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 *p = avctx->priv_data;
  46
  47     avctx->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_MONO;
  48     avctx->sample_fmt     = AV_SAMPLE_FMT_S16;
  49     avctx->channels       = 1;
  50     p->pf_gain            = 1 << 12;
  51
  52     memcpy(p->prev_lsp, dc_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
  53     memcpy(p->sid_lsp,  dc_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->sid_lsp));
  54
  55     p->cng_random_seed = CNG_RANDOM_SEED;
  56     p->past_frame_type = SID_FRAME;
  57
  58     return 0;
  59 }
  60
  61 /**
  62  * Unpack the frame into parameters.
  63  *
  64  * @param p           the context
  65  * @param buf         pointer to the input buffer
  66  * @param buf_size    size of the input buffer
  67  */
  68 static int unpack_bitstream(G723_1_Context *p, const uint8_t *buf,
  69                             int buf_size)
  70 {
  71     GetBitContext gb;
  72     int ad_cb_len;
  73     int temp, info_bits, i;
  74
  75     init_get_bits(&gb, buf, buf_size * 8);
  76
  77     /* Extract frame type and rate info */
  78     info_bits = get_bits(&gb, 2);
  79
  80     if (info_bits == 3) {
  81         p->cur_frame_type = UNTRANSMITTED_FRAME;
  82         return 0;
  83     }
  84
  85     /* Extract 24 bit lsp indices, 8 bit for each band */
  86     p->lsp_index[2] = get_bits(&gb, 8);
  87     p->lsp_index[1] = get_bits(&gb, 8);
  88     p->lsp_index[0] = get_bits(&gb, 8);
  89
  90     if (info_bits == 2) {
  91         p->cur_frame_type = SID_FRAME;
  92         p->subframe[0].amp_index = get_bits(&gb, 6);
  93         return 0;
  94     }
  95
  96     /* Extract the info common to both rates */
  97     p->cur_rate       = info_bits ? RATE_5300 : RATE_6300;
  98     p->cur_frame_type = ACTIVE_FRAME;
  99
 100     p->pitch_lag[0] = get_bits(&gb, 7);
 101     if (p->pitch_lag[0] > 123)       /* test if forbidden code */
 102         return -1;
 103     p->pitch_lag[0] += PITCH_MIN;
 104     p->subframe[1].ad_cb_lag = get_bits(&gb, 2);
 105
 106     p->pitch_lag[1] = get_bits(&gb, 7);
 107     if (p->pitch_lag[1] > 123)
 108         return -1;
 109     p->pitch_lag[1] += PITCH_MIN;
 110     p->subframe[3].ad_cb_lag = get_bits(&gb, 2);
 111     p->subframe[0].ad_cb_lag = 1;
 112     p->subframe[2].ad_cb_lag = 1;
 113
 114     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 115         /* Extract combined gain */
 116         temp = get_bits(&gb, 12);
 117         ad_cb_len = 170;
 118         p->subframe[i].dirac_train = 0;
 119         if (p->cur_rate == RATE_6300 && p->pitch_lag[i >> 1] < SUBFRAME_LEN - 2) {
 120             p->subframe[i].dirac_train = temp >> 11;
 121             temp &= 0x7FF;
 122             ad_cb_len = 85;
 123         }
 124         p->subframe[i].ad_cb_gain = FASTDIV(temp, GAIN_LEVELS);
 125         if (p->subframe[i].ad_cb_gain < ad_cb_len) {
 126             p->subframe[i].amp_index = temp - p->subframe[i].ad_cb_gain *
 127                                        GAIN_LEVELS;
 128         } else {
 129             return -1;
 130         }
 131     }
 132
 133     p->subframe[0].grid_index = get_bits1(&gb);
 134     p->subframe[1].grid_index = get_bits1(&gb);
 135     p->subframe[2].grid_index = get_bits1(&gb);
 136     p->subframe[3].grid_index = get_bits1(&gb);
 137
 138     if (p->cur_rate == RATE_6300) {
 139         skip_bits1(&gb);  /* skip reserved bit */
 140
 141         /* Compute pulse_pos index using the 13-bit combined position index */
 142         temp = get_bits(&gb, 13);
 143         p->subframe[0].pulse_pos = temp / 810;
 144
 145         temp -= p->subframe[0].pulse_pos * 810;
 146         p->subframe[1].pulse_pos = FASTDIV(temp, 90);
 147
