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
  47     avctx->sample_fmt     = AV_SAMPLE_FMT_S16P;
  48     if (avctx->channels < 1 || avctx->channels > 2) {
  49         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Only mono and stereo are supported (requested channels: %d).\n", avctx->channels);
  50         return AVERROR(EINVAL);
  51     }
  52     avctx->channel_layout = avctx->channels == 1 ? AV_CH_LAYOUT_MONO : AV_CH_LAYOUT_STEREO;
  53     for (int ch = 0; ch < avctx->channels; ch++) {
  54         G723_1_ChannelContext *p = &s->ch[ch];
  55
  56         p->pf_gain = 1 << 12;
  57
  58         memcpy(p->prev_lsp, dc_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
  59         memcpy(p->sid_lsp,  dc_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->sid_lsp));
  60
  61         p->cng_random_seed = CNG_RANDOM_SEED;
  62         p->past_frame_type = SID_FRAME;
  63     }
  64
  65     return 0;
  66 }
  67
  68 /**
  69  * Unpack the frame into parameters.
  70  *
  71  * @param p           the context
  72  * @param buf         pointer to the input buffer
  73  * @param buf_size    size of the input buffer
  74  */
  75 static int unpack_bitstream(G723_1_ChannelContext *p, const uint8_t *buf,
  76                             int buf_size)
  77 {
  78     GetBitContext gb;
  79     int ad_cb_len;
  80     int temp, info_bits, i;
  81     int ret;
  82
  83     ret = init_get_bits8(&gb, buf, buf_size);
  84     if (ret < 0)
  85         return ret;
  86
  87     /* Extract frame type and rate info */
  88     info_bits = get_bits(&gb, 2);
  89
  90     if (info_bits == 3) {
  91         p->cur_frame_type = UNTRANSMITTED_FRAME;
  92         return 0;
  93     }
  94
  95     /* Extract 24 bit lsp indices, 8 bit for each band */
  96     p->lsp_index[2] = get_bits(&gb, 8);
  97     p->lsp_index[1] = get_bits(&gb, 8);
  98     p->lsp_index[0] = get_bits(&gb, 8);
  99
 100     if (info_bits == 2) {
 101         p->cur_frame_type = SID_FRAME;
 102         p->subframe[0].amp_index = get_bits(&gb, 6);
 103         return 0;
 104     }
 105
 106     /* Extract the info common to both rates */
 107     p->cur_rate       = info_bits ? RATE_5300 : RATE_6300;
 108     p->cur_frame_type = ACTIVE_FRAME;
 109
 110     p->pitch_lag[0] = get_bits(&gb, 7);
 111     if (p->pitch_lag[0] > 123)       /* test if forbidden code */
 112         return -1;
 113     p->pitch_lag[0] += PITCH_MIN;
 114     p->subframe[1].ad_cb_lag = get_bits(&gb, 2);
 115
 116     p->pitch_lag[1] = get_bits(&gb, 7);
 117     if (p->pitch_lag[1] > 123)
 118         return -1;
 119     p->pitch_lag[1] += PITCH_MIN;
 120     p->subframe[3].ad_cb_lag = get_bits(&gb, 2);
 121     p->subframe[0].ad_cb_lag = 1;
 122     p->subframe[2].ad_cb_lag = 1;
 123
 124     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 125         /* Extract combined gain */
 126         temp = get_bits(&gb, 12);
 127         ad_cb_len = 170;
 128         p->subframe[i].dirac_train = 0;
 129         if (p->cur_rate == RATE_6300 && p->pitch_lag[i >> 1] < SUBFRAME_LEN - 2) {
 130             p->subframe[i].dirac_train = temp >> 11;
 131             temp &= 0x7FF;
 132             ad_cb_len = 85;
 133         }
 134         p->subframe[i].ad_cb_gain = FASTDIV(temp, GAIN_LEVELS);
 135         if (p->subframe[i].ad_cb_gain < ad_cb_len) {
 136             p->subframe[i].amp_index = temp - p->subframe[i].ad_cb_gain *
 137                                        GAIN_LEVELS;
 138         } else {
 139             return -1;
 140         }
 141     }
 142
 143     p->subframe[0].grid_index = get_bits1(&gb);
 144     p->subframe[1].grid_index = get_bits1(&gb);
 145     p->subframe[2].grid_index = get_bits1(&gb);
 146     p->subframe[3].grid_index = get_bits1(&gb);
 147
 148     if (p->cur_rate == RATE_6300) {
 149         skip_bits1(&gb);  /* skip reserved bit */
 150
 151         /* Compute pulse_pos index using the 13-bit combined position index */
 152         temp = get_bits(&gb, 13);
 153         p->subframe[0].pulse_pos = temp / 810;
 154
 155         temp -= p->subframe[0].pulse_pos * 810;
 156         p->subframe[1].pulse_pos = FASTDIV(temp, 90);
 157
 158         temp -= p->subframe[1].pulse_pos * 90;
 159         p->subframe[2].pulse_pos = FASTDIV(temp, 9);
 160         p->subframe[3].pulse_pos = temp - p->subframe[2].pulse_pos * 9;
 161
 162         p->subframe[0].pulse_pos = (p->subframe[0].pulse_pos << 16) +
 163                                    get_bits(&gb, 16);
 164         p->subframe[1].pulse_pos = (p->subframe[1].pulse_pos << 14) +
 165                                    get_bits(&gb, 14);
 166         p->subframe[2].pulse_pos = (p->subframe[2].pulse_pos << 16) +
 167                                    get_bits(&gb, 16);
 168         p->subframe[3].pulse_pos = (p->subframe[3].pulse_pos << 14) +
 169                                    get_bits(&gb, 14);
 170
 171         p->subframe[0].pulse_sign = get_bits(&gb, 6);
 172         p->subframe[1].pulse_sign = get_bits(&gb, 5);
 173         p->subframe[2].pulse_sign = get_bits(&gb, 6);
 174         p->subframe[3].pulse_sign = get_bits(&gb, 5);
 175     } else { /* 5300 bps */
 176         p->subframe[0].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 177         p->subframe[1].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 178         p->subframe[2].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 179         p->subframe[3].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 180
 181         p->subframe[0].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 182         p->subframe[1].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 183         p->subframe[2].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 184         p->subframe[3].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 185     }
 186
 187     return 0;
 188 }
 189
 190 /**
 191  * Bitexact implementation of sqrt(val/2).
