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 FFmpeg.
   7  *
   8  * FFmpeg 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  * FFmpeg 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 FFmpeg; 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/channel_layout.h"
  30 #include "libavutil/mem.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 "celp_math.h"
  37 #include "g723_1.h"
  38 #include "internal.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     p->pf_gain            = 1 << 12;
  50
  51     memcpy(p->prev_lsp, dc_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
  52     memcpy(p->sid_lsp,  dc_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->sid_lsp));
  53
  54     p->cng_random_seed = CNG_RANDOM_SEED;
  55     p->past_frame_type = SID_FRAME;
  56
  57     return 0;
  58 }
  59
  60 /**
  61  * Unpack the frame into parameters.
  62  *
  63  * @param p           the context
  64  * @param buf         pointer to the input buffer
  65  * @param buf_size    size of the input buffer
  66  */
  67 static int unpack_bitstream(G723_1_Context *p, const uint8_t *buf,
  68                             int buf_size)
  69 {
  70     GetBitContext gb;
  71     int ad_cb_len;
  72     int temp, info_bits, i;
  73
  74     init_get_bits(&gb, buf, buf_size * 8);
  75
  76     /* Extract frame type and rate info */
  77     info_bits = get_bits(&gb, 2);
  78
  79     if (info_bits == 3) {
  80         p->cur_frame_type = UNTRANSMITTED_FRAME;
  81         return 0;
  82     }
  83
  84     /* Extract 24 bit lsp indices, 8 bit for each band */
  85     p->lsp_index[2] = get_bits(&gb, 8);
  86     p->lsp_index[1] = get_bits(&gb, 8);
  87     p->lsp_index[0] = get_bits(&gb, 8);
  88
  89     if (info_bits == 2) {
  90         p->cur_frame_type = SID_FRAME;
  91         p->subframe[0].amp_index = get_bits(&gb, 6);
  92         return 0;
  93     }
  94
  95     /* Extract the info common to both rates */
  96     p->cur_rate       = info_bits ? RATE_5300 : RATE_6300;
  97     p->cur_frame_type = ACTIVE_FRAME;
  98
  99     p->pitch_lag[0] = get_bits(&gb, 7);
 100     if (p->pitch_lag[0] > 123)       /* test if forbidden code */
 101         return -1;
 102     p->pitch_lag[0] += PITCH_MIN;
 103     p->subframe[1].ad_cb_lag = get_bits(&gb, 2);
 104
 105     p->pitch_lag[1] = get_bits(&gb, 7);
 106     if (p->pitch_lag[1] > 123)
 107         return -1;
 108     p->pitch_lag[1] += PITCH_MIN;
 109     p->subframe[3].ad_cb_lag = get_bits(&gb, 2);
 110     p->subframe[0].ad_cb_lag = 1;
 111     p->subframe[2].ad_cb_lag = 1;
 112
 113     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 114         /* Extract combined gain */
 115         temp = get_bits(&gb, 12);
 116         ad_cb_len = 170;
 117         p->subframe[i].dirac_train = 0;
 118         if (p->cur_rate == RATE_6300 && p->pitch_lag[i >> 1] < SUBFRAME_LEN - 2) {
 119             p->subframe[i].dirac_train = temp >> 11;
 120             temp &= 0x7FF;
 121             ad_cb_len = 85;
 122         }
 123         p->subframe[i].ad_cb_gain = FASTDIV(temp, GAIN_LEVELS);
 124         if (p->subframe[i].ad_cb_gain < ad_cb_len) {
 125             p->subframe[i].amp_index = temp - p->subframe[i].ad_cb_gain *
 126                                        GAIN_LEVELS;
 127         } else {
 128             return -1;
 129         }
 130     }
 131
 132     p->subframe[0].grid_index = get_bits1(&gb);
 133     p->subframe[1].grid_index = get_bits1(&gb);
 134     p->subframe[2].grid_index = get_bits1(&gb);
 135     p->subframe[3].grid_index = get_bits1(&gb);
 136
 137     if (p->cur_rate == RATE_6300) {
 138         skip_bits1(&gb);  /* skip reserved bit */
 139
 140         /* Compute pulse_pos index using the 13-bit combined position index */
 141         temp = get_bits(&gb, 13);
 142         p->subframe[0].pulse_pos = temp / 810;
 143
 144         temp -= p->subframe[0].pulse_pos * 810;
 145         p->subframe[1].pulse_pos = FASTDIV(temp, 90);
 146
 147         temp -= p->subframe[1].pulse_pos * 90;
 148         p->subframe[2].pulse_pos = FASTDIV(temp, 9);
 149         p->subframe[3].pulse_pos = temp - p->subframe[2].pulse_pos * 9;
 150
 151         p->subframe[0].pulse_pos = (p->subframe[0].pulse_pos << 16) +
 152                                    get_bits(&gb, 16);
 153         p->subframe[1].pulse_pos = (p->subframe[1].pulse_pos << 14) +
 154                                    get_bits(&gb, 14);
 155         p->subframe[2].pulse_pos = (p->subframe[2].pulse_pos << 16) +
 156                                    get_bits(&gb, 16);
 157         p->subframe[3].pulse_pos = (p->subframe[3].pulse_pos << 14) +
 158                                    get_bits(&gb, 14);
 159
 160         p->subframe[0].pulse_sign = get_bits(&gb, 6);
 161         p->subframe[1].pulse_sign = get_bits(&gb, 5);
 162         p->subframe[2].pulse_sign = get_bits(&gb, 6);
 163         p->subframe[3].pulse_sign = get_bits(&gb, 5);
 164     } else { /* 5300 bps */
 165         p->subframe[0].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 166         p->subframe[1].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 167         p->subframe[2].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 168         p->subframe[3].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 169
 170         p->subframe[0].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 171         p->subframe[1].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 172         p->subframe[2].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 173         p->subframe[3].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 174     }
 175
 176     return 0;
 177 }
 178
 179 /**
 180  * Bitexact implementation of sqrt(val/2).
