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
  82     init_get_bits(&gb, buf, buf_size * 8);
  83
  84     /* Extract frame type and rate info */
  85     info_bits = get_bits(&gb, 2);
  86
  87     if (info_bits == 3) {
  88         p->cur_frame_type = UNTRANSMITTED_FRAME;
  89         return 0;
  90     }
  91
  92     /* Extract 24 bit lsp indices, 8 bit for each band */
  93     p->lsp_index[2] = get_bits(&gb, 8);
  94     p->lsp_index[1] = get_bits(&gb, 8);
  95     p->lsp_index[0] = get_bits(&gb, 8);
  96
  97     if (info_bits == 2) {
  98         p->cur_frame_type = SID_FRAME;
  99         p->subframe[0].amp_index = get_bits(&gb, 6);
 100         return 0;
 101     }
 102
 103     /* Extract the info common to both rates */
 104     p->cur_rate       = info_bits ? RATE_5300 : RATE_6300;
 105     p->cur_frame_type = ACTIVE_FRAME;
 106
 107     p->pitch_lag[0] = get_bits(&gb, 7);
 108     if (p->pitch_lag[0] > 123)       /* test if forbidden code */
 109         return -1;
 110     p->pitch_lag[0] += PITCH_MIN;
 111     p->subframe[1].ad_cb_lag = get_bits(&gb, 2);
 112
 113     p->pitch_lag[1] = get_bits(&gb, 7);
 114     if (p->pitch_lag[1] > 123)
 115         return -1;
 116     p->pitch_lag[1] += PITCH_MIN;
 117     p->subframe[3].ad_cb_lag = get_bits(&gb, 2);
 118     p->subframe[0].ad_cb_lag = 1;
 119     p->subframe[2].ad_cb_lag = 1;
 120
 121     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 122         /* Extract combined gain */
 123         temp = get_bits(&gb, 12);
 124         ad_cb_len = 170;
 125         p->subframe[i].dirac_train = 0;
 126         if (p->cur_rate == RATE_6300 && p->pitch_lag[i >> 1] < SUBFRAME_LEN - 2) {
 127             p->subframe[i].dirac_train = temp >> 11;
 128             temp &= 0x7FF;
 129             ad_cb_len = 85;
 130         }
 131         p->subframe[i].ad_cb_gain = FASTDIV(temp, GAIN_LEVELS);
 132         if (p->subframe[i].ad_cb_gain < ad_cb_len) {
 133             p->subframe[i].amp_index = temp - p->subframe[i].ad_cb_gain *
 134                                        GAIN_LEVELS;
 135         } else {
 136             return -1;
 137         }
 138     }
 139
 140     p->subframe[0].grid_index = get_bits1(&gb);
 141     p->subframe[1].grid_index = get_bits1(&gb);
 142     p->subframe[2].grid_index = get_bits1(&gb);
 143     p->subframe[3].grid_index = get_bits1(&gb);
 144
 145     if (p->cur_rate == RATE_6300) {
 146         skip_bits1(&gb);  /* skip reserved bit */
 147
 148         /* Compute pulse_pos index using the 13-bit combined position index */
 149         temp = get_bits(&gb, 13);
 150         p->subframe[0].pulse_pos = temp / 810;
 151
 152         temp -= p->subframe[0].pulse_pos * 810;
 153         p->subframe[1].pulse_pos = FASTDIV(temp, 90);
 154
 155         temp -= p->subframe[1].pulse_pos * 90;
 156         p->subframe[2].pulse_pos = FASTDIV(temp, 9);
 157         p->subframe[3].pulse_pos = temp - p->subframe[2].pulse_pos * 9;
 158
 159         p->subframe[0].pulse_pos = (p->subframe[0].pulse_pos << 16) +
 160                                    get_bits(&gb, 16);
 161         p->subframe[1].pulse_pos = (p->subframe[1].pulse_pos << 14) +
 162                                    get_bits(&gb, 14);
 163         p->subframe[2].pulse_pos = (p->subframe[2].pulse_pos << 16) +
 164                                    get_bits(&gb, 16);
 165         p->subframe[3].pulse_pos = (p->subframe[3].pulse_pos << 14) +
 166                                    get_bits(&gb, 14);
 167
 168         p->subframe[0].pulse_sign = get_bits(&gb, 6);
 169         p->subframe[1].pulse_sign = get_bits(&gb, 5);
 170         p->subframe[2].pulse_sign = get_bits(&gb, 6);
 171         p->subframe[3].pulse_sign = get_bits(&gb, 5);
 172     } else { /* 5300 bps */
 173         p->subframe[0].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 174         p->subframe[1].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 175         p->subframe[2].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 176         p->subframe[3].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 177
 178         p->subframe[0].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 179         p->subframe[1].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 180         p->subframe[2].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 181         p->subframe[3].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 182     }
 183
 184     return 0;
 185 }
 186
 187 /**
 188  * Bitexact implementation of sqrt(val/2).