 192  */
 193 static int16_t square_root(unsigned val)
 194 {
 195     av_assert2(!(val & 0x80000000));
 196
 197     return (ff_sqrt(val << 1) >> 1) & (~1);
 198 }
 199
 200 /**
 201  * Generate fixed codebook excitation vector.
 202  *
 203  * @param vector    decoded excitation vector
 204  * @param subfrm    current subframe
 205  * @param cur_rate  current bitrate
 206  * @param pitch_lag closed loop pitch lag
 207  * @param index     current subframe index
 208  */
 209 static void gen_fcb_excitation(int16_t *vector, G723_1_Subframe *subfrm,
 210                                enum Rate cur_rate, int pitch_lag, int index)
 211 {
 212     int temp, i, j;
 213
 214     memset(vector, 0, SUBFRAME_LEN * sizeof(*vector));
 215
 216     if (cur_rate == RATE_6300) {
 217         if (subfrm->pulse_pos >= max_pos[index])
 218             return;
 219
 220         /* Decode amplitudes and positions */
 221         j = PULSE_MAX - pulses[index];
 222         temp = subfrm->pulse_pos;
 223         for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN / GRID_SIZE; i++) {
 224             temp -= combinatorial_table[j][i];
 225             if (temp >= 0)
 226                 continue;
 227             temp += combinatorial_table[j++][i];
 228             if (subfrm->pulse_sign & (1 << (PULSE_MAX - j))) {
 229                 vector[subfrm->grid_index + GRID_SIZE * i] =
 230                                         -fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 231             } else {
 232                 vector[subfrm->grid_index + GRID_SIZE * i] =
 233                                          fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 234             }
 235             if (j == PULSE_MAX)
 236                 break;
 237         }
 238         if (subfrm->dirac_train == 1)
 239             ff_g723_1_gen_dirac_train(vector, pitch_lag);
 240     } else { /* 5300 bps */
 241         int cb_gain  = fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 242         int cb_shift = subfrm->grid_index;
 243         int cb_sign  = subfrm->pulse_sign;
 244         int cb_pos   = subfrm->pulse_pos;
 245         int offset, beta, lag;
 246
 247         for (i = 0; i < 8; i += 2) {
 248             offset         = ((cb_pos & 7) << 3) + cb_shift + i;
 249             vector[offset] = (cb_sign & 1) ? cb_gain : -cb_gain;
 250             cb_pos  >>= 3;
 251             cb_sign >>= 1;
 252         }
 253
 254         /* Enhance harmonic components */
 255         lag  = pitch_contrib[subfrm->ad_cb_gain << 1] + pitch_lag +
 256                subfrm->ad_cb_lag - 1;
 257         beta = pitch_contrib[(subfrm->ad_cb_gain << 1) + 1];
 258
 259         if (lag < SUBFRAME_LEN - 2) {
 260             for (i = lag; i < SUBFRAME_LEN; i++)
 261                 vector[i] += beta * vector[i - lag] >> 15;
 262         }
 263     }
 264 }
 265
 266 /**
 267  * Estimate maximum auto-correlation around pitch lag.
 268  *
 269  * @param buf       buffer with offset applied
 270  * @param offset    offset of the excitation vector
 271  * @param ccr_max   pointer to the maximum auto-correlation
 272  * @param pitch_lag decoded pitch lag
 273  * @param length    length of autocorrelation
 274  * @param dir       forward lag(1) / backward lag(-1)
 275  */
 276 static int autocorr_max(const int16_t *buf, int offset, int *ccr_max,
 277                         int pitch_lag, int length, int dir)
 278 {
 279     int limit, ccr, lag = 0;
 280     int i;
 281
 282     pitch_lag = FFMIN(PITCH_MAX - 3, pitch_lag);
 283     if (dir > 0)
 284         limit = FFMIN(FRAME_LEN + PITCH_MAX - offset - length, pitch_lag + 3);
 285     else
 286         limit = pitch_lag + 3;
 287
 288     for (i = pitch_lag - 3; i <= limit; i++) {
 289         ccr = ff_g723_1_dot_product(buf, buf + dir * i, length);
 290
 291         if (ccr > *ccr_max) {
 292             *ccr_max = ccr;
 293             lag = i;
 294         }
 295     }
 296     return lag;
 297 }
 298
 299 /**
 300  * Calculate pitch postfilter optimal and scaling gains.