 148         temp -= p->subframe[1].pulse_pos * 90;
 149         p->subframe[2].pulse_pos = FASTDIV(temp, 9);
 150         p->subframe[3].pulse_pos = temp - p->subframe[2].pulse_pos * 9;
 151
 152         p->subframe[0].pulse_pos = (p->subframe[0].pulse_pos << 16) +
 153                                    get_bits(&gb, 16);
 154         p->subframe[1].pulse_pos = (p->subframe[1].pulse_pos << 14) +
 155                                    get_bits(&gb, 14);
 156         p->subframe[2].pulse_pos = (p->subframe[2].pulse_pos << 16) +
 157                                    get_bits(&gb, 16);
 158         p->subframe[3].pulse_pos = (p->subframe[3].pulse_pos << 14) +
 159                                    get_bits(&gb, 14);
 160
 161         p->subframe[0].pulse_sign = get_bits(&gb, 6);
 162         p->subframe[1].pulse_sign = get_bits(&gb, 5);
 163         p->subframe[2].pulse_sign = get_bits(&gb, 6);
 164         p->subframe[3].pulse_sign = get_bits(&gb, 5);
 165     } else { /* 5300 bps */
 166         p->subframe[0].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 167         p->subframe[1].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 168         p->subframe[2].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 169         p->subframe[3].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
 170
 171         p->subframe[0].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 172         p->subframe[1].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 173         p->subframe[2].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 174         p->subframe[3].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
 175     }
 176
 177     return 0;
 178 }
 179
 180 /**
 181  * Bitexact implementation of sqrt(val/2).
 182  */
 183 static int16_t square_root(unsigned val)
 184 {
 185     av_assert2(!(val & 0x80000000));
 186
 187     return (ff_sqrt(val << 1) >> 1) & (~1);
 188 }
 189
 190 /**
 191  * Generate fixed codebook excitation vector.
 192  *
 193  * @param vector    decoded excitation vector
 194  * @param subfrm    current subframe
 195  * @param cur_rate  current bitrate
 196  * @param pitch_lag closed loop pitch lag
 197  * @param index     current subframe index
 198  */
 199 static void gen_fcb_excitation(int16_t *vector, G723_1_Subframe *subfrm,
 200                                enum Rate cur_rate, int pitch_lag, int index)
 201 {
 202     int temp, i, j;
 203
 204     memset(vector, 0, SUBFRAME_LEN * sizeof(*vector));
 205
 206     if (cur_rate == RATE_6300) {
 207         if (subfrm->pulse_pos >= max_pos[index])
 208             return;
 209
 210         /* Decode amplitudes and positions */
 211         j = PULSE_MAX - pulses[index];
 212         temp = subfrm->pulse_pos;
 213         for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN / GRID_SIZE; i++) {
 214             temp -= combinatorial_table[j][i];
 215             if (temp >= 0)
 216                 continue;
 217             temp += combinatorial_table[j++][i];
 218             if (subfrm->pulse_sign & (1 << (PULSE_MAX - j))) {
 219                 vector[subfrm->grid_index + GRID_SIZE * i] =
 220                                         -fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 221             } else {
 222                 vector[subfrm->grid_index + GRID_SIZE * i] =
 223                                          fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 224             }
 225             if (j == PULSE_MAX)
 226                 break;
 227         }
 228         if (subfrm->dirac_train == 1)
 229             ff_g723_1_gen_dirac_train(vector, pitch_lag);
 230     } else { /* 5300 bps */
 231         int cb_gain  = fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
 232         int cb_shift = subfrm->grid_index;