 189  */
 190 static int16_t square_root(unsigned val)
 191 {
 192     av_assert2(!(val & 0x80000000));
 193
 194     return (ff_sqrt(val << 1) >> 1) & (~1);
 195 }
 196
 197 /**
 198  * Generate fixed codebook excitation vector.
 199  *
 200  * @param vector    decoded excitation vector
 201  * @param subfrm    current subframe
 202  * @param cur_rate  current bitrate
 203  * @param pitch_lag closed loop pitch lag
 204  * @param index     current subframe index
 205  */
 206 static void gen_fcb_excitation(int16_t *vector, G723_1_Subframe *subfrm,
 207                                enum Rate cur_rate, int pitch_lag, int index)
 208 {
 209     int temp, i, j;
 210
 211     memset(vector, 0, SUBFRAME_LEN * sizeof(*vector));
 212
 213     if (cur_rate == RATE_6300) {
 214         if (subfrm->pulse_pos >= max_pos[index])
 215             return;
 216
 217         /* Decode amplitudes and positions */
 218         j = PULSE_MAX - pulses[index];
 219         temp = subfrm->pulse_pos;
 220         for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN / GRID_SIZE; i++) {
 221             temp -= combinatorial_table[j][i];
 222             if (temp >= 0)
 223                 continue;
 224             temp += combinatorial_table[j++][i];
 225             if (subfrm->pulse_sign & (1 << (PULSE_MAX - j))) {
 226                 vector[subfrm->grid_index + GRID_SIZE * i] =
 227                                         -fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 228             } else {
 229                 vector[subfrm->grid_index + GRID_SIZE * i] =
 230                                          fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 231             }
 232             if (j == PULSE_MAX)
 233                 break;
 234         }
 235         if (subfrm->dirac_train == 1)
 236             ff_g723_1_gen_dirac_train(vector, pitch_lag);
 237     } else { /* 5300 bps */
 238         int cb_gain  = fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 239         int cb_shift = subfrm->grid_index;
 240         int cb_sign  = subfrm->pulse_sign;
 241         int cb_pos   = subfrm->pulse_pos;
 242         int offset, beta, lag;
 243
 244         for (i = 0; i < 8; i += 2) {
 245             offset         = ((cb_pos & 7) << 3) + cb_shift + i;
 246             vector[offset] = (cb_sign & 1) ? cb_gain : -cb_gain;
 247             cb_pos  >>= 3;
 248             cb_sign >>= 1;
 249         }
 250
 251         /* Enhance harmonic components */
 252         lag  = pitch_contrib[subfrm->ad_cb_gain << 1] + pitch_lag +
 253                subfrm->ad_cb_lag - 1;
 254         beta = pitch_contrib[(subfrm->ad_cb_gain << 1) + 1];
 255
 256         if (lag < SUBFRAME_LEN - 2) {
 257             for (i = lag; i < SUBFRAME_LEN; i++)
 258                 vector[i] += beta * vector[i - lag] >> 15;
 259         }
 260     }
 261 }
 262
 263 /**
 264  * Estimate maximum auto-correlation around pitch lag.
 265  *
 266  * @param buf       buffer with offset applied
 267  * @param offset    offset of the excitation vector
 268  * @param ccr_max   pointer to the maximum auto-correlation
 269  * @param pitch_lag decoded pitch lag
 270  * @param length    length of autocorrelation
 271  * @param dir       forward lag(1) / backward lag(-1)
 272  */
 273 static int autocorr_max(const int16_t *buf, int offset, int *ccr_max,
 274                         int pitch_lag, int length, int dir)
 275 {
 276     int limit, ccr, lag = 0;
 277     int i;
 278
 279     pitch_lag = FFMIN(PITCH_MAX - 3, pitch_lag);
 280     if (dir > 0)
 281         limit = FFMIN(FRAME_LEN + PITCH_MAX - offset - length, pitch_lag + 3);
 282     else
 283         limit = pitch_lag + 3;
 284
 285     for (i = pitch_lag - 3; i <= limit; i++) {
 286         ccr = ff_g723_1_dot_product(buf, buf + dir * i, length);
 287
 288         if (ccr > *ccr_max) {
 289             *ccr_max = ccr;
 290             lag = i;
 291         }
 292     }
 293     return lag;
 294 }
 295
 296 /**
 297  * Calculate pitch postfilter optimal and scaling gains.