 301  *
 302  * @param lag      pitch postfilter forward/backward lag
 303  * @param ppf      pitch postfilter parameters
 304  * @param cur_rate current bitrate
 305  * @param tgt_eng  target energy
 306  * @param ccr      cross-correlation
 307  * @param res_eng  residual energy
 308  */
 309 static void comp_ppf_gains(int lag, PPFParam *ppf, enum Rate cur_rate,
 310                            int tgt_eng, int ccr, int res_eng)
 311 {
 312     int pf_residual;     /* square of postfiltered residual */
 313     int temp1, temp2;
 314
 315     ppf->index = lag;
 316
 317     temp1 = tgt_eng * res_eng >> 1;
 318     temp2 = ccr * ccr << 1;
 319
 320     if (temp2 > temp1) {
 321         if (ccr >= res_eng) {
 322             ppf->opt_gain = ppf_gain_weight[cur_rate];
 323         } else {
 324             ppf->opt_gain = (ccr << 15) / res_eng *
 325                             ppf_gain_weight[cur_rate] >> 15;
 326         }
 327         /* pf_res^2 = tgt_eng + 2*ccr*gain + res_eng*gain^2 */
 328         temp1       = (tgt_eng << 15) + (ccr * ppf->opt_gain << 1);
 329         temp2       = (ppf->opt_gain * ppf->opt_gain >> 15) * res_eng;
 330         pf_residual = av_sat_add32(temp1, temp2 + (1 << 15)) >> 16;
 331
 332         if (tgt_eng >= pf_residual << 1) {
 333             temp1 = 0x7fff;
 334         } else {
 335             temp1 = (tgt_eng << 14) / pf_residual;
 336         }
 337
 338         /* scaling_gain = sqrt(tgt_eng/pf_res^2) */
 339         ppf->sc_gain = square_root(temp1 << 16);
 340     } else {
 341         ppf->opt_gain = 0;
 342         ppf->sc_gain  = 0x7fff;
 343     }
 344
 345     ppf->opt_gain = av_clip_int16(ppf->opt_gain * ppf->sc_gain >> 15);
 346 }
 347
 348 /**
 349  * Calculate pitch postfilter parameters.
 350  *
 351  * @param p         the context
 352  * @param offset    offset of the excitation vector
 353  * @param pitch_lag decoded pitch lag
 354  * @param ppf       pitch postfilter parameters
 355  * @param cur_rate  current bitrate
 356  */
 357 static void comp_ppf_coeff(G723_1_ChannelContext *p, int offset, int pitch_lag,
 358                            PPFParam *ppf, enum Rate cur_rate)
 359 {
 360
 361     int16_t scale;
 362     int i;
 363     int temp1, temp2;
 364
 365     /*
 366      * 0 - target energy
 367      * 1 - forward cross-correlation
 368      * 2 - forward residual energy
 369      * 3 - backward cross-correlation
 370      * 4 - backward residual energy
 371      */
 372     int energy[5] = {0, 0, 0, 0, 0};
 373     int16_t *buf  = p->audio + LPC_ORDER + offset;
 374     int fwd_lag   = autocorr_max(buf, offset, &energy[1], pitch_lag,
 375                                  SUBFRAME_LEN, 1);
 376     int back_lag  = autocorr_max(buf, offset, &energy[3], pitch_lag,
 377                                  SUBFRAME_LEN, -1);
 378
 379     ppf->index    = 0;
 380     ppf->opt_gain = 0;
 381     ppf->sc_gain  = 0x7fff;
 382
 383     /* Case 0, Section 3.6 */
 384     if (!back_lag && !fwd_lag)
 385         return;
 386
 387     /* Compute target energy */
 388     energy[0] = ff_g723_1_dot_product(buf, buf, SUBFRAME_LEN);
 389
 390     /* Compute forward residual energy */
 391     if (fwd_lag)
 392         energy[2] = ff_g723_1_dot_product(buf + fwd_lag, buf + fwd_lag,
 393                                           SUBFRAME_LEN);
 394
 395     /* Compute backward residual energy */
 396     if (back_lag)
 397         energy[4] = ff_g723_1_dot_product(buf - back_lag, buf - back_lag,
 398                                           SUBFRAME_LEN);
 399
 400     /* Normalize and shorten */
 401     temp1 = 0;
 402     for (i = 0; i < 5; i++)
 403         temp1 = FFMAX(energy[i], temp1);
 404
 405     scale = ff_g723_1_normalize_bits(temp1, 31);
 406     for (i = 0; i < 5; i++)
 407         energy[i] = (energy[i] << scale) >> 16;
 408
 409     if (fwd_lag && !back_lag) {  /* Case 1 */
 410         comp_ppf_gains(fwd_lag,  ppf, cur_rate, energy[0], energy[1],
 411                        energy[2]);
 412     } else if (!fwd_lag) {       /* Case 2 */
 413         comp_ppf_gains(-back_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[3],
 414                        energy[4]);
 415     } else {                     /* Case 3 */
 416
 417         /*
 418          * Select the largest of energy[1]^2/energy[2]
 419          * and energy[3]^2/energy[4]
 420          */
 421         temp1 = energy[4] * ((energy[1] * energy[1] + (1 << 14)) >> 15);
 422         temp2 = energy[2] * ((energy[3] * energy[3] + (1 << 14)) >> 15);
 423         if (temp1 >= temp2) {
 424             comp_ppf_gains(fwd_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[1],
 425                            energy[2]);
 426         } else {
 427             comp_ppf_gains(-back_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[3],
 428                            energy[4]);
 429         }
 430     }
 431 }
 432
 433 /**
 434  * Classify frames as voiced/unvoiced.
