 {
 729     int i, j, idx, t;
 730     int off[SUBFRAMES];
 731     int signs[SUBFRAMES / 2 * 11], pos[SUBFRAMES / 2 * 11];
 732     int tmp[SUBFRAME_LEN * 2];
 733     int16_t *vector_ptr;
 734     int64_t sum;
 735     int b0, c, delta, x, shift;
 736
 737     p->pitch_lag[0] = cng_rand(&p->cng_random_seed, 21) + 123;
 738     p->pitch_lag[1] = cng_rand(&p->cng_random_seed, 19) + 123;
 739
 740     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 741         p->subframe[i].ad_cb_gain = cng_rand(&p->cng_random_seed, 50) + 1;
 742         p->subframe[i].ad_cb_lag  = cng_adaptive_cb_lag[i];
 743     }
 744
 745     for (i = 0; i < SUBFRAMES / 2; i++) {
 746         t = cng_rand(&p->cng_random_seed, 1 << 13);
 747         off[i * 2]     =   t       & 1;
 748         off[i * 2 + 1] = ((t >> 1) & 1) + SUBFRAME_LEN;
 749         t >>= 2;
 750         for (j = 0; j < 11; j++) {
 751             signs[i * 11 + j] = (t & 1) * 2 - 1 << 14;
 752             t >>= 1;
 753         }
 754     }
 755
 756     idx = 0;
 757     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 758         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN / 2; j++)
 759             tmp[j] = j;
 760         t = SUBFRAME_LEN / 2;
 761         for (j = 0; j < pulses[i]; j++, idx++) {
 762             int idx2 = cng_rand(&p->cng_random_seed, t);
 763
 764             pos[idx]  = tmp[idx2] * 2 + off[i];
 765             tmp[idx2] = tmp[--t];
 766         }
 767     }
 768
 769     vector_ptr = p->audio + LPC_ORDER;
 770     memcpy(vector_ptr, p->prev_excitation,
 771            PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 772     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i += 2) {
 773         ff_g723_1_gen_acb_excitation(vector_ptr, vector_ptr,
 774                                      p->pitch_lag[i >> 1], &p->subframe[i],
 775                                      p->cur_rate);
 776         ff_g723_1_gen_acb_excitation(vector_ptr + SUBFRAME_LEN,
 777                                      vector_ptr + SUBFRAME_LEN,
 778                                      p->pitch_lag[i >> 1], &p->subframe[i + 1],
 779                                      p->cur_rate);
 780
 781         t = 0;
 782         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++)
 783             t |= FFABS(vector_ptr[j]);
 784         t = FFMIN(t, 0x7FFF);
 785         if (!t) {
 786             shift = 0;
 787         } else {
 788             shift = -10 + av_log2(t);
 789             if (shift < -2)
 790                 shift = -2;
 791         }
 792         sum = 0;
 793         if (shift < 0) {
 794            for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++) {
 795                t      = vector_ptr[j] << -shift;
 796                sum   += t * t;
 797                tmp[j] = t;
 798            }
 799         } else {
 800            for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++) {
 801                t      = vector_ptr[j] >> shift;
 802                sum   += t * t;
 803                tmp[j] = t;
 804            }
 805         }
 806
 807         b0 = 0;
 808         for (j = 0; j < 11; j++)
 809             b0 += tmp[pos[(i / 2) * 11 + j]] * signs[(i / 2) * 11 + j];
 810         b0 = b0 * 2 * 2979LL + (1 << 29) >> 30; // approximated division by 11
 811
 812         c = p->cur_gain * (p->cur_gain * SUBFRAME_LEN >> 5);
 813         if (shift * 2 + 3 >= 0)
 814             c >>= shift * 2 + 3;
 815         else
 816             c <<= -(shift * 2 + 3);
 817         c = (av_clipl_int32(sum << 1) - c) * 2979LL >> 15;
 818
 819         delta = b0 * b0 * 2 - c;
 820         if (delta <= 0) {
 821             x = -b0;
 822         } else {
 823             delta = square_root(delta);
 824             x     = delta - b0;
 825             t     = delta + b0;
 826             if (FFABS(t) < FFABS(x))
 827                 x = -t;
 828         }
 829         shift++;
 830         if (shift < 0)
 831            x >>= -shift;
 832         else
 833            x <<= shift;
 834         x = av_clip(x, -10000, 10000);
 835
 836         for (j = 0; j < 11; j++) {
 837             idx = (i / 2) * 11 + j;
 838             vector_ptr[pos[idx]] = av_clip_int16(vector_ptr[pos[idx]] +
 839                                                  (x * signs[idx] >> 15));
 840         }
 841
 842         /* copy decoded data to serve as a history for the next decoded subframes */
 843         memcpy(vector_ptr + PITCH_MAX, vector_ptr,
 844                sizeof(*vector_ptr) * SUBFRAME_LEN * 2);
 845         vector_ptr += SUBFRAME_LEN * 2;
 846     }