 298  *
 299  * @param lag      pitch postfilter forward/backward lag
 300  * @param ppf      pitch postfilter parameters
 301  * @param cur_rate current bitrate
 302  * @param tgt_eng  target energy
 303  * @param ccr      cross-correlation
 304  * @param res_eng  residual energy
 305  */
 306 static void comp_ppf_gains(int lag, PPFParam *ppf, enum Rate cur_rate,
 307                            int tgt_eng, int ccr, int res_eng)
 308 {
 309     int pf_residual;     /* square of postfiltered residual */
 310     int temp1, temp2;
 311
 312     ppf->index = lag;
 313
 314     temp1 = tgt_eng * res_eng >> 1;
 315     temp2 = ccr * ccr << 1;
 316
 317     if (temp2 > temp1) {
 318         if (ccr >= res_eng) {
 319             ppf->opt_gain = ppf_gain_weight[cur_rate];
 320         } else {
 321             ppf->opt_gain = (ccr << 15) / res_eng *
 322                             ppf_gain_weight[cur_rate] >> 15;
 323         }
 324         /* pf_res^2 = tgt_eng + 2*ccr*gain + res_eng*gain^2 */
 325         temp1       = (tgt_eng << 15) + (ccr * ppf->opt_gain << 1);
 326         temp2       = (ppf->opt_gain * ppf->opt_gain >> 15) * res_eng;
 327         pf_residual = av_sat_add32(temp1, temp2 + (1 << 15)) >> 16;
 328
 329         if (tgt_eng >= pf_residual << 1) {
 330             temp1 = 0x7fff;
 331         } else {
 332             temp1 = (tgt_eng << 14) / pf_residual;
 333         }
 334
 335         /* scaling_gain = sqrt(tgt_eng/pf_res^2) */
 336         ppf->sc_gain = square_root(temp1 << 16);
 337     } else {
 338         ppf->opt_gain = 0;
 339         ppf->sc_gain  = 0x7fff;
 340     }
 341
 342     ppf->opt_gain = av_clip_int16(ppf->opt_gain * ppf->sc_gain >> 15);
 343 }
 344
 345 /**
 346  * Calculate pitch postfilter parameters.
 347  *
 348  * @param p         the context
 349  * @param offset    offset of the excitation vector
 350  * @param pitch_lag decoded pitch lag
 351  * @param ppf       pitch postfilter parameters
 352  * @param cur_rate  current bitrate
 353  */
 354 static void comp_ppf_coeff(G723_1_ChannelContext *p, int offset, int pitch_lag,
 355                            PPFParam *ppf, enum Rate cur_rate)
 356 {
 357
 358     int16_t scale;
 359     int i;
 360     int temp1, temp2;
 361
 362     /*
 363      * 0 - target energy
 364      * 1 - forward cross-correlation
 365      * 2 - forward residual energy
 366      * 3 - backward cross-correlation
 367      * 4 - backward residual energy
 368      */
 369     int energy[5] = {0, 0, 0, 0, 0};
 370     int16_t *buf  = p->audio + LPC_ORDER + offset;
 371     int fwd_lag   = autocorr_max(buf, offset, &energy[1], pitch_lag,
 372                                  SUBFRAME_LEN, 1);
 373     int back_lag  = autocorr_max(buf, offset, &energy[3], pitch_lag,
 374                                  SUBFRAME_LEN, -1);
 375
 376     ppf->index    = 0;
 377     ppf->opt_gain = 0;
 378     ppf->sc_gain  = 0x7fff;
 379
 380     /* Case 0, Section 3.6 */
 381     if (!back_lag && !fwd_lag)
 382         return;
 383
 384     /* Compute target energy */
 385     energy[0] = ff_g723_1_dot_product(buf, buf, SUBFRAME_LEN);
 386
 387     /* Compute forward residual energy */
 388     if (fwd_lag)
 389         energy[2] = ff_g723_1_dot_product(buf + fwd_lag, buf + fwd_lag,
 390                                           SUBFRAME_LEN);
 391
 392     /* Compute backward residual energy */
 393     if (back_lag)
 394         energy[4] = ff_g723_1_dot_product(buf - back_lag, buf - back_lag,
 395                                           SUBFRAME_LEN);
 396
 397     /* Normalize and shorten */
 398     temp1 = 0;
 399     for (i = 0; i < 5; i++)
 400         temp1 = FFMAX(energy[i], temp1);
 401
 402     scale = ff_g723_1_normalize_bits(temp1, 31);
 403     for (i = 0; i < 5; i++)
 404         energy[i] = (energy[i] << scale) >> 16;
 405
 406     if (fwd_lag && !back_lag) {  /* Case 1 */
 407         comp_ppf_gains(fwd_lag,  ppf, cur_rate, energy[0], energy[1],
 408                        energy[2]);
 409     } else if (!fwd_lag) {       /* Case 2 */
 410         comp_ppf_gains(-back_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[3],
 411                        energy[4]);
 412     } else {                     /* Case 3 */
 413
 414         /*
 415          * Select the largest of energy[1]^2/energy[2]
 416          * and energy[3]^2/energy[4]
 417          */
 418         temp1 = energy[4] * ((energy[1] * energy[1] + (1 << 14)) >> 15);
 419         temp2 = energy[2] * ((energy[3] * energy[3] + (1 << 14)) >> 15);
 420         if (temp1 >= temp2) {
 421             comp_ppf_gains(fwd_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[1],
 422                            energy[2]);
 423         } else {
 424             comp_ppf_gains(-back_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[3],
 425                            energy[4]);
 426         }
 427     }
 428 }
 429
 430 /**
 431  * Classify frames as voiced/unvoiced.