 435  *
 436  * @param p         the context
 437  * @param pitch_lag decoded pitch_lag
 438  * @param exc_eng   excitation energy estimation
 439  * @param scale     scaling factor of exc_eng
 440  *
 441  * @return residual interpolation index if voiced, 0 otherwise
 442  */
 443 static int comp_interp_index(G723_1_ChannelContext *p, int pitch_lag,
 444                              int *exc_eng, int *scale)
 445 {
 446     int offset = PITCH_MAX + 2 * SUBFRAME_LEN;
 447     int16_t *buf = p->audio + LPC_ORDER;
 448
 449     int index, ccr, tgt_eng, best_eng, temp;
 450
 451     *scale = ff_g723_1_scale_vector(buf, p->excitation, FRAME_LEN + PITCH_MAX);
 452     buf   += offset;
 453
 454     /* Compute maximum backward cross-correlation */
 455     ccr   = 0;
 456     index = autocorr_max(buf, offset, &ccr, pitch_lag, SUBFRAME_LEN * 2, -1);
 457     ccr   = av_sat_add32(ccr, 1 << 15) >> 16;
 458
 459     /* Compute target energy */
 460     tgt_eng  = ff_g723_1_dot_product(buf, buf, SUBFRAME_LEN * 2);
 461     *exc_eng = av_sat_add32(tgt_eng, 1 << 15) >> 16;
 462
 463     if (ccr <= 0)
 464         return 0;
 465
 466     /* Compute best energy */
 467     best_eng = ff_g723_1_dot_product(buf - index, buf - index,
 468                                      SUBFRAME_LEN * 2);
 469     best_eng = av_sat_add32(best_eng, 1 << 15) >> 16;
 470
 471     temp = best_eng * *exc_eng >> 3;
 472
 473     if (temp < ccr * ccr) {
 474         return index;
 475     } else
 476         return 0;
 477 }
 478
 479 /**
 480  * Perform residual interpolation based on frame classification.
 481  *
 482  * @param buf   decoded excitation vector
 483  * @param out   output vector
 484  * @param lag   decoded pitch lag
 485  * @param gain  interpolated gain
 486  * @param rseed seed for random number generator
 487  */
 488 static void residual_interp(int16_t *buf, int16_t *out, int lag,
 489                             int gain, int *rseed)
 490 {
 491     int i;
 492     if (lag) { /* Voiced */
 493         int16_t *vector_ptr = buf + PITCH_MAX;
 494         /* Attenuate */
 495         for (i = 0; i < lag; i++)
 496             out[i] = vector_ptr[i - lag] * 3 >> 2;
 497         av_memcpy_backptr((uint8_t*)(out + lag), lag * sizeof(*out),
 498                           (FRAME_LEN - lag) * sizeof(*out));
 499     } else {  /* Unvoiced */
 500         for (i = 0; i < FRAME_LEN; i++) {
 501             *rseed = (int16_t)(*rseed * 521 + 259);
 502             out[i] = gain * *rseed >> 15;
 503         }
 504         memset(buf, 0, (FRAME_LEN + PITCH_MAX) * sizeof(*buf));
 505     }
 506 }
 507
 508 /**
 509  * Perform IIR filtering.
 510  *
 511  * @param fir_coef FIR coefficients
 512  * @param iir_coef IIR coefficients
 513  * @param src      source vector
 514  * @param dest     destination vector
 515  * @param width    width of the output, 16 bits(0) / 32 bits(1)
 516  */
 517 #define iir_filter(fir_coef, iir_coef, src, dest, width)\
 518 {\
 519     int m, n;\
 520     int res_shift = 16 & ~-(width);\
 521     int in_shift  = 16 - res_shift;\
 522 \
 523     for (m = 0; m < SUBFRAME_LEN; m++) {\
 524         int64_t filter = 0;\
 525         for (n = 1; n <= LPC_ORDER; n++) {\
 526             filter -= (fir_coef)[n - 1] * (src)[m - n] -\
 527                       (iir_coef)[n - 1] * ((dest)[m - n] >> in_shift);\
 528         }\
 529 \
 530         (dest)[m] = av_clipl_int32(((src)[m] * 65536) + (filter * 8) +\
 531                                    (1 << 15)) >> res_shift;\
 532     }\
 533 }
 534
 535 /**
 536  * Adjust gain of postfiltered signal.
