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 #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 "celp_filters.h"
  36 #include "celp_math.h"
  37 #include "get_bits.h"
  38 #include "internal.h"
  39 #include "g723_1.h"
  40
  41 #define CNG_RANDOM_SEED 12345
  42
  43 static av_cold int g723_1_decode_init(AVCodecContext *avctx)
  44 {
  45     G723_1_Context *s = avctx->priv_data;
  46     G723_1_ChannelContext *p = &s->ch[0];
  47
  48     avctx->sample_fmt     = AV_SAMPLE_FMT_S16P;
  49     if (avctx->channels < 1 || avctx->channels > 2) {
  50         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Only mono and stereo are supported (requested channels: %d).\n", avctx->channels);
  51         return AVERROR(EINVAL);
  52     }
  53     avctx->channel_layout = avctx->channels == 1 ? AV_CH_LAYOUT_MONO : AV_CH_LAYOUT_STEREO;
  54     p->pf_gain = 1 << 12;
  55
  56     memcpy(p->prev_lsp, dc_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
  57     memcpy(p->sid_lsp,  dc_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->sid_lsp));
  58
  59     p->cng_random_seed = CNG_RANDOM_SEED;
  60     p->past_frame_type = SID_FRAME;
  61
  62     return 0;
  63 }
  64
  65 /**
  66  * Unpack the frame into parameters.
  67  *
  68  * @param p           the context
  69  * @param buf         pointer to the input buffer
  70  * @param buf_size    size of the input buffer
  71  */
  72 static int unpack_bitstream(G723_1_ChannelContext *p, const uint8_t *buf,
  73                             int buf_size)
  74 {
  75     GetBitContext gb;
  76     int ad_cb_len;
  77     int temp, info_bits, i;
  78
  79     init_get_bits(&gb, buf, buf_size * 8);
  80
  81     /* Extract frame type and rate info */
  82     info_bits = get_bits(&gb, 2);
  83
  84     if (info_bits == 3) {
  85         p->cur_frame_type = UNTRANSMITTED_FRAME;
  86         return 0;
  87     }
  88
  89     /* Extract 24 bit lsp indices, 8 bit for each band */
  90     p->lsp_index[2] = get_bits(&gb, 8);
  91     p->lsp_index[1] = get_bits(&gb, 8);
  92     p->lsp_index[0] = get_bits(&gb, 8);
  93
  94     if (info_bits == 2) {
  95         p->cur_frame_type = SID_FRAME;
  96         p->subframe[0].amp_index = get_bits(&gb, 6);
  97         return 0;
  98     }
  99
 100     /* Extract the info common to both rates */
 101     p->cur_rate       = info_bits ? RATE_5300 : RATE_6300;
 102     p->cur_frame_type = ACTIVE_FRAME;
 103
 104     p->pitch_lag[0] = get_bits(&gb, 7);
 105     if (p->pitch_lag[0] > 123)       /* test if forbidden code */
 106         return -1;
 107     p->pitch_lag[0] += PITCH_MIN;
 108     p->subframe[1].ad_cb_lag = get_bits(&gb, 2);
 109
 110     p->pitch_lag[1] = get_bits(&gb, 7);
 111     if (p->pitch_lag[1] > 123)
 112         return -1;
 113     p->pitch_lag[1] += PITCH_MIN;
 114     p->subframe[3].ad_cb_lag = get_bits(&gb, 2);
 115     p->subframe[0].ad_cb_lag = 1;
 116     p->subframe[2].ad_cb_lag = 1;
 117
 118     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 119         /* Extract combined gain */
 120         temp = get_bits(&gb, 12);
 121         ad_cb_len = 170;
 122         p->subframe[i].dirac_train = 0;
 123         if (p->cur_rate == RATE_6300 && p->pitch_lag[i >> 1] < SUBFRAME_LEN - 2) {
 124             p->subframe[i].dirac_train = temp >> 11;
 125             temp &= 0x7FF;
 126             ad_cb_len = 85;
 127         }
 128         p->subframe[i].ad_cb_gain = FASTDIV(temp, GAIN_LEVELS);
 129         if (p->subframe[i].ad_cb_gain < ad_cb_len) {
 130             p->subframe[i].amp_index = temp - p->subframe[i].ad_cb_gain *
 131                                        GAIN_LEVELS;
 132         } else {
 133             return -1;
 134         }
 135     }
 136
 137     p->subframe[0].grid_index = get_bits1(&gb);
 138     p->subframe[1].grid_index = get_bits1(&gb);
 139     p->subframe[2].grid_index = get_bits1(&gb);
 140     p->subframe[3].grid_index = get_bits1(&gb);
 141
 142     if (p->cur_rate == RATE_6300) {
 143         skip_bits1(&gb);  /* skip reserved bit */
 144
 145         /* Compute pulse_pos index using the 13-bit combined position index */
 146         temp = get_bits(&gb, 13);
 147         p->subframe[0].pulse_pos = temp / 810;
 148
 149         temp -= p->subframe[0].pulse_pos * 810;
 150         p->subframe[1].pulse_pos = FASTDIV(temp, 90);
 151
 152         temp -= p->subframe[1].pulse_pos * 90;
 153         p->subframe[2].pulse_pos = FASTDIV(temp, 9);
 154         p->subframe[3].pulse_pos = temp - p->subframe[2].pulse_pos * 9;
 155
 156         p->subframe[0].pulse_pos = (p->subframe[0].pulse_pos << 16) +
 157                                    get_bits(&gb, 16);
 158         p->subframe[1].pulse_pos = (p->subframe[1].pulse_pos << 14) +
 159                                    get_bits(&gb, 14);
 160         p->subframe[2].pulse_pos = (p->subframe[2].pulse_pos << 16) +
 161                                    get_bits(&gb, 16);
 162         p->subframe[3].pulse_pos = (p->subframe[3].pulse_pos << 14) +
 163                                    get_bits(&gb, 14);
 164
 165         p->subframe[0].pulse_sign = get_bits(&gb, 6);
 166         p->subframe[1].pulse_sign = get_bits(&gb, 5);
 167         p->subframe[2].pulse_sign = get_bits(&gb, 6);
 168         p->subframe[3].pulse_sign = get_bits(&gb, 5);
 169     } else { /* 5300 bps */
 170         p->subframe[0].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 171         p->subframe[1].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 172         p->subframe[2].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 173         p->subframe[3].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 174
 175         p->subframe[0].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 176         p->subframe[1].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 177         p->subframe[2].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 178         p->subframe[3].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 179     }
 180
 181     return 0;
 182 }
 183
 184 /**
 185  * Bitexact implementation of sqrt(val/2).