 181  */
 182 static int16_t square_root(unsigned val)
 183 {
 184     av_assert2(!(val & 0x80000000));
 185
 186     return (ff_sqrt(val << 1) >> 1) & (~1);
 187 }
 188
 189 /**
 190  * Generate fixed codebook excitation vector.
 191  *
 192  * @param vector    decoded excitation vector
 193  * @param subfrm    current subframe
 194  * @param cur_rate  current bitrate
 195  * @param pitch_lag closed loop pitch lag
 196  * @param index     current subframe index
 197  */
 198 static void gen_fcb_excitation(int16_t *vector, G723_1_Subframe *subfrm,
 199                                enum Rate cur_rate, int pitch_lag, int index)
 200 {
 201     int temp, i, j;
 202
 203     memset(vector, 0, SUBFRAME_LEN * sizeof(*vector));
 204
 205     if (cur_rate == RATE_6300) {
 206         if (subfrm->pulse_pos >= max_pos[index])
 207             return;
 208
 209         /* Decode amplitudes and positions */
 210         j = PULSE_MAX - pulses[index];
 211         temp = subfrm->pulse_pos;
 212         for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN / GRID_SIZE; i++) {
 213             temp -= combinatorial_table[j][i];
 214             if (temp >= 0)
 215                 continue;
 216             temp += combinatorial_table[j++][i];
 217             if (subfrm->pulse_sign & (1 << (PULSE_MAX - j))) {
 218                 vector[subfrm->grid_index + GRID_SIZE * i] =
 219                                         -fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 220             } else {
 221                 vector[subfrm->grid_index + GRID_SIZE * i] =
 222                                          fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 223             }
 224             if (j == PULSE_MAX)
 225                 break;
 226         }
 227         if (subfrm->dirac_train == 1)
 228             ff_g723_1_gen_dirac_train(vector, pitch_lag);
 229     } else { /* 5300 bps */
 230         int cb_gain  = fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 231         int cb_shift = subfrm->grid_index;
 232         int cb_sign  = subfrm->pulse_sign;
 233         int cb_pos   = subfrm->pulse_pos;
 234         int offset, beta, lag;
 235
 236         for (i = 0; i < 8; i += 2) {
 237             offset         = ((cb_pos & 7) << 3) + cb_shift + i;
 238             vector[offset] = (cb_sign & 1) ? cb_gain : -cb_gain;
 239             cb_pos  >>= 3;
 240             cb_sign >>= 1;
 241         }
 242
 243         /* Enhance harmonic components */
 244         lag  = pitch_contrib[subfrm->ad_cb_gain << 1] + pitch_lag +
 245                subfrm->ad_cb_lag - 1;
 246         beta = pitch_contrib[(subfrm->ad_cb_gain << 1) + 1];
 247
 248         if (lag < SUBFRAME_LEN - 2) {
 249             for (i = lag; i < SUBFRAME_LEN; i++)
 250                 vector[i] += beta * vector[i - lag] >> 15;
 251         }
 252     }
 253 }
 254
 255 /**
 256  * Estimate maximum auto-correlation around pitch lag.
 257  *
 258  * @param buf       buffer with offset applied
 259  * @param offset    offset of the excitation vector
 260  * @param ccr_max   pointer to the maximum auto-correlation
 261  * @param pitch_lag decoded pitch lag
 262  * @param length    length of autocorrelation
 263  * @param dir       forward lag(1) / backward lag(-1)
 264  */
 265 static int autocorr_max(const int16_t *buf, int offset, int *ccr_max,
 266                         int pitch_lag, int length, int dir)
 267 {
 268     int limit, ccr, lag = 0;
 269     int i;
 270
 271     pitch_lag = FFMIN(PITCH_MAX - 3, pitch_lag);
 272     if (dir > 0)
 273         limit = FFMIN(FRAME_LEN + PITCH_MAX - offset - length, pitch_lag + 3);
 274     else
 275         limit = pitch_lag + 3;
 276
 277     for (i = pitch_lag - 3; i <= limit; i++) {
 278         ccr = ff_g723_1_dot_product(buf, buf + dir * i, length);
 279
 280         if (ccr > *ccr_max) {
 281             *ccr_max = ccr;
 282             lag = i;
 283         }
 284     }
 285     return lag;
 286 }
 287
 288 /**
 289  * Calculate pitch postfilter optimal and scaling gains.