 537  *
 538  * @param p      the context
 539  * @param buf    postfiltered output vector
 540  * @param energy input energy coefficient
 541  */
 542 static void gain_scale(G723_1_ChannelContext *p, int16_t * buf, int energy)
 543 {
 544     int num, denom, gain, bits1, bits2;
 545     int i;
 546
 547     num   = energy;
 548     denom = 0;
 549     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
 550         int temp = buf[i] >> 2;
 551         temp *= temp;
 552         denom = av_sat_dadd32(denom, temp);
 553     }
 554
 555     if (num && denom) {
 556         bits1   = ff_g723_1_normalize_bits(num,   31);
 557         bits2   = ff_g723_1_normalize_bits(denom, 31);
 558         num     = num << bits1 >> 1;
 559         denom <<= bits2;
 560
 561         bits2 = 5 + bits1 - bits2;
 562         bits2 = av_clip_uintp2(bits2, 5);
 563
 564         gain = (num >> 1) / (denom >> 16);
 565         gain = square_root(gain << 16 >> bits2);
 566     } else {
 567         gain = 1 << 12;
 568     }
 569
 570     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
 571         p->pf_gain = (15 * p->pf_gain + gain + (1 << 3)) >> 4;
 572         buf[i]     = av_clip_int16((buf[i] * (p->pf_gain + (p->pf_gain >> 4)) +
 573                                    (1 << 10)) >> 11);
 574     }
 575 }
 576
 577 /**
 578  * Perform formant filtering.
 579  *
 580  * @param p   the context
 581  * @param lpc quantized lpc coefficients
 582  * @param buf input buffer
 583  * @param dst output buffer
 584  */
 585 static void formant_postfilter(G723_1_ChannelContext *p, int16_t *lpc,
 586                                int16_t *buf, int16_t *dst)
 587 {
 588     int16_t filter_coef[2][LPC_ORDER];
 589     int filter_signal[LPC_ORDER + FRAME_LEN], *signal_ptr;
 590     int i, j, k;
 591
 592     memcpy(buf, p->fir_mem, LPC_ORDER * sizeof(*buf));
 593     memcpy(filter_signal, p->iir_mem, LPC_ORDER * sizeof(*filter_signal));
 594
 595     for (i = LPC_ORDER, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++) {
 596         for (k = 0; k < LPC_ORDER; k++) {
 597             filter_coef[0][k] = (-lpc[k] * postfilter_tbl[0][k] +
 598                                  (1 << 14)) >> 15;
 599             filter_coef[1][k] = (-lpc[k] * postfilter_tbl[1][k] +
 600                                  (1 << 14)) >> 15;
 601         }
 602         iir_filter(filter_coef[0], filter_coef[1], buf + i, filter_signal + i, 1);
 603         lpc += LPC_ORDER;
 604     }
 605
 606     memcpy(p->fir_mem, buf + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(int16_t));
 607     memcpy(p->iir_mem, filter_signal + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(int));
 608
 609     buf += LPC_ORDER;
 610     signal_ptr = filter_signal + LPC_ORDER;
 611     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 612         int temp;
 613         int auto_corr[2];
 614         int scale, energy;
 615
 616         /* Normalize */
 617         scale = ff_g723_1_scale_vector(dst, buf, SUBFRAME_LEN);
 618
 619         /* Compute auto correlation coefficients */
 620         auto_corr[0] = ff_g723_1_dot_product(dst, dst + 1, SUBFRAME_LEN - 1);
 621         auto_corr[1] = ff_g723_1_dot_product(dst, dst,     SUBFRAME_LEN);
 622
 623         /* Compute reflection coefficient */
 624         temp = auto_corr[1] >> 16;
 625         if (temp) {
 626             temp = (auto_corr[0] >> 2) / temp;
 627         }
 628         p->reflection_coef = (3 * p->reflection_coef + temp + 2) >> 2;
 629         temp = -p->reflection_coef >> 1 & ~3;
 630
 631         /* Compensation filter */
 632         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN; j++) {
 633             dst[j] = av_sat_dadd32(signal_ptr[j],
 634                                    (signal_ptr[j - 1] >> 16) * temp) >> 16;
 635         }
 636
 637         /* Compute normalized signal energy */
 638         temp = 2 * scale + 4;
 639         if (temp < 0) {
 640             energy = av_clipl_int32((int64_t)auto_corr[1] << -temp);
 641         } else
 642             energy = auto_corr[1] >> temp;
 643
 644         gain_scale(p, dst, energy);
 645
 646         buf        += SUBFRAME_LEN;
 647         signal_ptr += SUBFRAME_LEN;
 648         dst        += SUBFRAME_LEN;
 649     }
 650 }
 651
 652 static int sid_gain_to_lsp_index(int gain)
 653 {
 654     if (gain < 0x10)
 655         return gain << 6;
 656     else if (gain < 0x20)
 657         return gain - 8 << 7;
 658     else
 659         return gain - 20 << 8;
 660 }
 661
 662 static inline int cng_rand(int *state, int base)
 663 {
 664     *state = (*state * 521 + 259) & 0xFFFF;
 665     return (*state & 0x7FFF) * base >> 15;
 666 }
 667
 668 static int estimate_sid_gain(G723_1_ChannelContext *p)
 669 {
 670     int i, shift, seg, seg2, t, val, val_add, x, y;
 671
 672     shift = 16 - p->cur_gain * 2;
 673     if (shift > 0) {
 674         if (p->sid_gain == 0) {
 675             t = 0;
 676         } else if (shift >= 31 || (int32_t)((uint32_t)p->sid_gain << shift) >> shift != p->sid_gain) {
 677             if (p->sid_gain < 0) t = INT32_MIN;