 847     /* Save the excitation for the next frame */
 848     memcpy(p->prev_excitation, p->audio + LPC_ORDER + FRAME_LEN,
 849            PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 850 }
 851
 852 static int g723_1_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 853                                int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 854 {
 855     G723_1_Context *p  = avctx->priv_data;
 856     AVFrame *frame     = data;
 857     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 858     int buf_size       = avpkt->size;
 859     int dec_mode       = buf[0] & 3;
 860
 861     PPFParam ppf[SUBFRAMES];
 862     int16_t cur_lsp[LPC_ORDER];
 863     int16_t lpc[SUBFRAMES * LPC_ORDER];
 864     int16_t acb_vector[SUBFRAME_LEN];
 865     int16_t *out;
 866     int bad_frame = 0, i, j, ret;
 867     int16_t *audio = p->audio;
 868
 869     if (buf_size < frame_size[dec_mode]) {
 870         if (buf_size)
 871             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
 872                    "Expected %d bytes, got %d - skipping packet\n",
 873                    frame_size[dec_mode], buf_size);
 874         *got_frame_ptr = 0;
 875         return buf_size;
 876     }
 877
 878     if (unpack_bitstream(p, buf, buf_size) < 0) {
 879         bad_frame = 1;
 880         if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME)
 881             p->cur_frame_type = ACTIVE_FRAME;
 882         else
 883             p->cur_frame_type = UNTRANSMITTED_FRAME;
 884     }
 885
 886     frame->nb_samples = FRAME_LEN;
 887     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0) {
 888          av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
 889          return ret;
 890     }
 891
 892     out = (int16_t *)frame->data[0];
 893
 894     if (p->cur_frame_type == ACTIVE_FRAME) {
 895         if (!bad_frame)
 896             p->erased_frames = 0;
 897         else if (p->erased_frames != 3)
 898             p->erased_frames++;
 899
 900         ff_g723_1_inverse_quant(cur_lsp, p->prev_lsp, p->lsp_index, bad_frame);
 901         ff_g723_1_lsp_interpolate(lpc, cur_lsp, p->prev_lsp);
 902
 903         /* Save the lsp_vector for the next frame */
 904         memcpy(p->prev_lsp, cur_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
 905
 906         /* Generate the excitation for the frame */
 907         memcpy(p->excitation, p->prev_excitation,
 908                PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 909         if (!p->erased_frames) {
 910             int16_t *vector_ptr = p->excitation + PITCH_MAX;
 911
 912             /* Update interpolation gain memory */
 913             p->interp_gain = fixed_cb_gain[(p->subframe[2].amp_index +
 914                                             p->subframe[3].amp_index) >> 1];
 915             for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 916                 gen_fcb_excitation(vector_ptr, &p->subframe[i], p->cur_rate,
 917                                    p->pitch_lag[i >> 1], i);
 918                 ff_g723_1_gen_acb_excitation(acb_vector,
 919                                              &p->excitation[SUBFRAME_LEN * i],
 920                                              p->pitch_lag[i >> 1],
 921                                              &p->subframe[i], p->cur_rate);
 922                 /* Get the total excitation */
 923                 for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN; j++) {
 924                     int v = av_clip_int16(vector_ptr[j] << 1);
 925                     vector_ptr[j] = av_clip_int16(v + acb_vector[j]);
 926                 }
 927                 vector_ptr += SUBFRAME_LEN;
 928             }
 929
 930             vector_ptr = p->excitation + PITCH_MAX;
 931
 932             p->interp_index = comp_interp_index(p, p->pitch_lag[1],
 933                                                 &p->sid_gain, &p->cur_gain);
 934
 935             /* Perform pitch postfiltering */
 936             if (p->postfilter) {
 937                 i = PITCH_MAX;
 938                 for (j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
 939                     comp_ppf_coeff(p, i, p->pitch_lag[j >> 1],
 940                                    ppf + j, p->cur_rate);
 941
 942                 for (i = 0, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
 943                     ff_acelp_weighted_vector_sum(p->audio + LPC_ORDER + i,
 944                                                  vector_ptr + i,
 945                                                  vector_ptr + i + ppf[j].index,