 290  *
 291  * @param lag      pitch postfilter forward/backward lag
 292  * @param ppf      pitch postfilter parameters
 293  * @param cur_rate current bitrate
 294  * @param tgt_eng  target energy
 295  * @param ccr      cross-correlation
 296  * @param res_eng  residual energy
 297  */
 298 static void comp_ppf_gains(int lag, PPFParam *ppf, enum Rate cur_rate,
 299                            int tgt_eng, int ccr, int res_eng)
 300 {
 301     int pf_residual;     /* square of postfiltered residual */
 302     int temp1, temp2;
 303
 304     ppf->index = lag;
 305
 306     temp1 = tgt_eng * res_eng >> 1;
 307     temp2 = ccr * ccr << 1;
 308
 309     if (temp2 > temp1) {
 310         if (ccr >= res_eng) {
 311             ppf->opt_gain = ppf_gain_weight[cur_rate];
 312         } else {
 313             ppf->opt_gain = (ccr << 15) / res_eng *
 314                             ppf_gain_weight[cur_rate] >> 15;
 315         }
 316         /* pf_res^2 = tgt_eng + 2*ccr*gain + res_eng*gain^2 */
 317         temp1       = (tgt_eng << 15) + (ccr * ppf->opt_gain << 1);
 318         temp2       = (ppf->opt_gain * ppf->opt_gain >> 15) * res_eng;
 319         pf_residual = av_sat_add32(temp1, temp2 + (1 << 15)) >> 16;
 320
 321         if (tgt_eng >= pf_residual << 1) {
 322             temp1 = 0x7fff;
 323         } else {
 324             temp1 = (tgt_eng << 14) / pf_residual;
 325         }
 326
 327         /* scaling_gain = sqrt(tgt_eng/pf_res^2) */
 328         ppf->sc_gain = square_root(temp1 << 16);
 329     } else {
 330         ppf->opt_gain = 0;
 331         ppf->sc_gain  = 0x7fff;
 332     }
 333
 334     ppf->opt_gain = av_clip_int16(ppf->opt_gain * ppf->sc_gain >> 15);
 335 }
 336
 337 /**
 338  * Calculate pitch postfilter parameters.
 339  *
 340  * @param p         the context
 341  * @param offset    offset of the excitation vector
 342  * @param pitch_lag decoded pitch lag
 343  * @param ppf       pitch postfilter parameters
 344  * @param cur_rate  current bitrate
 345  */
 346 static void comp_ppf_coeff(G723_1_Context *p, int offset, int pitch_lag,
 347                            PPFParam *ppf, enum Rate cur_rate)
 348 {
 349
 350     int16_t scale;
 351     int i;
 352     int temp1, temp2;
 353
 354     /*
 355      * 0 - target energy
 356      * 1 - forward cross-correlation
 357      * 2 - forward residual energy
 358      * 3 - backward cross-correlation
 359      * 4 - backward residual energy
 360      */
 361     int energy[5] = {0, 0, 0, 0, 0};
 362     int16_t *buf  = p->audio + LPC_ORDER + offset;
 363     int fwd_lag   = autocorr_max(buf, offset, &energy[1], pitch_lag,
 364                                  SUBFRAME_LEN, 1);
 365     int back_lag  = autocorr_max(buf, offset, &energy[3], pitch_lag,
 366                                  SUBFRAME_LEN, -1);
 367
 368     ppf->index    = 0;
 369     ppf->opt_gain = 0;
 370     ppf->sc_gain  = 0x7fff;
 371
 372     /* Case 0, Section 3.6 */
 373     if (!back_lag && !fwd_lag)
 374         return;
 375
 376     /* Compute target energy */
 377     energy[0] = ff_g723_1_dot_product(buf, buf, SUBFRAME_LEN);
 378
 379     /* Compute forward residual energy */
 380     if (fwd_lag)
 381         energy[2] = ff_g723_1_dot_product(buf + fwd_lag, buf + fwd_lag,
 382                                           SUBFRAME_LEN);
 383
 384     /* Compute backward residual energy */
 385     if (back_lag)
 386         energy[4] = ff_g723_1_dot_product(buf - back_lag, buf - back_lag,
 387                                           SUBFRAME_LEN);
 388
 389     /* Normalize and shorten */
 390     temp1 = 0;
 391     for (i = 0; i < 5; i++)
 392         temp1 = FFMAX(energy[i], temp1);
 393
 394     scale = ff_g723_1_normalize_bits(temp1, 31);
 395     for (i = 0; i < 5; i++)
 396         energy[i] = (energy[i] << scale) >> 16;
 397
 398     if (fwd_lag && !back_lag) {  /* Case 1 */
 399         comp_ppf_gains(fwd_lag,  ppf, cur_rate, energy[0], energy[1],
 400                        energy[2]);
 401     } else if (!fwd_lag) {       /* Case 2 */
 402         comp_ppf_gains(-back_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[3],
 403                        energy[4]);
 404     } else {                     /* Case 3 */
 405
 406         /*
 407          * Select the largest of energy[1]^2/energy[2]
 408          * and energy[3]^2/energy[4]
 409          */
 410         temp1 = energy[4] * ((energy[1] * energy[1] + (1 << 14)) >> 15);
 411         temp2 = energy[2] * ((energy[3] * energy[3] + (1 << 14)) >> 15);
 412         if (temp1 >= temp2) {
 413             comp_ppf_gains(fwd_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[1],
 414                            energy[2]);
 415         } else {
 416             comp_ppf_gains(-back_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[3],
 417                            energy[4]);
 418         }
 419     }
 420 }
 421
 422 /**
 423  * Classify frames as voiced/unvoiced.