 678             else                 t = INT32_MAX;
 679         } else
 680             t = p->sid_gain << shift;
 681     }else
 682         t = p->sid_gain >> -shift;
 683     x = av_clipl_int32(t * (int64_t)cng_filt[0] >> 16);
 684
 685     if (x >= cng_bseg[2])
 686         return 0x3F;
 687
 688     if (x >= cng_bseg[1]) {
 689         shift = 4;
 690         seg   = 3;
 691     } else {
 692         shift = 3;
 693         seg   = (x >= cng_bseg[0]);
 694     }
 695     seg2 = FFMIN(seg, 3);
 696
 697     val     = 1 << shift;
 698     val_add = val >> 1;
 699     for (i = 0; i < shift; i++) {
 700         t = seg * 32 + (val << seg2);
 701         t *= t;
 702         if (x >= t)
 703             val += val_add;
 704         else
 705             val -= val_add;
 706         val_add >>= 1;
 707     }
 708
 709     t = seg * 32 + (val << seg2);
 710     y = t * t - x;
 711     if (y <= 0) {
 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     } else {
 718         t = seg * 32 + (val - 1 << seg2);
 719         t = t * t - x;
 720         val = (seg2 - 1) * 16 + val;
 721         if (t >= y)
 722             val--;
 723     }
 724
 725     return val;
 726 }
 727
 728 static void generate_noise(G723_1_ChannelContext *p)
 729 {
 730     int i, j, idx, t;
 731     int off[SUBFRAMES];
 732     int signs[SUBFRAMES / 2 * 11], pos[SUBFRAMES / 2 * 11];
 733     int tmp[SUBFRAME_LEN * 2];
 734     int16_t *vector_ptr;
 735     int64_t sum;
 736     int b0, c, delta, x, shift;
 737
 738     p->pitch_lag[0] = cng_rand(&p->cng_random_seed, 21) + 123;
 739     p->pitch_lag[1] = cng_rand(&p->cng_random_seed, 19) + 123;
 740
 741     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 742         p->subframe[i].ad_cb_gain = cng_rand(&p->cng_random_seed, 50) + 1;
 743         p->subframe[i].ad_cb_lag  = cng_adaptive_cb_lag[i];
 744     }
 745
 746     for (i = 0; i < SUBFRAMES / 2; i++) {
 747         t = cng_rand(&p->cng_random_seed, 1 << 13);
 748         off[i * 2]     =   t       & 1;
 749         off[i * 2 + 1] = ((t >> 1) & 1) + SUBFRAME_LEN;
 750         t >>= 2;
 751         for (j = 0; j < 11; j++) {
 752             signs[i * 11 + j] = ((t & 1) * 2 - 1)  * (1 << 14);
 753             t >>= 1;
 754         }
 755     }
 756
 757     idx = 0;
 758     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 759         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN / 2; j++)
 760             tmp[j] = j;
 761         t = SUBFRAME_LEN / 2;
 762         for (j = 0; j < pulses[i]; j++, idx++) {
 763             int idx2 = cng_rand(&p->cng_random_seed, t);
 764
 765             pos[idx]  = tmp[idx2] * 2 + off[i];
 766             tmp[idx2] = tmp[--t];
 767         }
 768     }
 769
 770     vector_ptr = p->audio + LPC_ORDER;
 771     memcpy(vector_ptr, p->prev_excitation,
 772            PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 773     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i += 2) {
 774         ff_g723_1_gen_acb_excitation(vector_ptr, vector_ptr,
 775                                      p->pitch_lag[i >> 1], &p->subframe[i],
 776                                      p->cur_rate);
 777         ff_g723_1_gen_acb_excitation(vector_ptr + SUBFRAME_LEN,
 778                                      vector_ptr + SUBFRAME_LEN,
 779                                      p->pitch_lag[i >> 1], &p->subframe[i + 1],
 780                                      p->cur_rate);
 781
 782         t = 0;
 783         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++)
 784             t |= FFABS(vector_ptr[j]);
 785         t = FFMIN(t, 0x7FFF);
 786         if (!t) {
 787             shift = 0;
 788         } else {
 789             shift = -10 + av_log2(t);
 790             if (shift < -2)
 791                 shift = -2;
 792         }
 793         sum = 0;
 794         if (shift < 0) {
 795            for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++) {
 796                t      = vector_ptr[j] * (1 << -shift);
 797                sum   += t * t;
 798                tmp[j] = t;
 799            }
 800         } else {
 801            for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++) {
 802                t      = vector_ptr[j] >> shift;
 803                sum   += t * t;
 804                tmp[j] = t;
 805            }
 806         }
 807
 808         b0 = 0;
 809         for (j = 0; j < 11; j++)
 810             b0 += tmp[pos[(i / 2) * 11 + j]] * signs[(i / 2) * 11 + j];
 811         b0 = b0 * 2 * 2979LL + (1 << 29) >> 30; // approximated division by 11
 812
 813         c = p->cur_gain * (p->cur_gain * SUBFRAME_LEN >> 5);
 814         if (shift * 2 + 3 >= 0)
 815             c >>= shift * 2 + 3;
 816         else
 817             c <<= -(shift * 2 + 3);
 818         c = (av_clipl_int32(sum << 1) - c) * 2979LL >> 15;
 819
 820         delta = b0 * b0 * 2 - c;
 821         if (delta <= 0) {
 822             x = -b0;
 823         } else {
 824             delta = square_root(delta);
 825             x     = delta - b0;
 826             t     = delta + b0;
 827             if (FFABS(t) < FFABS(x))