 432  *
 433  * @param p         the context
 434  * @param pitch_lag decoded pitch_lag
 435  * @param exc_eng   excitation energy estimation
 436  * @param scale     scaling factor of exc_eng
 437  *
 438  * @return residual interpolation index if voiced, 0 otherwise
 439  */
 440 static int comp_interp_index(G723_1_ChannelContext *p, int pitch_lag,
 441                              int *exc_eng, int *scale)
 442 {
 443     int offset = PITCH_MAX + 2 * SUBFRAME_LEN;
 444     int16_t *buf = p->audio + LPC_ORDER;
 445
 446     int index, ccr, tgt_eng, best_eng, temp;
 447
 448     *scale = ff_g723_1_scale_vector(buf, p->excitation, FRAME_LEN + PITCH_MAX);
 449     buf   += offset;
 450
 451     /* Compute maximum backward cross-correlation */
 452     ccr   = 0;
 453     index = autocorr_max(buf, offset, &ccr, pitch_lag, SUBFRAME_LEN * 2, -1);
 454     ccr   = av_sat_add32(ccr, 1 << 15) >> 16;
 455
 456     /* Compute target energy */
 457     tgt_eng  = ff_g723_1_dot_product(buf, buf, SUBFRAME_LEN * 2);
 458     *exc_eng = av_sat_add32(tgt_eng, 1 << 15) >> 16;
 459
 460     if (ccr <= 0)
 461         return 0;
 462
 463     /* Compute best energy */
 464     best_eng = ff_g723_1_dot_product(buf - index, buf - index,
 465                                      SUBFRAME_LEN * 2);
 466     best_eng = av_sat_add32(best_eng, 1 << 15) >> 16;
 467
 468     temp = best_eng * *exc_eng >> 3;
 469
 470     if (temp < ccr * ccr) {
 471         return index;
 472     } else
 473         return 0;
 474 }
 475
 476 /**
 477  * Perform residual interpolation based on frame classification.
 478  *
 479  * @param buf   decoded excitation vector
 480  * @param out   output vector
 481  * @param lag   decoded pitch lag
 482  * @param gain  interpolated gain
 483  * @param rseed seed for random number generator
 484  */
 485 static void residual_interp(int16_t *buf, int16_t *out, int lag,
 486                             int gain, int *rseed)
 487 {
 488     int i;
 489     if (lag) { /* Voiced */
 490         int16_t *vector_ptr = buf + PITCH_MAX;
 491         /* Attenuate */
 492         for (i = 0; i < lag; i++)
 493             out[i] = vector_ptr[i - lag] * 3 >> 2;
 494         av_memcpy_backptr((uint8_t*)(out + lag), lag * sizeof(*out),
 495                           (FRAME_LEN - lag) * sizeof(*out));
 496     } else {  /* Unvoiced */
 497         for (i = 0; i < FRAME_LEN; i++) {
 498             *rseed = (int16_t)(*rseed * 521 + 259);
 499             out[i] = gain * *rseed >> 15;
 500         }
 501         memset(buf, 0, (FRAME_LEN + PITCH_MAX) * sizeof(*buf));
 502     }
 503 }
 504
 505 /**
 506  * Perform IIR filtering.
 507  *
 508  * @param fir_coef FIR coefficients
 509  * @param iir_coef IIR coefficients
 510  * @param src      source vector
 511  * @param dest     destination vector
 512  * @param width    width of the output, 16 bits(0) / 32 bits(1)
 513  */
 514 #define iir_filter(fir_coef, iir_coef, src, dest, width)\
 515 {\
 516     int m, n;\
 517     int res_shift = 16 & ~-(width);\
 518     int in_shift  = 16 - res_shift;\
 519 \
 520     for (m = 0; m < SUBFRAME_LEN; m++) {\
 521         int64_t filter = 0;\
 522         for (n = 1; n <= LPC_ORDER; n++) {\
 523             filter -= (fir_coef)[n - 1] * (src)[m - n] -\
 524                       (iir_coef)[n - 1] * ((dest)[m - n] >> in_shift);\
 525         }\
 526 \
 527         (dest)[m] = av_clipl_int32(((src)[m] * 65536) + (filter * 8) +\
 528                                    (1 << 15)) >> res_shift;\
 529     }\
 530 }
 531
 532 /**
 533  * Adjust gain of postfiltered signal.
 534  *
 535  * @param p      the context
 536  * @param buf    postfiltered output vector
 537  * @param energy input energy coefficient
 538  */
 539 static void gain_scale(G723_1_ChannelContext *p, int16_t * buf, int energy)
 540 {
 541     int num, denom, gain, bits1, bits2;
 542     int i;
 543
 544     num   = energy;
 545     denom = 0;
 546     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
 547         int temp = buf[i] >> 2;
 548         temp *= temp;
 549         denom = av_sat_dadd32(denom, temp);
 550     }
 551
 552     if (num && denom) {
 553         bits1   = ff_g723_1_normalize_bits(num,   31);
 554         bits2   = ff_g723_1_normalize_bits(denom, 31);
 555         num     = num << bits1 >> 1;
 556         denom <<= bits2;
 557
 558         bits2 = 5 + bits1 - bits2;
 559         bits2 = av_clip_uintp2(bits2, 5);
 560
 561         gain = (num >> 1) / (denom >> 16);
 562         gain = square_root(gain << 16 >> bits2);
 563     } else {
 564         gain = 1 << 12;
 565     }
 566
 567     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
 568         p->pf_gain = (15 * p->pf_gain + gain + (1 << 3)) >> 4;
 569         buf[i]     = av_clip_int16((buf[i] * (p->pf_gain + (p->pf_gain >> 4)) +
 570                                    (1 << 10)) >> 11);
 571     }
 572 }
 573
 574 /**
 575  * Perform formant filtering.