 424  *
 425  * @param p         the context
 426  * @param pitch_lag decoded pitch_lag
 427  * @param exc_eng   excitation energy estimation
 428  * @param scale     scaling factor of exc_eng
 429  *
 430  * @return residual interpolation index if voiced, 0 otherwise
 431  */
 432 static int comp_interp_index(G723_1_Context *p, int pitch_lag,
 433                              int *exc_eng, int *scale)
 434 {
 435     int offset = PITCH_MAX + 2 * SUBFRAME_LEN;
 436     int16_t *buf = p->audio + LPC_ORDER;
 437
 438     int index, ccr, tgt_eng, best_eng, temp;
 439
 440     *scale = ff_g723_1_scale_vector(buf, p->excitation, FRAME_LEN + PITCH_MAX);
 441     buf   += offset;
 442
 443     /* Compute maximum backward cross-correlation */
 444     ccr   = 0;
 445     index = autocorr_max(buf, offset, &ccr, pitch_lag, SUBFRAME_LEN * 2, -1);
 446     ccr   = av_sat_add32(ccr, 1 << 15) >> 16;
 447
 448     /* Compute target energy */
 449     tgt_eng  = ff_g723_1_dot_product(buf, buf, SUBFRAME_LEN * 2);
 450     *exc_eng = av_sat_add32(tgt_eng, 1 << 15) >> 16;
 451
 452     if (ccr <= 0)
 453         return 0;
 454
 455     /* Compute best energy */
 456     best_eng = ff_g723_1_dot_product(buf - index, buf - index,
 457                                      SUBFRAME_LEN * 2);
 458     best_eng = av_sat_add32(best_eng, 1 << 15) >> 16;
 459
 460     temp = best_eng * *exc_eng >> 3;
 461
 462     if (temp < ccr * ccr) {
 463         return index;
 464     } else
 465         return 0;
 466 }
 467
 468 /**
 469  * Perform residual interpolation based on frame classification.
 470  *
 471  * @param buf   decoded excitation vector
 472  * @param out   output vector
 473  * @param lag   decoded pitch lag
 474  * @param gain  interpolated gain
 475  * @param rseed seed for random number generator
 476  */
 477 static void residual_interp(int16_t *buf, int16_t *out, int lag,
 478                             int gain, int *rseed)
 479 {
 480     int i;
 481     if (lag) { /* Voiced */
 482         int16_t *vector_ptr = buf + PITCH_MAX;
 483         /* Attenuate */
 484         for (i = 0; i < lag; i++)
 485             out[i] = vector_ptr[i - lag] * 3 >> 2;
 486         av_memcpy_backptr((uint8_t*)(out + lag), lag * sizeof(*out),
 487                           (FRAME_LEN - lag) * sizeof(*out));
 488     } else {  /* Unvoiced */
 489         for (i = 0; i < FRAME_LEN; i++) {
 490             *rseed = *rseed * 521 + 259;
 491             out[i] = gain * *rseed >> 15;
 492         }
 493         memset(buf, 0, (FRAME_LEN + PITCH_MAX) * sizeof(*buf));
 494     }
 495 }
 496
 497 /**
 498  * Perform IIR filtering.
 499  *
 500  * @param fir_coef FIR coefficients
 501  * @param iir_coef IIR coefficients
 502  * @param src      source vector
 503  * @param dest     destination vector
 504  * @param width    width of the output, 16 bits(0) / 32 bits(1)
 505  */
 506 #define iir_filter(fir_coef, iir_coef, src, dest, width)\
 507 {\
 508     int m, n;\
 509     int res_shift = 16 & ~-(width);\
 510     int in_shift  = 16 - res_shift;\
 511 \
 512     for (m = 0; m < SUBFRAME_LEN; m++) {\
 513         int64_t filter = 0;\
 514         for (n = 1; n <= LPC_ORDER; n++) {\
 515             filter -= (fir_coef)[n - 1] * (src)[m - n] -\
 516                       (iir_coef)[n - 1] * ((dest)[m - n] >> in_shift);\
 517         }\
 518 \
 519         (dest)[m] = av_clipl_int32(((src)[m] << 16) + (filter << 3) +\
 520                                    (1 << 15)) >> res_shift;\
 521     }\
 522 }
 523
 524 /**
 525  * Adjust gain of postfiltered signal.