 186  */
 187 static int16_t square_root(unsigned val)
 188 {
 189     av_assert2(!(val & 0x80000000));
 190
 191     return (ff_sqrt(val << 1) >> 1) & (~1);
 192 }
 193
 194 /**
 195  * Generate fixed codebook excitation vector.
 196  *
 197  * @param vector    decoded excitation vector
 198  * @param subfrm    current subframe
 199  * @param cur_rate  current bitrate
 200  * @param pitch_lag closed loop pitch lag
 201  * @param index     current subframe index
 202  */
 203 static void gen_fcb_excitation(int16_t *vector, G723_1_Subframe *subfrm,
 204                                enum Rate cur_rate, int pitch_lag, int index)
 205 {
 206     int temp, i, j;
 207
 208     memset(vector, 0, SUBFRAME_LEN * sizeof(*vector));
 209
 210     if (cur_rate == RATE_6300) {
 211         if (subfrm->pulse_pos >= max_pos[index])
 212             return;
 213
 214         /* Decode amplitudes and positions */
 215         j = PULSE_MAX - pulses[index];
 216         temp = subfrm->pulse_pos;
 217         for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN / GRID_SIZE; i++) {
 218             temp -= combinatorial_table[j][i];
 219             if (temp >= 0)
 220                 continue;
 221             temp += combinatorial_table[j++][i];
 222             if (subfrm->pulse_sign & (1 << (PULSE_MAX - j))) {
 223                 vector[subfrm->grid_index + GRID_SIZE * i] =
 224                                         -fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 225             } else {
 226                 vector[subfrm->grid_index + GRID_SIZE * i] =
 227                                          fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 228             }
 229             if (j == PULSE_MAX)
 230                 break;
 231         }
 232         if (subfrm->dirac_train == 1)
 233             ff_g723_1_gen_dirac_train(vector, pitch_lag);
 234     } else { /* 5300 bps */
 235         int cb_gain  = fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 236         int cb_shift = subfrm->grid_index;
 237         int cb_sign  = subfrm->pulse_sign;
 238         int cb_pos   = subfrm->pulse_pos;
 239         int offset, beta, lag;
 240
 241         for (i = 0; i < 8; i += 2) {
 242             offset         = ((cb_pos & 7) << 3) + cb_shift + i;
 243             vector[offset] = (cb_sign & 1) ? cb_gain : -cb_gain;
 244             cb_pos  >>= 3;
 245             cb_sign >>= 1;
 246         }
 247
 248         /* Enhance harmonic components */
 249         lag  = pitch_contrib[subfrm->ad_cb_gain << 1] + pitch_lag +
 250                subfrm->ad_cb_lag - 1;
 251         beta = pitch_contrib[(subfrm->ad_cb_gain << 1) + 1];
 252
 253         if (lag < SUBFRAME_LEN - 2) {
 254             for (i = lag; i < SUBFRAME_LEN; i++)
 255                 vector[i] += beta * vector[i - lag] >> 15;
 256         }
 257     }
 258 }
 259
 260 /**
 261  * Estimate maximum auto-correlation around pitch lag.
 262  *
 263  * @param buf       buffer with offset applied
 264  * @param offset    offset of the excitation vector
 265  * @param ccr_max   pointer to the maximum auto-correlation
 266  * @param pitch_lag decoded pitch lag
 267  * @param length    length of autocorrelation
 268  * @param dir       forward lag(1) / backward lag(-1)
 269  */
 270 static int autocorr_max(const int16_t *buf, int offset, int *ccr_max,
 271                         int pitch_lag, int length, int dir)
 272 {
 273     int limit, ccr, lag = 0;
 274     int i;
 275
 276     pitch_lag = FFMIN(PITCH_MAX - 3, pitch_lag);
 277     if (dir > 0)
 278         limit = FFMIN(FRAME_LEN + PITCH_MAX - offset - length, pitch_lag + 3);
 279     else
 280         limit = pitch_lag + 3;
 281
 282     for (i = pitch_lag - 3; i <= limit; i++) {
 283         ccr = ff_g723_1_dot_product(buf, buf + dir * i, length);
 284
 285         if (ccr > *ccr_max) {
 286             *ccr_max = ccr;
 287             lag = i;
 288         }
 289     }
 290     return lag;
 291 }
 292
 293 /**
 294  * Calculate pitch postfilter optimal and scaling gains.
