git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/g729dec.c

   1 /*
   2  * G.729 decoder
   3  * Copyright (c) 2008 Vladimir Voroshilov
   4  *
   5  * This file is part of FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21 #include <stdlib.h>
  22 #include <inttypes.h>
  23 #include <limits.h>
  24 #include <stdio.h>
  25 #include <string.h>
  26 #include <math.h>
  27 #include <assert.h>
  28
  29 #include "avcodec.h"
  30 #include "libavutil/avutil.h"
  31 #include "get_bits.h"
  32
  33 #include "lsp.h"
  34 #include "celp_math.h"
  35 #include "acelp_filters.h"
  36 #include "acelp_pitch_delay.h"
  37 #include "acelp_vectors.h"
  38 #include "g729data.h"
  39
  40 /**
  41  * minimum quantized LSF value (3.2.4)
  42  * 0.005 in Q13
  43  */
  44 #define LSFQ_MIN                   40
  45
  46 /**
  47  * maximum quantized LSF value (3.2.4)
  48  * 3.135 in Q13
  49  */
  50 #define LSFQ_MAX                   25681
  51
  52 /**
  53  * minimum LSF distance (3.2.4)
  54  * 0.0391 in Q13
  55  */
  56 #define LSFQ_DIFF_MIN              321
  57
  58 /**
  59  * minimum gain pitch value (3.8, Equation 47)
  60  * 0.2 in (1.14)
  61  */
  62 #define SHARP_MIN                  3277
  63
  64 /**
  65  * maximum gain pitch value (3.8, Equation 47)
  66  * (EE) This does not comply with the specification.
  67  * Specification says about 0.8, which should be
  68  * 13107 in (1.14), but reference C code uses
  69  * 13017 (equals to 0.7945) instead of it.
  70  */
  71 #define SHARP_MAX                  13017
  72
  73 /**
  74  * subframe size
  75  */
  76 #define SUBFRAME_SIZE              40
  77
  78
  79 typedef struct {
  80     uint8_t ac_index_bits[2];   ///< adaptive codebook index for second subframe (size in bits)
  81     uint8_t parity_bit;         ///< parity bit for pitch delay
  82     uint8_t gc_1st_index_bits;  ///< gain codebook (first stage) index (size in bits)
  83     uint8_t gc_2nd_index_bits;  ///< gain codebook (second stage) index (size in bits)
  84     uint8_t fc_signs_bits;      ///< number of pulses in fixed-codebook vector
  85     uint8_t fc_indexes_bits;    ///< size (in bits) of fixed-codebook index entry
  86 } G729FormatDescription;
  87
  88 typedef struct {
  89     int pitch_delay_int_prev;   ///< integer part of previous subframe's pitch delay (4.1.3)
  90
  91     /// (2.13) LSP quantizer outputs
  92     int16_t  past_quantizer_output_buf[MA_NP + 1][10];
  93     int16_t* past_quantizer_outputs[MA_NP + 1];
  94
  95     int16_t lsfq[10];           ///< (2.13) quantized LSF coefficients from previous frame
  96     int16_t lsp_buf[2][10];     ///< (0.15) LSP coefficients (previous and current frames) (3.2.5)
  97     int16_t *lsp[2];            ///< pointers to lsp_buf
  98 }  G729Context;
  99
 100 static const G729FormatDescription format_g729_8k = {
 101     .ac_index_bits     = {8,5},
 102     .parity_bit        = 1,
 103     .gc_1st_index_bits = GC_1ST_IDX_BITS_8K,
 104     .gc_2nd_index_bits = GC_2ND_IDX_BITS_8K,
 105     .fc_signs_bits     = 4,
 106     .fc_indexes_bits   = 13,
 107 };
 108
 109 static const G729FormatDescription format_g729d_6k4 = {
 110     .ac_index_bits     = {8,4},
 111     .parity_bit        = 0,
 112     .gc_1st_index_bits = GC_1ST_IDX_BITS_6K4,
 113     .gc_2nd_index_bits = GC_2ND_IDX_BITS_6K4,
 114     .fc_signs_bits     = 2,
 115     .fc_indexes_bits   = 9,
 116 };
 117
 118 /**
 119  * \brief pseudo random number generator
 120  */
 121 static inline uint16_t g729_prng(uint16_t value)
 122 {
 123     return 31821 * value + 13849;
 124 }
 125
 126 /**
 127  * Get parity bit of bit 2..7
 128  */
 129 static inline int get_parity(uint8_t value)
 130 {
 131    return (0x6996966996696996ULL >> (value >> 2)) & 1;
 132 }
 133
 134 static void lsf_decode(int16_t* lsfq, int16_t* past_quantizer_outputs[MA_NP + 1],
 135                        int16_t ma_predictor,
 136                        int16_t vq_1st, int16_t vq_2nd_low, int16_t vq_2nd_high)
 137 {
 138     int i,j;
 139     static const uint8_t min_distance[2]={10, 5}; //(2.13)
 140     int16_t* quantizer_output = past_quantizer_outputs[MA_NP];
 141