 233         int cb_sign  = subfrm->pulse_sign;
 234         int cb_pos   = subfrm->pulse_pos;
 235         int offset, beta, lag;
 236
 237         for (i = 0; i < 8; i += 2) {
 238             offset         = ((cb_pos & 7) << 3) + cb_shift + i;
 239             vector[offset] = (cb_sign & 1) ? cb_gain : -cb_gain;
 240             cb_pos  >>= 3;
 241             cb_sign >>= 1;
 242         }
 243
 244         /* Enhance harmonic components */
 245         lag  = pitch_contrib[subfrm->ad_cb_gain << 1] + pitch_lag +
 246                subfrm->ad_cb_lag - 1;
 247         beta = pitch_contrib[(subfrm->ad_cb_gain << 1) + 1];
 248
 249         if (lag < SUBFRAME_LEN - 2) {
 250             for (i = lag; i < SUBFRAME_LEN; i++)
 251                 vector[i] += beta * vector[i - lag] >> 15;
 252         }
 253     }
 254 }
 255
 256 /**
 257  * Estimate maximum auto-correlation around pitch lag.
 258  *
 259  * @param buf       buffer with offset applied
 260  * @param offset    offset of the excitation vector
 261  * @param ccr_max   pointer to the maximum auto-correlation
 262  * @param pitch_lag decoded pitch lag
 263  * @param length    length of autocorrelation
 264  * @param dir       forward lag(1) / backward lag(-1)
 265  */
 266 static int autocorr_max(const int16_t *buf, int offset, int *ccr_max,
 267                         int pitch_lag, int length, int dir)
 268 {
 269     int limit, ccr, lag = 0;
 270     int i;
 271
 272     pitch_lag = FFMIN(PITCH_MAX - 3, pitch_lag);
 273     if (dir > 0)
 274         limit = FFMIN(FRAME_LEN + PITCH_MAX - offset - length, pitch_lag + 3);
 275     else
 276         limit = pitch_lag + 3;
 277
 278     for (i = pitch_lag - 3; i <= limit; i++) {
 279         ccr = ff_g723_1_dot_product(buf, buf + dir * i, length);
 280
 281         if (ccr > *ccr_max) {
 282             *ccr_max = ccr;
 283             lag = i;
 284         }
 285     }
 286     return lag;
 287 }
 288
 289 /**
 290  * Calculate pitch postfilter optimal and scaling gains.
 291  *
 292  * @param lag      pitch postfilter forward/backward lag
 293  * @param ppf      pitch postfilter parameters
 294  * @param cur_rate current bitrate
 295  * @param tgt_eng  target energy
 296  * @param ccr      cross-correlation
 297  * @param res_eng  residual energy
 298  */
 299 static void comp_ppf_gains(int lag, PPFParam *ppf, enum Rate cur_rate,
 300                            int tgt_eng, int ccr, int res_eng)
 301 {
 302     int pf_residual;     /* square of postfiltered residual */
 303     int temp1, temp2;
 304
 305     ppf->index = lag;
 306
 307     temp1 = tgt_eng * res_eng >> 1;
 308     temp2 = ccr * ccr << 1;
 309
 310     if (temp2 > temp1) {
 311         if (ccr >= res_eng) {
 312             ppf->opt_gain = ppf_gain_weight[cur_rate];
 313         } else {
 314             ppf->opt_gain = (ccr << 15) / res_eng *
 315                             ppf_gain_weight[cur_rate] >> 15;
 316         }
 317         /* pf_res^2 = tgt_eng + 2*ccr*gain + res_eng*gain^2 */
 318         temp1       = (tgt_eng << 15) + (ccr * ppf->opt_gain << 1);
 319         temp2       = (ppf->opt_gain * ppf->opt_gain >> 15) * res_eng;
 320         pf_residual = av_sat_add32(temp1, temp2 + (1 << 15)) >> 16;
 321
 322         if (tgt_eng >= pf_residual << 1) {
 323             temp1 = 0x7fff;
 324         } else {
 325             temp1 = (tgt_eng << 14) / pf_residual;
 326         }
 327
 328         /* scaling_gain = sqrt(tgt_eng/pf_res^2) */
 329         ppf->sc_gain = square_root(temp1 << 16);
 330     } else {
 331         ppf->opt_gain = 0;
 332         ppf->sc_gain  = 0x7fff;
 333     }
 334
 335     ppf->opt_gain = av_clip_int16(ppf->opt_gain * ppf->sc_gain >> 15);
 336 }
 337
 338 /**
 339  * Calculate pitch postfilter parameters.