 295  *
 296  * @param lag      pitch postfilter forward/backward lag
 297  * @param ppf      pitch postfilter parameters
 298  * @param cur_rate current bitrate
 299  * @param tgt_eng  target energy
 300  * @param ccr      cross-correlation
 301  * @param res_eng  residual energy
 302  */
 303 static void comp_ppf_gains(int lag, PPFParam *ppf, enum Rate cur_rate,
 304                            int tgt_eng, int ccr, int res_eng)
 305 {
 306     int pf_residual;     /* square of postfiltered residual */
 307     int temp1, temp2;
 308
 309     ppf->index = lag;
 310
 311     temp1 = tgt_eng * res_eng >> 1;
 312     temp2 = ccr * ccr << 1;
 313
 314     if (temp2 > temp1) {
 315         if (ccr >= res_eng) {
 316             ppf->opt_gain = ppf_gain_weight[cur_rate];
 317         } else {
 318             ppf->opt_gain = (ccr << 15) / res_eng *
 319                             ppf_gain_weight[cur_rate] >> 15;
 320         }
 321         /* pf_res^2 = tgt_eng + 2*ccr*gain + res_eng*gain^2 */
 322         temp1       = (tgt_eng << 15) + (ccr * ppf->opt_gain << 1);
 323         temp2       = (ppf->opt_gain * ppf->opt_gain >> 15) * res_eng;
 324         pf_residual = av_sat_add32(temp1, temp2 + (1 << 15)) >> 16;
 325
 326         if (tgt_eng >= pf_residual << 1) {
 327             temp1 = 0x7fff;
 328         } else {
 329             temp1 = (tgt_eng << 14) / pf_residual;
 330         }
 331
 332         /* scaling_gain = sqrt(tgt_eng/pf_res^2) */
 333         ppf->sc_gain = square_root(temp1 << 16);
 334     } else {
 335         ppf->opt_gain = 0;
 336         ppf->sc_gain  = 0x7fff;
 337     }
 338
 339     ppf->opt_gain = av_clip_int16(ppf->opt_gain * ppf->sc_gain >> 15);
 340 }
 341
 342 /**
 343  * Calculate pitch postfilter parameters.
 344  *
 345  * @param p         the context
 346  * @param offset    offset of the excitation vector
 347  * @param pitch_lag decoded pitch lag
 348  * @param ppf       pitch postfilter parameters
 349  * @param cur_rate  current bitrate
 350  */
 351 static void comp_ppf_coeff(G723_1_ChannelContext *p, int offset, int pitch_lag,
 352                            PPFParam *ppf, enum Rate cur_rate)
 353 {
 354
 355     int16_t scale;
 356     int i;
 357     int temp1, temp2;
 358
 359     /*
 360      * 0 - target energy
 361      * 1 - forward cross-correlation
 362      * 2 - forward residual energy
 363      * 3 - backward cross-correlation
 364      * 4 - backward residual energy
 365      */
 366     int energy[5] = {0, 0, 0, 0, 0};
 367     int16_t *buf  = p->audio + LPC_ORDER + offset;
 368     int fwd_lag   = autocorr_max(buf, offset, &energy[1], pitch_lag,
 369                                  SUBFRAME_LEN, 1);
 370     int back_lag  = autocorr_max(buf, offset, &energy[3], pitch_lag,
 371                                  SUBFRAME_LEN, -1);
 372
 373     ppf->index    = 0;
 374     ppf->opt_gain = 0;
 375     ppf->sc_gain  = 0x7fff;
 376
 377     /* Case 0, Section 3.6 */
 378     if (!back_lag && !fwd_lag)
 379         return;
 380
 381     /* Compute target energy */
 382     energy[0] = ff_g723_1_dot_product(buf, buf, SUBFRAME_LEN);
 383
 384     /* Compute forward residual energy */
 385     if (fwd_lag)
 386         energy[2] = ff_g723_1_dot_product(buf + fwd_lag, buf + fwd_lag,
 387                                           SUBFRAME_LEN);
 388
 389     /* Compute backward residual energy */
 390     if (back_lag)
 391         energy[4] = ff_g723_1_dot_product(buf - back_lag, buf - back_lag,
 392                                           SUBFRAME_LEN);
 393
 394     /* Normalize and shorten */
 395     temp1 = 0;
 396     for (i = 0; i < 5; i++)
 397         temp1 = FFMAX(energy[i], temp1);
 398
 399     scale = ff_g723_1_normalize_bits(temp1, 31);
 400     for (i = 0; i < 5; i++)
 401         energy[i] = (energy[i] << scale) >> 16;
 402
 403     if (fwd_lag && !back_lag) {  /* Case 1 */
 404         comp_ppf_gains(fwd_lag,  ppf, cur_rate, energy[0], energy[1],
 405                        energy[2]);
 406     } else if (!fwd_lag) {       /* Case 2 */
 407         comp_ppf_gains(-back_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[3],
 408                        energy[4]);
 409     } else {                     /* Case 3 */
 410
 411         /*
 412          * Select the largest of energy[1]^2/energy[2]
 413          * and energy[3]^2/energy[4]
 414          */
 415         temp1 = energy[4] * ((energy[1] * energy[1] + (1 << 14)) >> 15);
 416         temp2 = energy[2] * ((energy[3] * energy[3] + (1 << 14)) >> 15);
 417         if (temp1 >= temp2) {
 418             comp_ppf_gains(fwd_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[1],
 419                            energy[2]);
 420         } else {
 421             comp_ppf_gains(-back_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[3],
 422                            energy[4]);
 423         }
 424     }
 425 }
 426
 427 /**
 428  * Classify frames as voiced/unvoiced.