 828                 x = -t;
 829         }
 830         shift++;
 831         if (shift < 0)
 832            x >>= -shift;
 833         else
 834            x *= 1 << shift;
 835         x = av_clip(x, -10000, 10000);
 836
 837         for (j = 0; j < 11; j++) {
 838             idx = (i / 2) * 11 + j;
 839             vector_ptr[pos[idx]] = av_clip_int16(vector_ptr[pos[idx]] +
 840                                                  (x * signs[idx] >> 15));
 841         }
 842
 843         /* copy decoded data to serve as a history for the next decoded subframes */
 844         memcpy(vector_ptr + PITCH_MAX, vector_ptr,
 845                sizeof(*vector_ptr) * SUBFRAME_LEN * 2);
 846         vector_ptr += SUBFRAME_LEN * 2;
 847     }
 848     /* Save the excitation for the next frame */
 849     memcpy(p->prev_excitation, p->audio + LPC_ORDER + FRAME_LEN,
 850            PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 851 }
 852
 853 static int g723_1_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 854                                int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 855 {
 856     G723_1_Context *s  = avctx->priv_data;
 857     AVFrame *frame     = data;
 858     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 859     int buf_size       = avpkt->size;
 860     int dec_mode       = buf[0] & 3;
 861
 862     PPFParam ppf[SUBFRAMES];
 863     int16_t cur_lsp[LPC_ORDER];
 864     int16_t lpc[SUBFRAMES * LPC_ORDER];
 865     int16_t acb_vector[SUBFRAME_LEN];
 866     int16_t *out;
 867     int bad_frame = 0, i, j, ret;
 868
 869     if (buf_size < frame_size[dec_mode] * avctx->channels) {
 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     frame->nb_samples = FRAME_LEN;
 879     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
 880         return ret;
 881
 882     for (int ch = 0; ch < avctx->channels; ch++) {
 883         G723_1_ChannelContext *p = &s->ch[ch];
 884         int16_t *audio = p->audio;
 885
 886         if (unpack_bitstream(p, buf, buf_size) < 0) {
 887             bad_frame = 1;
 888             if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME)
 889                 p->cur_frame_type = ACTIVE_FRAME;
 890             else
 891                 p->cur_frame_type = UNTRANSMITTED_FRAME;
 892         }
 893
 894         out = (int16_t *)frame->extended_data[ch];
 895
 896         if (p->cur_frame_type == ACTIVE_FRAME) {
 897             if (!bad_frame)
 898                 p->erased_frames = 0;
 899             else if (p->erased_frames != 3)
 900                 p->erased_frames++;
 901
 902             ff_g723_1_inverse_quant(cur_lsp, p->prev_lsp, p->lsp_index, bad_frame);
 903             ff_g723_1_lsp_interpolate(lpc, cur_lsp, p->prev_lsp);
 904
 905             /* Save the lsp_vector for the next frame */
 906             memcpy(p->prev_lsp, cur_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
 907
 908             /* Generate the excitation for the frame */
 909             memcpy(p->excitation, p->prev_excitation,
 910                    PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 911             if (!p->erased_frames) {
 912                 int16_t *vector_ptr = p->excitation + PITCH_MAX;
 913
 914                 /* Update interpolation gain memory */
 915                 p->interp_gain = fixed_cb_gain[(p->subframe[2].amp_index +
 916                                                 p->subframe[3].amp_index) >> 1];
 917                 for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 918                     gen_fcb_excitation(vector_ptr, &p->subframe[i], p->cur_rate,
 919                                        p->pitch_lag[i >> 1], i);
 920                     ff_g723_1_gen_acb_excitation(acb_vector,
 921                                                  &p->excitation[SUBFRAME_LEN * i],
 922                                                  p->pitch_lag[i >> 1],
 923                                                  &p->subframe[i], p->cur_rate);
 924                     /* Get the total excitation */
 925                     for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN; j++) {
 926                         int v = av_clip_int16(vector_ptr[j] * 2);
 927                         vector_ptr[j] = av_clip_int16(v + acb_vector[j]);
 928                     }
 929                     vector_ptr += SUBFRAME_LEN;
 930                 }
 931
 932                 vector_ptr = p->excitation + PITCH_MAX;
 933
 934                 p->interp_index = comp_interp_index(p, p->pitch_lag[1],
 935                                                     &p->sid_gain, &p->cur_gain);
 936
 937                 /* Perform pitch postfiltering */
 938                 if (s->postfilter) {
 939                     i = PITCH_MAX;
 940                     for (j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
 941                         comp_ppf_coeff(p, i, p->pitch_lag[j >> 1],
 942                                        ppf + j, p->cur_rate);
 943
 944                     for (i = 0, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