 576  *
 577  * @param p   the context
 578  * @param lpc quantized lpc coefficients
 579  * @param buf input buffer
 580  * @param dst output buffer
 581  */
 582 static void formant_postfilter(G723_1_ChannelContext *p, int16_t *lpc,
 583                                int16_t *buf, int16_t *dst)
 584 {
 585     int16_t filter_coef[2][LPC_ORDER];
 586     int filter_signal[LPC_ORDER + FRAME_LEN], *signal_ptr;
 587     int i, j, k;
 588
 589     memcpy(buf, p->fir_mem, LPC_ORDER * sizeof(*buf));
 590     memcpy(filter_signal, p->iir_mem, LPC_ORDER * sizeof(*filter_signal));
 591
 592     for (i = LPC_ORDER, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++) {
 593         for (k = 0; k < LPC_ORDER; k++) {
 594             filter_coef[0][k] = (-lpc[k] * postfilter_tbl[0][k] +
 595                                  (1 << 14)) >> 15;
 596             filter_coef[1][k] = (-lpc[k] * postfilter_tbl[1][k] +
 597                                  (1 << 14)) >> 15;
 598         }
 599         iir_filter(filter_coef[0], filter_coef[1], buf + i, filter_signal + i, 1);
 600         lpc += LPC_ORDER;
 601     }
 602
 603     memcpy(p->fir_mem, buf + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(int16_t));
 604     memcpy(p->iir_mem, filter_signal + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(int));
 605
 606     buf += LPC_ORDER;
 607     signal_ptr = filter_signal + LPC_ORDER;
 608     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 609         int temp;
 610         int auto_corr[2];
 611         int scale, energy;
 612
 613         /* Normalize */
 614         scale = ff_g723_1_scale_vector(dst, buf, SUBFRAME_LEN);
 615
 616         /* Compute auto correlation coefficients */
 617         auto_corr[0] = ff_g723_1_dot_product(dst, dst + 1, SUBFRAME_LEN - 1);
 618         auto_corr[1] = ff_g723_1_dot_product(dst, dst,     SUBFRAME_LEN);
 619
 620         /* Compute reflection coefficient */
 621         temp = auto_corr[1] >> 16;
 622         if (temp) {
 623             temp = (auto_corr[0] >> 2) / temp;
 624         }
 625         p->reflection_coef = (3 * p->reflection_coef + temp + 2) >> 2;
 626         temp = -p->reflection_coef >> 1 & ~3;
 627
 628         /* Compensation filter */
 629         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN; j++) {
 630             dst[j] = av_sat_dadd32(signal_ptr[j],
 631                                    (signal_ptr[j - 1] >> 16) * temp) >> 16;
 632         }
 633
 634         /* Compute normalized signal energy */
 635         temp = 2 * scale + 4;
 636         if (temp < 0) {
 637             energy = av_clipl_int32((int64_t)auto_corr[1] << -temp);
 638         } else
 639             energy = auto_corr[1] >> temp;
 640
 641         gain_scale(p, dst, energy);
 642
 643         buf        += SUBFRAME_LEN;
 644         signal_ptr += SUBFRAME_LEN;
 645         dst        += SUBFRAME_LEN;
 646     }
 647 }
 648
 649 static int sid_gain_to_lsp_index(int gain)
 650 {
 651     if (gain < 0x10)
 652         return gain << 6;
 653     else if (gain < 0x20)
 654         return gain - 8 << 7;
 655     else
 656         return gain - 20 << 8;
 657 }
 658
 659 static inline int cng_rand(int *state, int base)
 660 {
 661     *state = (*state * 521 + 259) & 0xFFFF;
 662     return (*state & 0x7FFF) * base >> 15;
 663 }
 664
 665 static int estimate_sid_gain(G723_1_ChannelContext *p)
 666 {
 667     int i, shift, seg, seg2, t, val, val_add, x, y;
 668
 669     shift = 16 - p->cur_gain * 2;
 670     if (shift > 0) {
 671         if (p->sid_gain == 0) {
 672             t = 0;
 673         } else if (shift >= 31 || (int32_t)((uint32_t)p->sid_gain << shift) >> shift != p->sid_gain) {
 674             if (p->sid_gain < 0) t = INT32_MIN;
 675             else                 t = INT32_MAX;
 676         } else
 677             t = p->sid_gain << shift;
 678     }else
 679         t = p->sid_gain >> -shift;
 680     x = av_clipl_int32(t * (int64_t)cng_filt[0] >> 16);
 681
 682     if (x >= cng_bseg[2])
 683         return 0x3F;
 684
 685     if (x >= cng_bseg[1]) {
 686         shift = 4;
 687         seg   = 3;
 688     } else {
 689         shift = 3;
 690         seg   = (x >= cng_bseg[0]);
 691     }
 692     seg2 = FFMIN(seg, 3);
 693
 694     val     = 1 << shift;
 695     val_add = val >> 1;
 696     for (i = 0; i < shift; i++) {
 697         t = seg * 32 + (val << seg2);
 698         t *= t;
 699         if (x >= t)
 700             val += val_add;
 701         else
 702             val -= val_add;
 703         val_add >>= 1;
 704     }
 705
 706     t = seg * 32 + (val << seg2);
 707     y = t * t - x;
 708     if (y <= 0) {
 709         t = seg * 32 + (val + 1 << seg2);
 710         t = t * t - x;
 711         val = (seg2 - 1) * 16 + val;
 712         if (t >= y)
 713             val++;
 714     } else {
 715         t = seg * 32 + (val - 1 << seg2);