 526  *
 527  * @param p      the context
 528  * @param buf    postfiltered output vector
 529  * @param energy input energy coefficient
 530  */
 531 static void gain_scale(G723_1_Context *p, int16_t * buf, int energy)
 532 {
 533     int num, denom, gain, bits1, bits2;
 534     int i;
 535
 536     num   = energy;
 537     denom = 0;
 538     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
 539         int temp = buf[i] >> 2;
 540         temp *= temp;
 541         denom = av_sat_dadd32(denom, temp);
 542     }
 543
 544     if (num && denom) {
 545         bits1   = ff_g723_1_normalize_bits(num,   31);
 546         bits2   = ff_g723_1_normalize_bits(denom, 31);
 547         num     = num << bits1 >> 1;
 548         denom <<= bits2;
 549
 550         bits2 = 5 + bits1 - bits2;
 551         bits2 = FFMAX(0, bits2);
 552
 553         gain = (num >> 1) / (denom >> 16);
 554         gain = square_root(gain << 16 >> bits2);
 555     } else {
 556         gain = 1 << 12;
 557     }
 558
 559     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
 560         p->pf_gain = (15 * p->pf_gain + gain + (1 << 3)) >> 4;
 561         buf[i]     = av_clip_int16((buf[i] * (p->pf_gain + (p->pf_gain >> 4)) +
 562                                    (1 << 10)) >> 11);
 563     }
 564 }
 565
 566 /**
 567  * Perform formant filtering.
 568  *
 569  * @param p   the context
 570  * @param lpc quantized lpc coefficients
 571  * @param buf input buffer
 572  * @param dst output buffer
 573  */
 574 static void formant_postfilter(G723_1_Context *p, int16_t *lpc,
 575                                int16_t *buf, int16_t *dst)
 576 {
 577     int16_t filter_coef[2][LPC_ORDER];
 578     int filter_signal[LPC_ORDER + FRAME_LEN], *signal_ptr;
 579     int i, j, k;
 580
 581     memcpy(buf, p->fir_mem, LPC_ORDER * sizeof(*buf));
 582     memcpy(filter_signal, p->iir_mem, LPC_ORDER * sizeof(*filter_signal));
 583
 584     for (i = LPC_ORDER, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++) {
 585         for (k = 0; k < LPC_ORDER; k++) {
 586             filter_coef[0][k] = (-lpc[k] * postfilter_tbl[0][k] +
 587                                  (1 << 14)) >> 15;
 588             filter_coef[1][k] = (-lpc[k] * postfilter_tbl[1][k] +
 589                                  (1 << 14)) >> 15;
 590         }
 591         iir_filter(filter_coef[0], filter_coef[1], buf + i, filter_signal + i, 1);
 592         lpc += LPC_ORDER;
 593     }
 594
 595     memcpy(p->fir_mem, buf + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(int16_t));
 596     memcpy(p->iir_mem, filter_signal + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(int));
 597
 598     buf += LPC_ORDER;
 599     signal_ptr = filter_signal + LPC_ORDER;
 600     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 601         int temp;
 602         int auto_corr[2];
 603         int scale, energy;
 604
 605         /* Normalize */
 606         scale = ff_g723_1_scale_vector(dst, buf, SUBFRAME_LEN);
 607
 608         /* Compute auto correlation coefficients */
 609         auto_corr[0] = ff_g723_1_dot_product(dst, dst + 1, SUBFRAME_LEN - 1);
 610         auto_corr[1] = ff_g723_1_dot_product(dst, dst,     SUBFRAME_LEN);
 611
 612         /* Compute reflection coefficient */
 613         temp = auto_corr[1] >> 16;
 614         if (temp) {
 615             temp = (auto_corr[0] >> 2) / temp;
 616         }
 617         p->reflection_coef = (3 * p->reflection_coef + temp + 2) >> 2;
 618         temp = -p->reflection_coef >> 1 & ~3;
 619
 620         /* Compensation filter */
 621         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN; j++) {
 622             dst[j] = av_sat_dadd32(signal_ptr[j],
 623                                    (signal_ptr[j - 1] >> 16) * temp) >> 16;
 624         }
 625
 626         /* Compute normalized signal energy */
 627         temp = 2 * scale + 4;
 628         if (temp < 0) {
 629             energy = av_clipl_int32((int64_t)auto_corr[1] << -temp);
 630         } else
 631             energy = auto_corr[1] >> temp;
 632
 633         gain_scale(p, dst, energy);
 634
 635         buf        += SUBFRAME_LEN;
 636         signal_ptr += SUBFRAME_LEN;
 637         dst        += SUBFRAME_LEN;
 638     }
 639 }
 640
 641 static int sid_gain_to_lsp_index(int gain)
 642 {
 643     if (gain < 0x10)
 644         return gain << 6;
 645     else if (gain < 0x20)
 646         return gain - 8 << 7;
 647     else
 648         return gain - 20 << 8;
 649 }
 650
 651 static inline int cng_rand(int *state, int base)
 652 {
 653     *state = (*state * 521 + 259) & 0xFFFF;
 654     return (*state & 0x7FFF) * base >> 15;
 655 }
 656
 657 static int estimate_sid_gain(G723_1_Context *p)
 658 {
 659     int i, shift, seg, seg2, t, val, val_add, x, y;
 660
 661     shift = 16 - p->cur_gain * 2;
 662     if (shift > 0)
 663         t = p->sid_gain << shift;
 664     else
 665         t = p->sid_gain >> -shift;