 340  *
 341  * @param p         the context
 342  * @param offset    offset of the excitation vector
 343  * @param pitch_lag decoded pitch lag
 344  * @param ppf       pitch postfilter parameters
 345  * @param cur_rate  current bitrate
 346  */
 347 static void comp_ppf_coeff(G723_1_Context *p, int offset, int pitch_lag,
 348                            PPFParam *ppf, enum Rate cur_rate)
 349 {
 350
 351     int16_t scale;
 352     int i;
 353     int temp1, temp2;
 354
 355     /*
 356      * 0 - target energy
 357      * 1 - forward cross-correlation
 358      * 2 - forward residual energy
 359      * 3 - backward cross-correlation
 360      * 4 - backward residual energy
 361      */
 362     int energy[5] = {0, 0, 0, 0, 0};
 363     int16_t *buf  = p->audio + LPC_ORDER + offset;
 364     int fwd_lag   = autocorr_max(buf, offset, &energy[1], pitch_lag,
 365                                  SUBFRAME_LEN, 1);
 366     int back_lag  = autocorr_max(buf, offset, &energy[3], pitch_lag,
 367                                  SUBFRAME_LEN, -1);
 368
 369     ppf->index    = 0;
 370     ppf->opt_gain = 0;
 371     ppf->sc_gain  = 0x7fff;
 372
 373     /* Case 0, Section 3.6 */
 374     if (!back_lag && !fwd_lag)
 375         return;
 376
 377     /* Compute target energy */
 378     energy[0] = ff_g723_1_dot_product(buf, buf, SUBFRAME_LEN);
 379
 380     /* Compute forward residual energy */
 381     if (fwd_lag)
 382         energy[2] = ff_g723_1_dot_product(buf + fwd_lag, buf + fwd_lag,
 383                                           SUBFRAME_LEN);
 384
 385     /* Compute backward residual energy */
 386     if (back_lag)
 387         energy[4] = ff_g723_1_dot_product(buf - back_lag, buf - back_lag,
 388                                           SUBFRAME_LEN);
 389
 390     /* Normalize and shorten */
 391     temp1 = 0;
 392     for (i = 0; i < 5; i++)
 393         temp1 = FFMAX(energy[i], temp1);
 394
 395     scale = ff_g723_1_normalize_bits(temp1, 31);
 396     for (i = 0; i < 5; i++)
 397         energy[i] = (energy[i] << scale) >> 16;
 398
 399     if (fwd_lag && !back_lag) {  /* Case 1 */
 400         comp_ppf_gains(fwd_lag,  ppf, cur_rate, energy[0], energy[1],
 401                        energy[2]);
 402     } else if (!fwd_lag) {       /* Case 2 */
 403         comp_ppf_gains(-back_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[3],
 404                        energy[4]);
 405     } else {                     /* Case 3 */
 406
 407         /*
 408          * Select the largest of energy[1]^2/energy[2]
 409          * and energy[3]^2/energy[4]
 410          */
 411         temp1 = energy[4] * ((energy[1] * energy[1] + (1 << 14)) >> 15);
 412         temp2 = energy[2] * ((energy[3] * energy[3] + (1 << 14)) >> 15);
 413         if (temp1 >= temp2) {
 414             comp_ppf_gains(fwd_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[1],
 415                            energy[2]);
 416         } else {
 417             comp_ppf_gains(-back_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[3],
 418                            energy[4]);
 419         }
 420     }
 421 }
 422
 423 /**
 424  * Classify frames as voiced/unvoiced.