 716         t = t * t - x;
 717         val = (seg2 - 1) * 16 + val;
 718         if (t >= y)
 719             val--;
 720     }
 721
 722     return val;
 723 }
 724
 725 static void generate_noise(G723_1_ChannelContext *p)
 726 {
 727     int i, j, idx, t;
 728     int off[SUBFRAMES];
 729     int signs[SUBFRAMES / 2 * 11], pos[SUBFRAMES / 2 * 11];
 730     int tmp[SUBFRAME_LEN * 2];
 731     int16_t *vector_ptr;
 732     int64_t sum;
 733     int b0, c, delta, x, shift;
 734
 735     p->pitch_lag[0] = cng_rand(&p->cng_random_seed, 21) + 123;
 736     p->pitch_lag[1] = cng_rand(&p->cng_random_seed, 19) + 123;
 737
 738     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 739         p->subframe[i].ad_cb_gain = cng_rand(&p->cng_random_seed, 50) + 1;
 740         p->subframe[i].ad_cb_lag  = cng_adaptive_cb_lag[i];
 741     }
 742
 743     for (i = 0; i < SUBFRAMES / 2; i++) {
 744         t = cng_rand(&p->cng_random_seed, 1 << 13);
 745         off[i * 2]     =   t       & 1;
 746         off[i * 2 + 1] = ((t >> 1) & 1) + SUBFRAME_LEN;
 747         t >>= 2;
 748         for (j = 0; j < 11; j++) {
 749             signs[i * 11 + j] = ((t & 1) * 2 - 1)  * (1 << 14);
 750             t >>= 1;
 751         }
 752     }
 753
 754     idx = 0;
 755     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 756         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN / 2; j++)
 757             tmp[j] = j;
 758         t = SUBFRAME_LEN / 2;
 759         for (j = 0; j < pulses[i]; j++, idx++) {
 760             int idx2 = cng_rand(&p->cng_random_seed, t);
 761
 762             pos[idx]  = tmp[idx2] * 2 + off[i];
 763             tmp[idx2] = tmp[--t];
 764         }
 765     }
 766
 767     vector_ptr = p->audio + LPC_ORDER;
 768     memcpy(vector_ptr, p->prev_excitation,
 769            PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 770     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i += 2) {
 771         ff_g723_1_gen_acb_excitation(vector_ptr, vector_ptr,
 772                                      p->pitch_lag[i >> 1], &p->subframe[i],
 773                                      p->cur_rate);
 774         ff_g723_1_gen_acb_excitation(vector_ptr + SUBFRAME_LEN,
 775                                      vector_ptr + SUBFRAME_LEN,
 776                                      p->pitch_lag[i >> 1], &p->subframe[i + 1],
 777                                      p->cur_rate);
 778
 779         t = 0;
 780         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++)
 781             t |= FFABS(vector_ptr[j]);
 782         t = FFMIN(t, 0x7FFF);
 783         if (!t) {
 784             shift = 0;
 785         } else {
 786             shift = -10 + av_log2(t);
 787             if (shift < -2)
 788                 shift = -2;
 789         }
 790         sum = 0;
 791         if (shift < 0) {
 792            for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++) {
 793                t      = vector_ptr[j] * (1 << -shift);
 794                sum   += t * t;
 795                tmp[j] = t;
 796            }
 797         } else {
 798            for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++) {
 799                t      = vector_ptr[j] >> shift;
 800                sum   += t * t;
 801                tmp[j] = t;
 802            }
 803         }
 804
 805         b0 = 0;
 806         for (j = 0; j < 11; j++)
 807             b0 += tmp[pos[(i / 2) * 11 + j]] * signs[(i / 2) * 11 + j];
 808         b0 = b0 * 2 * 2979LL + (1 << 29) >> 30; // approximated division by 11
 809
 810         c = p->cur_gain * (p->cur_gain * SUBFRAME_LEN >> 5);
 811         if (shift * 2 + 3 >= 0)
 812             c >>= shift * 2 + 3;
 813         else
 814             c <<= -(shift * 2 + 3);
 815         c = (av_clipl_int32(sum << 1) - c) * 2979LL >> 15;
 816
 817         delta = b0 * b0 * 2 - c;
 818         if (delta <= 0) {
 819             x = -b0;
 820         } else {
 821             delta = square_root(delta);
 822             x     = delta - b0;
 823             t     = delta + b0;
 824             if (FFABS(t) < FFABS(x))
 825                 x = -t;
 826         }
 827         shift++;
 828         if (shift < 0)
 829            x >>= -shift;
 830         else
 831            x *= 1 << shift;
 832         x = av_clip(x, -10000, 10000);
 833
 834         for (j = 0; j < 11; j++) {
 835             idx = (i / 2) * 11 + j;
 836             vector_ptr[pos[idx]] = av_clip_int16(vector_ptr[pos[idx]] +
 837                                                  (x * signs[idx] >> 15));
 838         }
 839
 840         /* copy decoded data to serve as a history for the next decoded subframes */
 841         memcpy(vector_ptr + PITCH_MAX, vector_ptr,
 842                sizeof(*vector_ptr) * SUBFRAME_LEN * 2);
 843         vector_ptr += SUBFRAME_LEN * 2;
 844     }