 429  *
 430  * @param p         the context
 431  * @param pitch_lag decoded pitch_lag
 432  * @param exc_eng   excitation energy estimation
 433  * @param scale     scaling factor of exc_eng
 434  *
 435  * @return residual interpolation index if voiced, 0 otherwise
 436  */
 437 static int comp_interp_index(G723_1_ChannelContext *p, int pitch_lag,
 438                              int *exc_eng, int *scale)
 439 {
 440     int offset = PITCH_MAX + 2 * SUBFRAME_LEN;
 441     int16_t *buf = p->audio + LPC_ORDER;
 442
 443     int index, ccr, tgt_eng, best_eng, temp;
 444
 445     *scale = ff_g723_1_scale_vector(buf, p->excitation, FRAME_LEN + PITCH_MAX);
 446     buf   += offset;
 447
 448     /* Compute maximum backward cross-correlation */
 449     ccr   = 0;
 450     index = autocorr_max(buf, offset, &ccr, pitch_lag, SUBFRAME_LEN * 2, -1);
 451     ccr   = av_sat_add32(ccr, 1 << 15) >> 16;
 452
 453     /* Compute target energy */
 454     tgt_eng  = ff_g723_1_dot_product(buf, buf, SUBFRAME_LEN * 2);
 455     *exc_eng = av_sat_add32(tgt_eng, 1 << 15) >> 16;
 456
 457     if (ccr <= 0)
 458         return 0;
 459
 460     /* Compute best energy */
 461     best_eng = ff_g723_1_dot_product(buf - index, buf - index,
 462                                      SUBFRAME_LEN * 2);
 463     best_eng = av_sat_add32(best_eng, 1 << 15) >> 16;
 464
 465     temp = best_eng * *exc_eng >> 3;
 466
 467     if (temp < ccr * ccr) {
 468         return index;
 469     } else
 470         return 0;
 471 }
 472
 473 /**
 474  * Perform residual interpolation based on frame classification.
 475  *
 476  * @param buf   decoded excitation vector
 477  * @param out   output vector
 478  * @param lag   decoded pitch lag
 479  * @param gain  interpolated gain
 480  * @param rseed seed for random number generator
 481  */
 482 static void residual_interp(int16_t *buf, int16_t *out, int lag,
 483                             int gain, int *rseed)
 484 {
 485     int i;
 486     if (lag) { /* Voiced */
 487         int16_t *vector_ptr = buf + PITCH_MAX;
 488         /* Attenuate */
 489         for (i = 0; i < lag; i++)
 490             out[i] = vector_ptr[i - lag] * 3 >> 2;
 491         av_memcpy_backptr((uint8_t*)(out + lag), lag * sizeof(*out),
 492                           (FRAME_LEN - lag) * sizeof(*out));
 493     } else {  /* Unvoiced */
 494         for (i = 0; i < FRAME_LEN; i++) {
 495             *rseed = (int16_t)(*rseed * 521 + 259);
 496             out[i] = gain * *rseed >> 15;
 497         }
 498         memset(buf, 0, (FRAME_LEN + PITCH_MAX) * sizeof(*buf));
 499     }
 500 }
 501
 502 /**
 503  * Perform IIR filtering.
 504  *
 505  * @param fir_coef FIR coefficients
 506  * @param iir_coef IIR coefficients
 507  * @param src      source vector
 508  * @param dest     destination vector
 509  * @param width    width of the output, 16 bits(0) / 32 bits(1)
 510  */
 511 #define iir_filter(fir_coef, iir_coef, src, dest, width)\
 512 {\
 513     int m, n;\
 514     int res_shift = 16 & ~-(width);\
 515     int in_shift  = 16 - res_shift;\
 516 \
 517     for (m = 0; m < SUBFRAME_LEN; m++) {\
 518         int64_t filter = 0;\
 519         for (n = 1; n <= LPC_ORDER; n++) {\
 520             filter -= (fir_coef)[n - 1] * (src)[m - n] -\
 521                       (iir_coef)[n - 1] * ((dest)[m - n] >> in_shift);\
 522         }\
 523 \
 524         (dest)[m] = av_clipl_int32(((src)[m] * 65536) + (filter * 8) +\
 525                                    (1 << 15)) >> res_shift;\
 526     }\
 527 }
 528
 529 /**
 530  * Adjust gain of postfiltered signal.