 666     x = t * cng_filt[0] >> 16;
 667
 668     if (x >= cng_bseg[2])
 669         return 0x3F;
 670
 671     if (x >= cng_bseg[1]) {
 672         shift = 4;
 673         seg   = 3;
 674     } else {
 675         shift = 3;
 676         seg   = (x >= cng_bseg[0]);
 677     }
 678     seg2 = FFMIN(seg, 3);
 679
 680     val     = 1 << shift;
 681     val_add = val >> 1;
 682     for (i = 0; i < shift; i++) {
 683         t = seg * 32 + (val << seg2);
 684         t *= t;
 685         if (x >= t)
 686             val += val_add;
 687         else
 688             val -= val_add;
 689         val_add >>= 1;
 690     }
 691
 692     t = seg * 32 + (val << seg2);
 693     y = t * t - x;
 694     if (y <= 0) {
 695         t = seg * 32 + (val + 1 << seg2);
 696         t = t * t - x;
 697         val = (seg2 - 1 << 4) + val;
 698         if (t >= y)
 699             val++;
 700     } else {
 701         t = seg * 32 + (val - 1 << seg2);
 702         t = t * t - x;
 703         val = (seg2 - 1 << 4) + val;
 704         if (t >= y)
 705             val--;
 706     }
 707
 708     return val;
 709 }
 710
 711 static void generate_noise(G723_1_Context *p)
 712 {
 713     int i, j, idx, t;
 714     int off[SUBFRAMES];
 715     int signs[SUBFRAMES / 2 * 11], pos[SUBFRAMES / 2 * 11];
 716     int tmp[SUBFRAME_LEN * 2];
 717     int16_t *vector_ptr;
 718     int64_t sum;
 719     int b0, c, delta, x, shift;
 720
 721     p->pitch_lag[0] = cng_rand(&p->cng_random_seed, 21) + 123;
 722     p->pitch_lag[1] = cng_rand(&p->cng_random_seed, 19) + 123;
 723
 724     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 725         p->subframe[i].ad_cb_gain = cng_rand(&p->cng_random_seed, 50) + 1;
 726         p->subframe[i].ad_cb_lag  = cng_adaptive_cb_lag[i];
 727     }
 728
 729     for (i = 0; i < SUBFRAMES / 2; i++) {
 730         t = cng_rand(&p->cng_random_seed, 1 << 13);
 731         off[i * 2]     =   t       & 1;
 732         off[i * 2 + 1] = ((t >> 1) & 1) + SUBFRAME_LEN;
 733         t >>= 2;
 734         for (j = 0; j < 11; j++) {
 735             signs[i * 11 + j] = (t & 1) * 2 - 1 << 14;
 736             t >>= 1;
 737         }
 738     }
 739
 740     idx = 0;
 741     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 742         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN / 2; j++)
 743             tmp[j] = j;
 744         t = SUBFRAME_LEN / 2;
 745         for (j = 0; j < pulses[i]; j++, idx++) {
 746             int idx2 = cng_rand(&p->cng_random_seed, t);
 747
 748             pos[idx]  = tmp[idx2] * 2 + off[i];
 749             tmp[idx2] = tmp[--t];
 750         }
 751     }
 752
 753     vector_ptr = p->audio + LPC_ORDER;
 754     memcpy(vector_ptr, p->prev_excitation,
 755            PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 756     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i += 2) {
 757         ff_g723_1_gen_acb_excitation(vector_ptr, vector_ptr,
 758                                      p->pitch_lag[i >> 1], &p->subframe[i],
 759                                      p->cur_rate);
 760         ff_g723_1_gen_acb_excitation(vector_ptr + SUBFRAME_LEN,
 761                                      vector_ptr + SUBFRAME_LEN,
 762                                      p->pitch_lag[i >> 1], &p->subframe[i + 1],
 763                                      p->cur_rate);
 764
 765         t = 0;
 766         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++)
 767             t |= FFABS(vector_ptr[j]);
 768         t = FFMIN(t, 0x7FFF);
 769         if (!t) {
 770             shift = 0;
 771         } else {
 772             shift = -10 + av_log2(t);
 773             if (shift < -2)
 774                 shift = -2;
 775         }
 776         sum = 0;
 777         if (shift < 0) {
 778            for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++) {
 779                t      = vector_ptr[j] << -shift;
 780                sum   += t * t;
 781                tmp[j] = t;
 782            }
 783         } else {
 784            for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++) {
 785                t      = vector_ptr[j] >> shift;
 786                sum   += t * t;
 787                tmp[j] = t;
 788            }
 789         }
 790
 791         b0 = 0;
 792         for (j = 0; j < 11; j++)
 793             b0 += tmp[pos[(i / 2) * 11 + j]] * signs[(i / 2) * 11 + j];
 794         b0 = b0 * 2 * 2979LL + (1 << 29) >> 30; // approximated division by 11
 795
 796         c = p->cur_gain * (p->cur_gain * SUBFRAME_LEN >> 5);
 797         if (shift * 2 + 3 >= 0)
 798             c >>= shift * 2 + 3;
 799         else
 800             c <<= -(shift * 2 + 3);
 801         c = (av_clipl_int32(sum << 1) - c) * 2979LL >> 15;
 802
 803         delta = b0 * b0 * 2 - c;
 804         if (delta <= 0) {
 805             x = -b0;
 806         } else {
 807             delta = square_root(delta);
 808             x     = delta - b0;
 809             t     = delta + b0;