 142     for (i = 0; i < 5; i++) {
 143         quantizer_output[i]     = cb_lsp_1st[vq_1st][i    ] + cb_lsp_2nd[vq_2nd_low ][i    ];
 144         quantizer_output[i + 5] = cb_lsp_1st[vq_1st][i + 5] + cb_lsp_2nd[vq_2nd_high][i + 5];
 145     }
 146
 147     for (j = 0; j < 2; j++) {
 148         for (i = 1; i < 10; i++) {
 149             int diff = (quantizer_output[i - 1] - quantizer_output[i] + min_distance[j]) >> 1;
 150             if (diff > 0) {
 151                 quantizer_output[i - 1] -= diff;
 152                 quantizer_output[i    ] += diff;
 153             }
 154         }
 155     }
 156
 157     for (i = 0; i < 10; i++) {
 158         int sum = quantizer_output[i] * cb_ma_predictor_sum[ma_predictor][i];
 159         for (j = 0; j < MA_NP; j++)
 160             sum += past_quantizer_outputs[j][i] * cb_ma_predictor[ma_predictor][j][i];
 161
 162         lsfq[i] = sum >> 15;
 163     }
 164
 165     /* Rotate past_quantizer_outputs. */
 166     memmove(past_quantizer_outputs + 1, past_quantizer_outputs, MA_NP * sizeof(int16_t*));
 167     past_quantizer_outputs[0] = quantizer_output;
 168
 169     ff_acelp_reorder_lsf(lsfq, LSFQ_DIFF_MIN, LSFQ_MIN, LSFQ_MAX, 10);
 170 }
 171
 172 static av_cold int decoder_init(AVCodecContext * avctx)
 173 {
 174     G729Context* ctx = avctx->priv_data;
 175     int i,k;
 176
 177     if (avctx->channels != 1) {
 178         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Only mono sound is supported (requested channels: %d).\n", avctx->channels);
 179         return AVERROR(EINVAL);
 180     }
 181
 182     /* Both 8kbit/s and 6.4kbit/s modes uses two subframes per frame. */
 183     avctx->frame_size = SUBFRAME_SIZE << 1;
 184
 185     for (k = 0; k < MA_NP + 1; k++) {
 186         ctx->past_quantizer_outputs[k] = ctx->past_quantizer_output_buf[k];
 187         for (i = 1; i < 11; i++)
 188             ctx->past_quantizer_outputs[k][i - 1] = (18717 * i) >> 3;
 189     }
 190
 191     ctx->lsp[0] = ctx->lsp_buf[0];
 192     ctx->lsp[1] = ctx->lsp_buf[1];
 193     memcpy(ctx->lsp[0], lsp_init, 10 * sizeof(int16_t));
 194
 195     return 0;
 196 }
 197
 198 static int decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data, int *data_size,
 199                         AVPacket *avpkt)
 200 {
 201     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 202     int buf_size       = avpkt->size;
 203     int16_t *out_frame = data;
 204     GetBitContext gb;
 205     G729FormatDescription format;
 206     int frame_erasure = 0;    ///< frame erasure detected during decoding
 207     int bad_pitch = 0;        ///< parity check failed
 208     int i;
 209     G729Context *ctx = avctx->priv_data;
 210     int16_t lp[2][11];           // (3.12)
 211     uint8_t ma_predictor;     ///< switched MA predictor of LSP quantizer
 212     uint8_t quantizer_1st;    ///< first stage vector of quantizer
 213     uint8_t quantizer_2nd_lo; ///< second stage lower vector of quantizer (size in bits)
 214     uint8_t quantizer_2nd_hi; ///< second stage higher vector of quantizer (size in bits)
 215
 216     int pitch_delay_int;         // pitch delay, integer part
 217     int pitch_delay_3x;          // pitch delay, multiplied by 3
 218
 219     if (*data_size < SUBFRAME_SIZE << 2) {
 220         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error processing packet: output buffer too small\n");
 221         return AVERROR(EIO);
 222     }
 223
 224     if (buf_size == 10) {
 225         format = format_g729_8k;
 226         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "Packet type: %s\n", "G.729 @ 8kbit/s");
 227     } else if (buf_size == 8) {
 228         format = format_g729d_6k4;
 229         av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "Packet type: %s\n", "G.729D @ 6.4kbit/s");
 230     } else {
 231         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Packet size %d is unknown.\n", buf_size);
 232         return AVERROR_INVALIDDATA;
 233     }
 234
 235     for (i=0; i < buf_size; i++)
 236         frame_erasure |= buf[i];
 237     frame_erasure = !frame_erasure;
 238
 239     init_get_bits(&gb, buf, buf_size);
 240