 531  *
 532  * @param p      the context
 533  * @param buf    postfiltered output vector
 534  * @param energy input energy coefficient
 535  */
 536 static void gain_scale(G723_1_ChannelContext *p, int16_t * buf, int energy)
 537 {
 538     int num, denom, gain, bits1, bits2;
 539     int i;
 540
 541     num   = energy;
 542     denom = 0;
 543     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
 544         int temp = buf[i] >> 2;
 545         temp *= temp;
 546         denom = av_sat_dadd32(denom, temp);
 547     }
 548
 549     if (num && denom) {
 550         bits1   = ff_g723_1_normalize_bits(num,   31);
 551         bits2   = ff_g723_1_normalize_bits(denom, 31);
 552         num     = num << bits1 >> 1;
 553         denom <<= bits2;
 554
 555         bits2 = 5 + bits1 - bits2;
 556         bits2 = av_clip_uintp2(bits2, 5);
 557
 558         gain = (num >> 1) / (denom >> 16);
 559         gain = square_root(gain << 16 >> bits2);
 560     } else {
 561         gain = 1 << 12;
 562     }
 563
 564     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
 565         p->pf_gain = (15 * p->pf_gain + gain + (1 << 3)) >> 4;
 566         buf[i]     = av_clip_int16((buf[i] * (p->pf_gain + (p->pf_gain >> 4)) +
 567                                    (1 << 10)) >> 11);
 568     }
 569 }
 570
 571 /**
 572  * Perform formant filtering.
 573  *
 574  * @param p   the context
 575  * @param lpc quantized lpc coefficients
 576  * @param buf input buffer
 577  * @param dst output buffer
 578  */
 579 static void formant_postfilter(G723_1_ChannelContext *p, int16_t *lpc,
 580                                int16_t *buf, int16_t *dst)
 581 {
 582     int16_t filter_coef[2][LPC_ORDER];
 583     int filter_signal[LPC_ORDER + FRAME_LEN], *signal_ptr;
 584     int i, j, k;
 585
 586     memcpy(buf, p->fir_mem, LPC_ORDER * sizeof(*buf));
 587     memcpy(filter_signal, p->iir_mem, LPC_ORDER * sizeof(*filter_signal));
 588
 589     for (i = LPC_ORDER, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++) {
 590         for (k = 0; k < LPC_ORDER; k++) {
 591             filter_coef[0][k] = (-lpc[k] * postfilter_tbl[0][k] +
 592                                  (1 << 14)) >> 15;
 593             filter_coef[1][k] = (-lpc[k] * postfilter_tbl[1][k] +
 594                                  (1 << 14)) >> 15;
 595         }
 596         iir_filter(filter_coef[0], filter_coef[1], buf + i, filter_signal + i, 1);
 597         lpc += LPC_ORDER;
 598     }
 599
 600     memcpy(p->fir_mem, buf + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(int16_t));
 601     memcpy(p->iir_mem, filter_signal + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(int));
 602
 603     buf += LPC_ORDER;
 604     signal_ptr = filter_signal + LPC_ORDER;
 605     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 606         int temp;
 607         int auto_corr[2];
 608         int scale, energy;
 609
 610         /* Normalize */
 611         scale = ff_g723_1_scale_vector(dst, buf, SUBFRAME_LEN);
 612
 613         /* Compute auto correlation coefficients */
 614         auto_corr[0] = ff_g723_1_dot_product(dst, dst + 1, SUBFRAME_LEN - 1);
 615         auto_corr[1] = ff_g723_1_dot_product(dst, dst,     SUBFRAME_LEN);
 616
 617         /* Compute reflection coefficient */
 618         temp = auto_corr[1] >> 16;
 619         if (temp) {
 620             temp = (auto_corr[0] >> 2) / temp;
 621         }
 622         p->reflection_coef = (3 * p->reflection_coef + temp + 2) >> 2;
 623         temp = -p->reflection_coef >> 1 & ~3;
 624
 625         /* Compensation filter */
 626         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN; j++) {
 627             dst[j] = av_sat_dadd32(signal_ptr[j],
 628                                    (signal_ptr[j - 1] >> 16) * temp) >> 16;
 629         }
 630
 631         /* Compute normalized signal energy */
 632         temp = 2 * scale + 4;
 633         if (temp < 0) {
 634             energy = av_clipl_int32((int64_t)auto_corr[1] << -temp);
 635         } else
 636             energy = auto_corr[1] >> temp;
 637
 638         gain_scale(p, dst, energy);
 639
 640         buf        += SUBFRAME_LEN;
 641         signal_ptr += SUBFRAME_LEN;
 642         dst        += SUBFRAME_LEN;
 643     }
 644 }
 645
 646 static int sid_gain_to_lsp_index(int gain)
 647 {
 648     if (gain < 0x10)
 649         return gain << 6;
 650     else if (gain < 0x20)
 651         return gain - 8 << 7;
 652     else
 653         return gain - 20 << 8;
 654 }
 655
 656 static inline int cng_rand(int *state, int base)
 657 {
 658     *state = (*state * 521 + 259) & 0xFFFF;
 659     return (*state & 0x7FFF) * base >> 15;
 660 }
 661
 662 static int estimate_sid_gain(G723_1_ChannelContext *p)
 663 {
 664     int i, shift, seg, seg2, t, val, val_add, x, y;
 665
 666     shift = 16 - p->cur_gain * 2;
 667     if (shift > 0) {
 668         if (p->sid_gain == 0) {
 669             t = 0;
 670         } else if (shift >= 31 || (int32_t)((uint32_t)p->sid_gain << shift) >> shift != p->sid_gain) {
 671             if (p->sid_gain < 0) t = INT32_MIN;