 946                                                  ppf[j].sc_gain,
 947                                                  ppf[j].opt_gain,
 948                                                  1 << 14, 15, SUBFRAME_LEN);
 949             } else {
 950                 audio = vector_ptr - LPC_ORDER;
 951             }
 952
 953             /* Save the excitation for the next frame */
 954             memcpy(p->prev_excitation, p->excitation + FRAME_LEN,
 955                    PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 956         } else {
 957             p->interp_gain = (p->interp_gain * 3 + 2) >> 2;
 958             if (p->erased_frames == 3) {
 959                 /* Mute output */
 960                 memset(p->excitation, 0,
 961                        (FRAME_LEN + PITCH_MAX) * sizeof(*p->excitation));
 962                 memset(p->prev_excitation, 0,
 963                        PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 964                 memset(frame->data[0], 0,
 965                        (FRAME_LEN + LPC_ORDER) * sizeof(int16_t));
 966             } else {
 967                 int16_t *buf = p->audio + LPC_ORDER;
 968
 969                 /* Regenerate frame */
 970                 residual_interp(p->excitation, buf, p->interp_index,
 971                                 p->interp_gain, &p->random_seed);
 972
 973                 /* Save the excitation for the next frame */
 974                 memcpy(p->prev_excitation, buf + (FRAME_LEN - PITCH_MAX),
 975                        PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 976             }
 977         }
 978         p->cng_random_seed = CNG_RANDOM_SEED;
 979     } else {
 980         if (p->cur_frame_type == SID_FRAME) {
 981             p->sid_gain = sid_gain_to_lsp_index(p->subframe[0].amp_index);
 982             ff_g723_1_inverse_quant(p->sid_lsp, p->prev_lsp, p->lsp_index, 0);
 983         } else if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME) {
 984             p->sid_gain = estimate_sid_gain(p);
 985         }
 986
 987         if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME)
 988             p->cur_gain = p->sid_gain;
 989         else
 990             p->cur_gain = (p->cur_gain * 7 + p->sid_gain) >> 3;
 991         generate_noise(p);
 992         ff_g723_1_lsp_interpolate(lpc, p->sid_lsp, p->prev_lsp);
 993         /* Save the lsp_vector for the next frame */
 994         memcpy(p->prev_lsp, p->sid_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
 995     }
 996
 997     p->past_frame_type = p->cur_frame_type;
 998
 999     memcpy(p->audio, p->synth_mem, LPC_ORDER * sizeof(*p->audio));
1000     for (i = LPC_ORDER, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
1001         ff_celp_lp_synthesis_filter(p->audio + i, &lpc[j * LPC_ORDER],
1002                                     audio + i, SUBFRAME_LEN, LPC_ORDER,
1003                                     0, 1, 1 << 12);
1004     memcpy(p->synth_mem, p->audio + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(*p->audio));
1005
1006     if (p->postfilter) {
1007         formant_postfilter(p, lpc, p->audio, out);
1008     } else { // if output is not postfiltered it should be scaled by 2
1009         for (i = 0; i < FRAME_LEN; i++)
1010             out[i] = av_clip_int16(p->audio[LPC_ORDER + i] << 1);
1011     }
1012
1013     *got_frame_ptr = 1;
1014
1015     return frame_size[dec_mode];
1016 }
1017
1018 #define OFFSET(x) offsetof(G723_1_Context, x)
1019 #define AD     AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM | AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM
1020
1021 static const AVOption options[] = {
1022     { "postfilter", "postfilter on/off", OFFSET(postfilter), AV_OPT_TYPE_INT,
1023       { .i64 = 1 }, 0, 1, AD },
1024     { NULL }
1025 };
1026
1027
1028 static const AVClass g723_1dec_class = {
1029     .class_name = "G.723.1 decoder",
1030     .item_name  = av_default_item_name,
1031     .option     = options,
1032     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
1033 };
1034
1035 AVCodec ff_g723_1_decoder = {
1036     .name           = "g723_1",
1037     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("G.723.1"),
1038     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1039     .id             = AV_CODEC_ID_G723_1,
1040     .priv_data_size = sizeof(G723_1_Context),
1041     .init           = g723_1_decode_init,
1042     .decode         = g723_1_decode_frame,
1043     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_SUBFRAMES | AV_CODEC_CAP_DR1,
1044     .priv_class     = &g723_1dec_class,
1045 };