 810             if (FFABS(t) < FFABS(x))
 811                 x = -t;
 812         }
 813         shift++;
 814         if (shift < 0)
 815            x >>= -shift;
 816         else
 817            x <<= shift;
 818         x = av_clip(x, -10000, 10000);
 819
 820         for (j = 0; j < 11; j++) {
 821             idx = (i / 2) * 11 + j;
 822             vector_ptr[pos[idx]] = av_clip_int16(vector_ptr[pos[idx]] +
 823                                                  (x * signs[idx] >> 15));
 824         }
 825
 826         /* copy decoded data to serve as a history for the next decoded subframes */
 827         memcpy(vector_ptr + PITCH_MAX, vector_ptr,
 828                sizeof(*vector_ptr) * SUBFRAME_LEN * 2);
 829         vector_ptr += SUBFRAME_LEN * 2;
 830     }
 831     /* Save the excitation for the next frame */
 832     memcpy(p->prev_excitation, p->audio + LPC_ORDER + FRAME_LEN,
 833            PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 834 }
 835
 836 static int g723_1_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 837                                int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 838 {
 839     G723_1_Context *p  = avctx->priv_data;
 840     AVFrame *frame     = data;
 841     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 842     int buf_size       = avpkt->size;
 843     int dec_mode       = buf[0] & 3;
 844
 845     PPFParam ppf[SUBFRAMES];
 846     int16_t cur_lsp[LPC_ORDER];
 847     int16_t lpc[SUBFRAMES * LPC_ORDER];
 848     int16_t acb_vector[SUBFRAME_LEN];
 849     int16_t *out;
 850     int bad_frame = 0, i, j, ret;
 851     int16_t *audio = p->audio;
 852
 853     if (buf_size < frame_size[dec_mode]) {
 854         if (buf_size)
 855             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
 856                    "Expected %d bytes, got %d - skipping packet\n",
 857                    frame_size[dec_mode], buf_size);
 858         *got_frame_ptr = 0;
 859         return buf_size;
 860     }
 861
 862     if (unpack_bitstream(p, buf, buf_size) < 0) {
 863         bad_frame = 1;
 864         if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME)
 865             p->cur_frame_type = ACTIVE_FRAME;
 866         else
 867             p->cur_frame_type = UNTRANSMITTED_FRAME;
 868     }
 869
 870     frame->nb_samples = FRAME_LEN;
 871     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
 872         return ret;
 873
 874     out = (int16_t *)frame->data[0];
 875
 876     if (p->cur_frame_type == ACTIVE_FRAME) {
 877         if (!bad_frame)
 878             p->erased_frames = 0;
 879         else if (p->erased_frames != 3)
 880             p->erased_frames++;
 881
 882         ff_g723_1_inverse_quant(cur_lsp, p->prev_lsp, p->lsp_index, bad_frame);
 883         ff_g723_1_lsp_interpolate(lpc, cur_lsp, p->prev_lsp);
 884
 885         /* Save the lsp_vector for the next frame */
 886         memcpy(p->prev_lsp, cur_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
 887
 888         /* Generate the excitation for the frame */
 889         memcpy(p->excitation, p->prev_excitation,
 890                PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 891         if (!p->erased_frames) {
 892             int16_t *vector_ptr = p->excitation + PITCH_MAX;
 893
 894             /* Update interpolation gain memory */
 895             p->interp_gain = fixed_cb_gain[(p->subframe[2].amp_index +
 896                                             p->subframe[3].amp_index) >> 1];
 897             for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 898                 gen_fcb_excitation(vector_ptr, &p->subframe[i], p->cur_rate,
 899                                    p->pitch_lag[i >> 1], i);
 900                 ff_g723_1_gen_acb_excitation(acb_vector,
 901                                              &p->excitation[SUBFRAME_LEN * i],
 902                                              p->pitch_lag[i >> 1],
 903                                              &p->subframe[i], p->cur_rate);
 904                 /* Get the total excitation */
 905                 for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN; j++) {
 906                     int v = av_clip_int16(vector_ptr[j] << 1);
 907                     vector_ptr[j] = av_clip_int16(v + acb_vector[j]);
 908                 }
 909                 vector_ptr += SUBFRAME_LEN;
 910             }
 911
 912             vector_ptr = p->excitation + PITCH_MAX;
 913
 914             p->interp_index = comp_interp_index(p, p->pitch_lag[1],
 915                                                 &p->sid_gain, &p->cur_gain);
 916
 917             /* Perform pitch postfiltering */
 918             if (p->postfilter) {
 919                 i = PITCH_MAX;
 920                 for (j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
 921                     comp_ppf_coeff(p, i, p->pitch_lag[j >> 1],
 922                                    ppf + j, p->cur_rate);