 845     /* Save the excitation for the next frame */
 846     memcpy(p->prev_excitation, p->audio + LPC_ORDER + FRAME_LEN,
 847            PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 848 }
 849
 850 static int g723_1_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 851                                int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 852 {
 853     G723_1_Context *s  = avctx->priv_data;
 854     AVFrame *frame     = data;
 855     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 856     int buf_size       = avpkt->size;
 857     int dec_mode       = buf[0] & 3;
 858
 859     PPFParam ppf[SUBFRAMES];
 860     int16_t cur_lsp[LPC_ORDER];
 861     int16_t lpc[SUBFRAMES * LPC_ORDER];
 862     int16_t acb_vector[SUBFRAME_LEN];
 863     int16_t *out;
 864     int bad_frame = 0, i, j, ret;
 865
 866     if (buf_size < frame_size[dec_mode] * avctx->channels) {
 867         if (buf_size)
 868             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
 869                    "Expected %d bytes, got %d - skipping packet\n",
 870                    frame_size[dec_mode], buf_size);
 871         *got_frame_ptr = 0;
 872         return buf_size;
 873     }
 874
 875     frame->nb_samples = FRAME_LEN;
 876     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
 877         return ret;
 878
 879     for (int ch = 0; ch < avctx->channels; ch++) {
 880         G723_1_ChannelContext *p = &s->ch[ch];
 881         int16_t *audio = p->audio;
 882
 883         if (unpack_bitstream(p, buf, buf_size) < 0) {
 884             bad_frame = 1;
 885             if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME)
 886                 p->cur_frame_type = ACTIVE_FRAME;
 887             else
 888                 p->cur_frame_type = UNTRANSMITTED_FRAME;
 889         }
 890
 891         out = (int16_t *)frame->extended_data[ch];
 892
 893         if (p->cur_frame_type == ACTIVE_FRAME) {
 894             if (!bad_frame)
 895                 p->erased_frames = 0;
 896             else if (p->erased_frames != 3)
 897                 p->erased_frames++;
 898
 899             ff_g723_1_inverse_quant(cur_lsp, p->prev_lsp, p->lsp_index, bad_frame);
 900             ff_g723_1_lsp_interpolate(lpc, cur_lsp, p->prev_lsp);
 901
 902             /* Save the lsp_vector for the next frame */
 903             memcpy(p->prev_lsp, cur_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
 904
 905             /* Generate the excitation for the frame */
 906             memcpy(p->excitation, p->prev_excitation,
 907                    PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 908             if (!p->erased_frames) {
 909                 int16_t *vector_ptr = p->excitation + PITCH_MAX;
 910
 911                 /* Update interpolation gain memory */
 912                 p->interp_gain = fixed_cb_gain[(p->subframe[2].amp_index +
 913                                                 p->subframe[3].amp_index) >> 1];
 914                 for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 915                     gen_fcb_excitation(vector_ptr, &p->subframe[i], p->cur_rate,
 916                                        p->pitch_lag[i >> 1], i);
 917                     ff_g723_1_gen_acb_excitation(acb_vector,
 918                                                  &p->excitation[SUBFRAME_LEN * i],
 919                                                  p->pitch_lag[i >> 1],
 920                                                  &p->subframe[i], p->cur_rate);
 921                     /* Get the total excitation */
 922                     for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN; j++) {
 923                         int v = av_clip_int16(vector_ptr[j] * 2);
 924                         vector_ptr[j] = av_clip_int16(v + acb_vector[j]);
 925                     }
 926                     vector_ptr += SUBFRAME_LEN;
 927                 }
 928
 929                 vector_ptr = p->excitation + PITCH_MAX;
 930
 931                 p->interp_index = comp_interp_index(p, p->pitch_lag[1],
 932                                                     &p->sid_gain, &p->cur_gain);
 933
 934                 /* Perform pitch postfiltering */
 935                 if (s->postfilter) {
 936                     i = PITCH_MAX;
 937                     for (j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
 938                         comp_ppf_coeff(p, i, p->pitch_lag[j >> 1],
 939                                        ppf + j, p->cur_rate);
 940
 941                     for (i = 0, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
 942                         ff_acelp_weighted_vector_sum(p->audio + LPC_ORDER + i,
 943                                                      vector_ptr + i,
 944                                                      vector_ptr + i + ppf[j].index,