 241     ma_predictor     = get_bits(&gb, 1);
 242     quantizer_1st    = get_bits(&gb, VQ_1ST_BITS);
 243     quantizer_2nd_lo = get_bits(&gb, VQ_2ND_BITS);
 244     quantizer_2nd_hi = get_bits(&gb, VQ_2ND_BITS);
 245
 246     lsf_decode(ctx->lsfq, ctx->past_quantizer_outputs,
 247                ma_predictor,
 248                quantizer_1st, quantizer_2nd_lo, quantizer_2nd_hi);
 249
 250     ff_acelp_lsf2lsp(ctx->lsp[1], ctx->lsfq, 10);
 251
 252     ff_acelp_lp_decode(&lp[0][0], &lp[1][0], ctx->lsp[1], ctx->lsp[0], 10);
 253
 254     FFSWAP(int16_t*, ctx->lsp[1], ctx->lsp[0]);
 255
 256     for (i = 0; i < 2; i++) {
 257         uint8_t ac_index;      ///< adaptive codebook index
 258         uint8_t pulses_signs;  ///< fixed-codebook vector pulse signs
 259         int fc_indexes;        ///< fixed-codebook indexes
 260         uint8_t gc_1st_index;  ///< gain codebook (first stage) index
 261         uint8_t gc_2nd_index;  ///< gain codebook (second stage) index
 262
 263         ac_index      = get_bits(&gb, format.ac_index_bits[i]);
 264         if(!i && format.parity_bit)
 265             bad_pitch = get_parity(ac_index) == get_bits1(&gb);
 266         fc_indexes    = get_bits(&gb, format.fc_indexes_bits);
 267         pulses_signs  = get_bits(&gb, format.fc_signs_bits);
 268         gc_1st_index  = get_bits(&gb, format.gc_1st_index_bits);
 269         gc_2nd_index  = get_bits(&gb, format.gc_2nd_index_bits);
 270
 271         if(!i) {
 272             if (bad_pitch)
 273                 pitch_delay_3x   = 3 * ctx->pitch_delay_int_prev;
 274             else
 275                 pitch_delay_3x = ff_acelp_decode_8bit_to_1st_delay3(ac_index);
 276         } else {
 277             int pitch_delay_min = av_clip(ctx->pitch_delay_int_prev - 5,
 278                                           PITCH_DELAY_MIN, PITCH_DELAY_MAX - 9);
 279
 280             if(packet_type == FORMAT_G729D_6K4)
 281                 pitch_delay_3x = ff_acelp_decode_4bit_to_2nd_delay3(ac_index, pitch_delay_min);
 282             else
 283                 pitch_delay_3x = ff_acelp_decode_5_6_bit_to_2nd_delay3(ac_index, pitch_delay_min);
 284         }
 285
 286         /* Round pitch delay to nearest (used everywhere except ff_acelp_interpolate). */
 287         pitch_delay_int  = (pitch_delay_3x + 1) / 3;
 288
 289         ff_acelp_weighted_vector_sum(fc + pitch_delay_int,
 290                                      fc + pitch_delay_int,
 291                                      fc, 1 << 14,
 292                                      av_clip(ctx->gain_pitch, SHARP_MIN, SHARP_MAX),
 293                                      0, 14,
 294                                      SUBFRAME_SIZE - pitch_delay_int);
 295
 296         if (frame_erasure) {
 297             ctx->gain_pitch = (29491 * ctx->gain_pitch) >> 15; // 0.90 (0.15)
 298             ctx->gain_code  = ( 2007 * ctx->gain_code ) >> 11; // 0.98 (0.11)
 299
 300             gain_corr_factor = 0;
 301         } else {
 302             ctx->gain_pitch  = cb_gain_1st_8k[gc_1st_index][0] +
 303                                cb_gain_2nd_8k[gc_2nd_index][0];
 304             gain_corr_factor = cb_gain_1st_8k[gc_1st_index][1] +
 305                                cb_gain_2nd_8k[gc_2nd_index][1];
 306
 307         ff_acelp_weighted_vector_sum(ctx->exc + i * SUBFRAME_SIZE,
 308                                      ctx->exc + i * SUBFRAME_SIZE, fc,
 309                                      (!voicing && frame_erasure) ? 0 : ctx->gain_pitch,
 310                                      ( voicing && frame_erasure) ? 0 : ctx->gain_code,
 311                                      1 << 13, 14, SUBFRAME_SIZE);
 312
 313             ctx->pitch_delay_int_prev = pitch_delay_int;
 314     }
 315
 316     *data_size = SUBFRAME_SIZE << 2;
 317     return buf_size;
 318 }
 319
 320 AVCodec ff_g729_decoder =
 321 {
 322     "g729",
 323     AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 324     CODEC_ID_G729,
 325     sizeof(G729Context),
 326     decoder_init,
 327     NULL,
 328     NULL,
 329     decode_frame,
 330     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("G.729"),
 331 };