 945                         ff_acelp_weighted_vector_sum(p->audio + LPC_ORDER + i,
 946                                                      vector_ptr + i,
 947                                                      vector_ptr + i + ppf[j].index,
 948                                                      ppf[j].sc_gain,
 949                                                      ppf[j].opt_gain,
 950                                                      1 << 14, 15, SUBFRAME_LEN);
 951                 } else {
 952                     audio = vector_ptr - LPC_ORDER;
 953                 }
 954
 955                 /* Save the excitation for the next frame */
 956                 memcpy(p->prev_excitation, p->excitation + FRAME_LEN,
 957                        PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 958             } else {
 959                 p->interp_gain = (p->interp_gain * 3 + 2) >> 2;
 960                 if (p->erased_frames == 3) {
 961                     /* Mute output */
 962                     memset(p->excitation, 0,
 963                            (FRAME_LEN + PITCH_MAX) * sizeof(*p->excitation));
 964                     memset(p->prev_excitation, 0,
 965                            PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 966                     memset(frame->data[0], 0,
 967                            (FRAME_LEN + LPC_ORDER) * sizeof(int16_t));
 968                 } else {
 969                     int16_t *buf = p->audio + LPC_ORDER;
 970
 971                     /* Regenerate frame */
 972                     residual_interp(p->excitation, buf, p->interp_index,
 973                                     p->interp_gain, &p->random_seed);
 974
 975                     /* Save the excitation for the next frame */
 976                     memcpy(p->prev_excitation, buf + (FRAME_LEN - PITCH_MAX),
 977                            PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 978                 }
 979             }
 980             p->cng_random_seed = CNG_RANDOM_SEED;
 981         } else {
 982             if (p->cur_frame_type == SID_FRAME) {
 983                 p->sid_gain = sid_gain_to_lsp_index(p->subframe[0].amp_index);
 984                 ff_g723_1_inverse_quant(p->sid_lsp, p->prev_lsp, p->lsp_index, 0);
 985             } else if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME) {
 986                 p->sid_gain = estimate_sid_gain(p);
 987             }
 988
 989             if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME)
 990                 p->cur_gain = p->sid_gain;
 991             else
 992                 p->cur_gain = (p->cur_gain * 7 + p->sid_gain) >> 3;
 993             generate_noise(p);
 994             ff_g723_1_lsp_interpolate(lpc, p->sid_lsp, p->prev_lsp);
 995             /* Save the lsp_vector for the next frame */
 996             memcpy(p->prev_lsp, p->sid_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
 997         }
 998
 999         p->past_frame_type = p->cur_frame_type;
1000
1001         memcpy(p->audio, p->synth_mem, LPC_ORDER * sizeof(*p->audio));
1002         for (i = LPC_ORDER, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
1003             ff_celp_lp_synthesis_filter(p->audio + i, &lpc[j * LPC_ORDER],
1004                                         audio + i, SUBFRAME_LEN, LPC_ORDER,
1005                                         0, 1, 1 << 12);
1006         memcpy(p->synth_mem, p->audio + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(*p->audio));
1007
1008         if (s->postfilter) {
1009             formant_postfilter(p, lpc, p->audio, out);
1010         } else { // if output is not postfiltered it should be scaled by 2
1011             for (i = 0; i < FRAME_LEN; i++)
1012                 out[i] = av_clip_int16(p->audio[LPC_ORDER + i] << 1);
1013         }
1014     }
1015
1016     *got_frame_ptr = 1;
1017
1018     return frame_size[dec_mode] * avctx->channels;
1019 }
1020
1021 #define OFFSET(x) offsetof(G723_1_Context, x)
1022 #define AD     AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM | AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM
1023
1024 static const AVOption options[] = {
1025     { "postfilter", "enable postfilter", OFFSET(postfilter), AV_OPT_TYPE_BOOL,
1026       { .i64 = 1 }, 0, 1, AD },
1027     { NULL }
1028 };
1029
1030
1031 static const AVClass g723_1dec_class = {
1032     .class_name = "G.723.1 decoder",
1033     .item_name  = av_default_item_name,
1034     .option     = options,
1035     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
1036 };
1037
1038 AVCodec ff_g723_1_decoder = {
1039     .name           = "g723_1",
1040     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("G.723.1"),
1041     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1042     .id             = AV_CODEC_ID_G723_1,
1043     .priv_data_size = sizeof(G723_1_Context),
1044     .init           = g723_1_decode_init,
1045     .decode         = g723_1_decode_frame,
1046     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_SUBFRAMES | AV_CODEC_CAP_DR1,
1047     .priv_class     = &g723_1dec_class,
1048 };