 425  *
 426  * @param p         the context
 427  * @param pitch_lag decoded pitch_lag
 428  * @param exc_eng   excitation energy estimation
 429  * @param scale     scaling factor of exc_eng
 430  *
 431  * @return residual interpolation index if voiced, 0 otherwise
 432  */
 433 static int comp_interp_index(G723_1_Context *p, int pitch_lag,
 434                              int *exc_eng, int *scale)
 435 {
 436     int offset = PITCH_MAX + 2 * SUBFRAME_LEN;
 437     int16_t *buf = p->audio + LPC_ORDER;
 438
 439     int index, ccr, tgt_eng, best_eng, temp;
 440
 441     *scale = ff_g723_1_scale_vector(buf, p->excitation, FRAME_LEN + PITCH_MAX);
 442     buf   += offset;
 443
 444     /* Compute maximum backward cross-correlation */
 445     ccr   = 0;
 446     index = autocorr_max(buf, offset, &ccr, pitch_lag, SUBFRAME_LEN * 2, -1);
 447     ccr   = av_sat_add32(ccr, 1 << 15) >> 16;
 448
 449     /* Compute target energy */
 450     tgt_eng  = ff_g723_1_dot_product(buf, buf, SUBFRAME_LEN * 2);
 451     *exc_eng = av_sat_add32(tgt_eng, 1 << 15) >> 16;
 452
 453     if (ccr <= 0)
 454         return 0;
 455
 456     /* Compute best energy */
 457     best_eng = ff_g723_1_dot_product(buf - index, buf - index,
 458                                      SUBFRAME_LEN * 2);
 459     best_eng = av_sat_add32(best_eng, 1 << 15) >> 16;
 460
 461     temp = best_eng * *exc_eng >> 3;
 462
 463     if (temp < ccr * ccr) {
 464         return index;
 465     } else
 466         return 0;
 467 }
 468
 469 /**
 470  * Perform residual interpolation based on frame classification.
 471  *
 472  * @param buf   decoded excitation vector
 473  * @param out   output vector
 474  * @param lag   decoded pitch lag
 475  * @param gain  interpolated gain
 476  * @param rseed seed for random number generator
 477  */
 478 static void residual_interp(int16_t *buf, int16_t *out, int lag,
 479                             int gain, int *rseed)
 480 {
 481     int i;
 482     if (lag) { /* Voiced */
 483         int16_t *vector_ptr = buf + PITCH_MAX;
 484         /* Attenuate */
 485         for (i = 0; i < lag; i++)
 486             out[i] = vector_ptr[i - lag] * 3 >> 2;
 487         av_memcpy_backptr((uint8_t*)(out + lag), lag * sizeof(*out),
 488                           (FRAME_LEN - lag) * sizeof(*out));
 489     } else {  /* Unvoiced */
 490         for (i = 0; i < FRAME_LEN; i++) {
 491             *rseed = (int16_t)(*rseed * 521 + 259);
 492             out[i] = gain * *rseed >> 15;
 493         }
 494         memset(buf, 0, (FRAME_LEN + PITCH_MAX) * sizeof(*buf));
 495     }
 496 }
 497
 498 /**
 499  * Perform IIR filtering.