 672             else                 t = INT32_MAX;
 673         } else
 674             t = p->sid_gain << shift;
 675     }else
 676         t = p->sid_gain >> -shift;
 677     x = av_clipl_int32(t * (int64_t)cng_filt[0] >> 16);
 678
 679     if (x >= cng_bseg[2])
 680         return 0x3F;
 681
 682     if (x >= cng_bseg[1]) {
 683         shift = 4;
 684         seg   = 3;
 685     } else {
 686         shift = 3;
 687         seg   = (x >= cng_bseg[0]);
 688     }
 689     seg2 = FFMIN(seg, 3);
 690
 691     val     = 1 << shift;
 692     val_add = val >> 1;
 693     for (i = 0; i < shift; i++) {
 694         t = seg * 32 + (val << seg2);
 695         t *= t;
 696         if (x >= t)
 697             val += val_add;
 698         else
 699             val -= val_add;
 700         val_add >>= 1;
 701     }
 702
 703     t = seg * 32 + (val << seg2);
 704     y = t * t - x;
 705     if (y <= 0) {
 706         t = seg * 32 + (val + 1 << seg2);
 707         t = t * t - x;
 708         val = (seg2 - 1) * 16 + val;
 709         if (t >= y)
 710             val++;
 711     } else {
 712         t = seg * 32 + (val - 1 << seg2);
 713         t = t * t - x;
 714         val = (seg2 - 1) * 16 + val;
 715         if (t >= y)
 716             val--;
 717     }
 718
 719     return val;
 720 }
 721
 722 static void generate_noise(G723_1_ChannelContext *p)
 723 {
 724     int i, j, idx, t;
 725     int off[SUBFRAMES];
 726     int signs[SUBFRAMES / 2 * 11], pos[SUBFRAMES / 2 * 11];
 727     int tmp[SUBFRAME_LEN * 2];
 728     int16_t *vector_ptr;
 729     int64_t sum;
 730     int b0, c, delta, x, shift;
 731
 732     p->pitch_lag[0] = cng_rand(&p->cng_random_seed, 21) + 123;
 733     p->pitch_lag[1] = cng_rand(&p->cng_random_seed, 19) + 123;
 734
 735     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 736         p->subframe[i].ad_cb_gain = cng_rand(&p->cng_random_seed, 50) + 1;
 737         p->subframe[i].ad_cb_lag  = cng_adaptive_cb_lag[i];
 738     }
 739
 740     for (i = 0; i < SUBFRAMES / 2; i++) {
 741         t = cng_rand(&p->cng_random_seed, 1 << 13);
 742         off[i * 2]     =   t       & 1;
 743         off[i * 2 + 1] = ((t >> 1) & 1) + SUBFRAME_LEN;
 744         t >>= 2;
 745         for (j = 0; j < 11; j++) {
 746             signs[i * 11 + j] = ((t & 1) * 2 - 1)  * (1 << 14);
 747             t >>= 1;
 748         }
 749     }
 750
 751     idx = 0;
 752     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 753         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN / 2; j++)
 754             tmp[j] = j;
 755         t = SUBFRAME_LEN / 2;
 756         for (j = 0; j < pulses[i]; j++, idx++) {
 757             int idx2 = cng_rand(&p->cng_random_seed, t);
 758
 759             pos[idx]  = tmp[idx2] * 2 + off[i];
 760             tmp[idx2] = tmp[--t];
 761         }
 762     }
 763
 764     vector_ptr = p->audio + LPC_ORDER;
 765     memcpy(vector_ptr, p->prev_excitation,
 766            PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 767     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i += 2) {
 768         ff_g723_1_gen_acb_excitation(vector_ptr, vector_ptr,
 769                                      p->pitch_lag[i >> 1], &p->subframe[i],
 770                                      p->cur_rate);
 771         ff_g723_1_gen_acb_excitation(vector_ptr + SUBFRAME_LEN,
 772                                      vector_ptr + SUBFRAME_LEN,
 773                                      p->pitch_lag[i >> 1], &p->subframe[i + 1],
 774                                      p->cur_rate);
 775
 776         t = 0;
 777         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++)
 778             t |= FFABS(vector_ptr[j]);
 779         t = FFMIN(t, 0x7FFF);
 780         if (!t) {
 781             shift = 0;
 782         } else {
 783             shift = -10 + av_log2(t);
 784             if (shift < -2)
 785                 shift = -2;
 786         }
 787         sum = 0;
 788         if (shift < 0) {
 789            for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++) {
 790                t      = vector_ptr[j] * (1 << -shift);
 791                sum   += t * t;
 792                tmp[j] = t;
 793            }
 794         } else {
 795            for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++) {
 796                t      = vector_ptr[j] >> shift;
 797                sum   += t * t;
 798                tmp[j] = t;
 799            }
 800         }
 801
 802         b0 = 0;
 803         for (j = 0; j < 11; j++)
 804             b0 += tmp[pos[(i / 2) * 11 + j]] * signs[(i / 2) * 11 + j];
 805         b0 = b0 * 2 * 2979LL + (1 << 29) >> 30; // approximated division by 11
 806
 807         c = p->cur_gain * (p->cur_gain * SUBFRAME_LEN >> 5);
 808         if (shift * 2 + 3 >= 0)
 809             c >>= shift * 2 + 3;
 810         else
 811             c <<= -(shift * 2 + 3);
 812         c = (av_clipl_int32(sum << 1) - c) * 2979LL >> 15;
 813
 814         delta = b0 * b0 * 2 - c;
 815         if (delta <= 0) {
 816             x = -b0;
 817         } else {