 945                                                      ppf[j].sc_gain,
 946                                                      ppf[j].opt_gain,
 947                                                      1 << 14, 15, SUBFRAME_LEN);
 948                 } else {
 949                     audio = vector_ptr - LPC_ORDER;
 950                 }
 951
 952                 /* Save the excitation for the next frame */
 953                 memcpy(p->prev_excitation, p->excitation + FRAME_LEN,
 954                        PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 955             } else {
 956                 p->interp_gain = (p->interp_gain * 3 + 2) >> 2;
 957                 if (p->erased_frames == 3) {
 958                     /* Mute output */
 959                     memset(p->excitation, 0,
 960                            (FRAME_LEN + PITCH_MAX) * sizeof(*p->excitation));
 961                     memset(p->prev_excitation, 0,
 962                            PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 963                     memset(frame->data[0], 0,
 964                            (FRAME_LEN + LPC_ORDER) * sizeof(int16_t));
 965                 } else {
 966                     int16_t *buf = p->audio + LPC_ORDER;
 967
 968                     /* Regenerate frame */
 969                     residual_interp(p->excitation, buf, p->interp_index,
 970                                     p->interp_gain, &p->random_seed);
 971
 972                     /* Save the excitation for the next frame */
 973                     memcpy(p->prev_excitation, buf + (FRAME_LEN - PITCH_MAX),
 974                            PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 975                 }
 976             }
 977             p->cng_random_seed = CNG_RANDOM_SEED;
 978         } else {
 979             if (p->cur_frame_type == SID_FRAME) {
 980                 p->sid_gain = sid_gain_to_lsp_index(p->subframe[0].amp_index);
 981                 ff_g723_1_inverse_quant(p->sid_lsp, p->prev_lsp, p->lsp_index, 0);
 982             } else if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME) {
 983                 p->sid_gain = estimate_sid_gain(p);
 984             }
 985
 986             if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME)
 987                 p->cur_gain = p->sid_gain;
 988             else
 989                 p->cur_gain = (p->cur_gain * 7 + p->sid_gain) >> 3;
 990             generate_noise(p);
 991             ff_g723_1_lsp_interpolate(lpc, p->sid_lsp, p->prev_lsp);
 992             /* Save the lsp_vector for the next frame */
 993             memcpy(p->prev_lsp, p->sid_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
 994         }
 995
 996         p->past_frame_type = p->cur_frame_type;
 997
 998         memcpy(p->audio, p->synth_mem, LPC_ORDER * sizeof(*p->audio));
 999         for (i = LPC_ORDER, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
1000             ff_celp_lp_synthesis_filter(p->audio + i, &lpc[j * LPC_ORDER],
1001                                         audio + i, SUBFRAME_LEN, LPC_ORDER,
1002                                         0, 1, 1 << 12);
1003         memcpy(p->synth_mem, p->audio + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(*p->audio));
1004
1005         if (s->postfilter) {
1006             formant_postfilter(p, lpc, p->audio, out);
1007         } else { // if output is not postfiltered it should be scaled by 2
1008             for (i = 0; i < FRAME_LEN; i++)
1009                 out[i] = av_clip_int16(p->audio[LPC_ORDER + i] << 1);
1010         }
1011     }
1012
1013     *got_frame_ptr = 1;
1014
1015     return frame_size[dec_mode] * avctx->channels;
1016 }
1017
1018 #define OFFSET(x) offsetof(G723_1_Context, x)
1019 #define AD     AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM | AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM
1020
1021 static const AVOption options[] = {
1022     { "postfilter", "enable postfilter", OFFSET(postfilter), AV_OPT_TYPE_BOOL,
1023       { .i64 = 1 }, 0, 1, AD },
1024     { NULL }
1025 };
1026
1027
1028 static const AVClass g723_1dec_class = {
1029     .class_name = "G.723.1 decoder",
1030     .item_name  = av_default_item_name,
1031     .option     = options,
1032     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
1033 };
1034
1035 AVCodec ff_g723_1_decoder = {
1036     .name           = "g723_1",
1037     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("G.723.1"),
1038     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1039     .id             = AV_CODEC_ID_G723_1,
1040     .priv_data_size = sizeof(G723_1_Context),
1041     .init           = g723_1_decode_init,
1042     .decode         = g723_1_decode_frame,
1043     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_SUBFRAMES | AV_CODEC_CAP_DR1,
1044     .priv_class     = &g723_1dec_class,
1045 };