 923
 924                 for (i = 0, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
 925                     ff_acelp_weighted_vector_sum(p->audio + LPC_ORDER + i,
 926                                                  vector_ptr + i,
 927                                                  vector_ptr + i + ppf[j].index,
 928                                                  ppf[j].sc_gain,
 929                                                  ppf[j].opt_gain,
 930                                                  1 << 14, 15, SUBFRAME_LEN);
 931             } else {
 932                 audio = vector_ptr - LPC_ORDER;
 933             }
 934
 935             /* Save the excitation for the next frame */
 936             memcpy(p->prev_excitation, p->excitation + FRAME_LEN,
 937                    PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 938         } else {
 939             p->interp_gain = (p->interp_gain * 3 + 2) >> 2;
 940             if (p->erased_frames == 3) {
 941                 /* Mute output */
 942                 memset(p->excitation, 0,
 943                        (FRAME_LEN + PITCH_MAX) * sizeof(*p->excitation));
 944                 memset(p->prev_excitation, 0,
 945                        PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 946                 memset(frame->data[0], 0,
 947                        (FRAME_LEN + LPC_ORDER) * sizeof(int16_t));
 948             } else {
 949                 int16_t *buf = p->audio + LPC_ORDER;
 950
 951                 /* Regenerate frame */
 952                 residual_interp(p->excitation, buf, p->interp_index,
 953                                 p->interp_gain, &p->random_seed);
 954
 955                 /* Save the excitation for the next frame */
 956                 memcpy(p->prev_excitation, buf + (FRAME_LEN - PITCH_MAX),
 957                        PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 958             }
 959         }
 960         p->cng_random_seed = CNG_RANDOM_SEED;
 961     } else {
 962         if (p->cur_frame_type == SID_FRAME) {
 963             p->sid_gain = sid_gain_to_lsp_index(p->subframe[0].amp_index);
 964             ff_g723_1_inverse_quant(p->sid_lsp, p->prev_lsp, p->lsp_index, 0);
 965         } else if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME) {
 966             p->sid_gain = estimate_sid_gain(p);
 967         }
 968
 969         if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME)
 970             p->cur_gain = p->sid_gain;
 971         else
 972             p->cur_gain = (p->cur_gain * 7 + p->sid_gain) >> 3;
 973         generate_noise(p);
 974         ff_g723_1_lsp_interpolate(lpc, p->sid_lsp, p->prev_lsp);
 975         /* Save the lsp_vector for the next frame */
 976         memcpy(p->prev_lsp, p->sid_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
 977     }
 978
 979     p->past_frame_type = p->cur_frame_type;
 980
 981     memcpy(p->audio, p->synth_mem, LPC_ORDER * sizeof(*p->audio));
 982     for (i = LPC_ORDER, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
 983         ff_celp_lp_synthesis_filter(p->audio + i, &lpc[j * LPC_ORDER],
 984                                     audio + i, SUBFRAME_LEN, LPC_ORDER,
 985                                     0, 1, 1 << 12);
 986     memcpy(p->synth_mem, p->audio + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(*p->audio));
 987
 988     if (p->postfilter) {
 989         formant_postfilter(p, lpc, p->audio, out);
 990     } else { // if output is not postfiltered it should be scaled by 2
 991         for (i = 0; i < FRAME_LEN; i++)
 992             out[i] = av_clip_int16(p->audio[LPC_ORDER + i] << 1);
 993     }
 994
 995     *got_frame_ptr = 1;
 996
 997     return frame_size[dec_mode];
 998 }
 999
1000 #define OFFSET(x) offsetof(G723_1_Context, x)
1001 #define AD     AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM | AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM
1002
1003 static const AVOption options[] = {
1004     { "postfilter", "enable postfilter", OFFSET(postfilter), AV_OPT_TYPE_BOOL,
1005       { .i64 = 1 }, 0, 1, AD },
1006     { NULL }
1007 };
1008
1009
1010 static const AVClass g723_1dec_class = {
1011     .class_name = "G.723.1 decoder",
1012     .item_name  = av_default_item_name,
1013     .option     = options,
1014     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
1015 };
1016
1017 AVCodec ff_g723_1_decoder = {
1018     .name           = "g723_1",
1019     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("G.723.1"),
1020     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1021     .id             = AV_CODEC_ID_G723_1,
1022     .priv_data_size = sizeof(G723_1_Context),
1023     .init           = g723_1_decode_init,
1024     .decode         = g723_1_decode_frame,
1025     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_SUBFRAMES | AV_CODEC_CAP_DR1,
1026     .priv_class     = &g723_1dec_class,
1027 };