 818             delta = square_root(delta);
 819             x     = delta - b0;
 820             t     = delta + b0;
 821             if (FFABS(t) < FFABS(x))
 822                 x = -t;
 823         }
 824         shift++;
 825         if (shift < 0)
 826            x >>= -shift;
 827         else
 828            x *= 1 << shift;
 829         x = av_clip(x, -10000, 10000);
 830
 831         for (j = 0; j < 11; j++) {
 832             idx = (i / 2) * 11 + j;
 833             vector_ptr[pos[idx]] = av_clip_int16(vector_ptr[pos[idx]] +
 834                                                  (x * signs[idx] >> 15));
 835         }
 836
 837         /* copy decoded data to serve as a history for the next decoded subframes */
 838         memcpy(vector_ptr + PITCH_MAX, vector_ptr,
 839                sizeof(*vector_ptr) * SUBFRAME_LEN * 2);
 840         vector_ptr += SUBFRAME_LEN * 2;
 841     }
 842     /* Save the excitation for the next frame */
 843     memcpy(p->prev_excitation, p->audio + LPC_ORDER + FRAME_LEN,
 844            PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 845 }
 846
 847 static int g723_1_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 848                                int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 849 {
 850     G723_1_Context *s  = avctx->priv_data;
 851     AVFrame *frame     = data;
 852     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 853     int buf_size       = avpkt->size;
 854     int dec_mode       = buf[0] & 3;
 855
 856     PPFParam ppf[SUBFRAMES];
 857     int16_t cur_lsp[LPC_ORDER];
 858     int16_t lpc[SUBFRAMES * LPC_ORDER];
 859     int16_t acb_vector[SUBFRAME_LEN];
 860     int16_t *out;
 861     int bad_frame = 0, i, j, ret;
 862
 863     if (buf_size < frame_size[dec_mode] * avctx->channels) {
 864         if (buf_size)
 865             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
 866                    "Expected %d bytes, got %d - skipping packet\n",
 867                    frame_size[dec_mode], buf_size);
 868         *got_frame_ptr = 0;
 869         return buf_size;
 870     }
 871
 872     frame->nb_samples = FRAME_LEN;
 873     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
 874         return ret;
 875
 876     for (int ch = 0; ch < avctx->channels; ch++) {
 877     G723_1_ChannelContext *p = &s->ch[ch];
 878     int16_t *audio = p->audio;
 879
 880     if (unpack_bitstream(p, buf, buf_size) < 0) {
 881         bad_frame = 1;
 882         if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME)
 883             p->cur_frame_type = ACTIVE_FRAME;
 884         else
 885             p->cur_frame_type = UNTRANSMITTED_FRAME;
 886     }
 887
 888     out = (int16_t *)frame->extended_data[ch];
 889
 890     if (p->cur_frame_type == ACTIVE_FRAME) {
 891         if (!bad_frame)
 892             p->erased_frames = 0;
 893         else if (p->erased_frames != 3)
 894             p->erased_frames++;
 895
 896         ff_g723_1_inverse_quant(cur_lsp, p->prev_lsp, p->lsp_index, bad_frame);
 897         ff_g723_1_lsp_interpolate(lpc, cur_lsp, p->prev_lsp);
 898
 899         /* Save the lsp_vector for the next frame */
 900         memcpy(p->prev_lsp, cur_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
 901
 902         /* Generate the excitation for the frame */
 903         memcpy(p->excitation, p->prev_excitation,
 904                PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 905         if (!p->erased_frames) {
 906             int16_t *vector_ptr = p->excitation + PITCH_MAX;
 907
 908             /* Update interpolation gain memory */
 909             p->interp_gain = fixed_cb_gain[(p->subframe[2].amp_index +
 910                                             p->subframe[3].amp_index) >> 1];
 911             for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 912                 gen_fcb_excitation(vector_ptr, &p->subframe[i], p->cur_rate,
 913                                    p->pitch_lag[i >> 1], i);
 914                 ff_g723_1_gen_acb_excitation(acb_vector,
 915                                              &p->excitation[SUBFRAME_LEN * i],
 916                                              p->pitch_lag[i >> 1],
 917                                              &p->subframe[i], p->cur_rate);
 918                 /* Get the total excitation */
 919                 for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN; j++) {
 920                     int v = av_clip_int16(vector_ptr[j] * 2);
 921                     vector_ptr[j] = av_clip_int16(v + acb_vector[j]);
 922                 }
 923                 vector_ptr += SUBFRAME_LEN;
 924             }
 925
 926             vector_ptr = p->excitation + PITCH_MAX;
 927
 928             p->interp_index = comp_interp_index(p, p->pitch_lag[1],
 929                                                 &p->sid_gain, &p->cur_gain);
 930
 931             /* Perform pitch postfiltering */
 932             if (s->postfilter) {
 933                 i = PITCH_MAX;
 934                 for (j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
 935                     comp_ppf_coeff(p, i, p->pitch_lag[j >> 1],
 936                                    ppf + j, p->cur_rate);
 937
 938                 for (i = 0, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
 939                     ff_acelp_weighted_vector_sum(p->audio + LPC_ORDER + i,
 940                                                  vector_ptr + i,
 941                                                  vector_ptr + i + ppf[j].index,
 942                                                  ppf[j].sc_gain,
 943                                                  ppf[j].opt_gain,
 944                                                  1 << 14, 15, SUBFRAME_LEN);
 945             } else {
 946                 audio = vector_ptr - LPC_ORDER;
 947             }
 948
 949             /* Save the excitation for the next frame */
 950             memcpy(p->prev_excitation, p->excitation + FRAME_LEN,
 951                    PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 952         } else {
 953             p->interp_gain = (p->interp_gain * 3 + 2) >> 2;
 954             if (p->erased_frames == 3) {
 955                 /* Mute output */
 956                 memset(p->excitation, 0,
 957                        (FRAME_LEN + PITCH_MAX) * sizeof(*p->excitation));
 958                 memset(p->prev_excitation, 0,
 959                        PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 960                 memset(frame->data[0], 0,
 961                        (FRAME_LEN + LPC_ORDER) * sizeof(int16_t));
 962             } else {
 963                 int16_t *buf = p->audio + LPC_ORDER;
 964
 965                 /* Regenerate frame */
 966                 residual_interp(p->excitation, buf, p->interp_index,
 967                                 p->interp_gain, &p->random_seed);
 968
 969                 /* Save the excitation for the next frame */
 970                 memcpy(p->prev_excitation, buf + (FRAME_LEN - PITCH_MAX),
 971                        PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 972             }
 973         }
 974         p->cng_random_seed = CNG_RANDOM_SEED;
 975     } else {
 976         if (p->cur_frame_type == SID_FRAME) {
 977             p->sid_gain = sid_gain_to_lsp_index(p->subframe[0].amp_index);
 978             ff_g723_1_inverse_quant(p->sid_lsp, p->prev_lsp, p->lsp_index, 0);
 979         } else if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME) {
 980             p->sid_gain = estimate_sid_gain(p);
 981         }
 982
 983         if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME)
 984             p->cur_gain = p->sid_gain;
 985         else
 986             p->cur_gain = (p->cur_gain * 7 + p->sid_gain) >> 3;
 987         generate_noise(p);
 988         ff_g723_1_lsp_interpolate(lpc, p->sid_lsp, p->prev_lsp);
 989         /* Save the lsp_vector for the next frame */
 990         memcpy(p->prev_lsp, p->sid_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
 991     }
 992
 993     p->past_frame_type = p->cur_frame_type;
 994
 995     memcpy(p->audio, p->synth_mem, LPC_ORDER * sizeof(*p->audio));
 996     for (i = LPC_ORDER, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
 997         ff_celp_lp_synthesis_filter(p->audio + i, &lpc[j * LPC_ORDER],
 998                                     audio + i, SUBFRAME_LEN, LPC_ORDER,
 999                                     0, 1, 1 << 12);
1000     memcpy(p->synth_mem, p->audio + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(*p->audio));
1001
1002     if (s->postfilter) {
1003         formant_postfilter(p, lpc, p->audio, out);
1004     } else { // if output is not postfiltered it should be scaled by 2
1005         for (i = 0; i < FRAME_LEN; i++)
1006             out[i] = av_clip_int16(p->audio[LPC_ORDER + i] << 1);
1007     }
1008     }
1009
1010     *got_frame_ptr = 1;
1011
1012     return frame_size[dec_mode] * avctx->channels;
1013 }
1014
1015 #define OFFSET(x) offsetof(G723_1_Context, x)
1016 #define AD     AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM | AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM
1017
1018 static const AVOption options[] = {
1019     { "postfilter", "enable postfilter", OFFSET(postfilter), AV_OPT_TYPE_BOOL,
1020       { .i64 = 1 }, 0, 1, AD },
1021     { NULL }
1022 };
1023
1024
1025 static const AVClass g723_1dec_class = {
1026     .class_name = "G.723.1 decoder",
1027     .item_name  = av_default_item_name,
1028     .option     = options,
1029     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
1030 };
1031
1032 AVCodec ff_g723_1_decoder = {
1033     .name           = "g723_1",
1034     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("G.723.1"),
1035     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1036     .id             = AV_CODEC_ID_G723_1,
1037     .priv_data_size = sizeof(G723_1_Context),
1038     .init           = g723_1_decode_init,
1039     .decode         = g723_1_decode_frame,
1040     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_SUBFRAMES | AV_CODEC_CAP_DR1,
1041     .priv_class     = &g723_1dec_class,
1042 };