 500  *
 501  * @param fir_coef FIR coefficients
 502  * @param iir_coef IIR coefficients
 503  * @param src      source vector
 504  * @param dest     destination vector
 505  * @param width    width of the output, 16 bits(0) / 32 bits(1)
 506  */
 507 #define iir_filter(fir_coef, iir_coef, src, dest, width)\
 508 {\
 509     int m, n;\
 510     int res_shift = 16 & ~-(width);\
 511     int in_shift  = 16 - res_shift;\
 512 \
 513     for (m = 0; m < SUBFRAME_LEN; m++) {\
 514         int64_t filter = 0;\
 515         for (n = 1; n <= LPC_ORDER; n++) {\
 516             filter -= (fir_coef)[n - 1] * (src)[m - n] -\
 517                       (iir_coef)[n - 1] * ((dest)[m - n] >> in_shift);\
 518         }\
 519 \
 520         (dest)[m] = av_clipl_int32(((src)[m] * 65536) + (filter * 8) +\
 521                                    (1 << 15)) >> res_shift;\
 522     }\
 523 }
 524
 525 /**
 526  * Adjust gain of postfiltered signal.
 527  *
 528  * @param p      the context
 529  * @param buf    postfiltered output vector
 530  * @param energy input energy coefficient
 531  */
 532 static void gain_scale(G723_1_Context *p, int16_t * buf, int energy)
 533 {
 534     int num, denom, gain, bits1, bits2;
 535     int i;
 536
 537     num   = energy;
 538     denom = 0;
 539     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
 540         int temp = buf[i] >> 2;
 541         temp *= temp;
 542         denom = av_sat_dadd32(denom, temp);
 543     }
 544
 545     if (num && denom) {
 546         bits1   = ff_g723_1_normalize_bits(num,   31);
 547         bits2   = ff_g723_1_normalize_bits(denom, 31);
 548         num     = num << bits1 >> 1;
 549         denom <<= bits2;
 550
 551         bits2 = 5 + bits1 - bits2;
 552         bits2 = FFMAX(0, bits2);
 553
 554         gain = (num >> 1) / (denom >> 16);
 555         gain = square_root(gain << 16 >> bits2);
 556     } else {
 557         gain = 1 << 12;
 558     }
 559
 560     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
 561         p->pf_gain = (15 * p->pf_gain + gain + (1 << 3)) >> 4;
 562         buf[i]     = av_clip_int16((buf[i] * (p->pf_gain + (p->pf_gain >> 4)) +
 563                                    (1 << 10)) >> 11);
 564     }
 565 }
 566
 567 /**
 568  * Perform formant filtering.
 569  *
 570  * @param p   the context
 571  * @param lpc quantized lpc coefficients
 572  * @param buf input buffer
 573  * @param dst output buffer
 574  */
 575 static void formant_postfilter(G723_1_Context *p, int16_t *lpc,
 576                                int16_t *buf, int16_t *dst)
 577 {
 578     int16_t filter_coef[2][LPC_ORDER];
 579     int filter_signal[LPC_ORDER + FRAME_LEN], *signal_ptr;
 580     int i, j, k;
 581
 582     memcpy(buf, p->fir_mem, LPC_ORDER * sizeof(*buf));
 583     memcpy(filter_signal, p->iir_mem, LPC_ORDER * sizeof(*filter_signal));
 584
 585     for (i = LPC_ORDER, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++) {
 586         for (k = 0; k < LPC_ORDER; k++) {
 587             filter_coef[0][k] = (-lpc[k] * postfilter_tbl[0][k] +
 588                                  (1 << 14)) >> 15;
 589             filter_coef[1][k] = (-lpc[k] * postfilter_tbl[1][k] +
 590                                  (1 << 14)) >> 15;
 591         }
 592         iir_filter(filter_coef[0], filter_coef[1], buf + i, filter_signal + i, 1);
 593         lpc += LPC_ORDER;
 594     }
 595
 596     memcpy(p->fir_mem, buf + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(int16_t));
 597     memcpy(p->iir_mem, filter_signal + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(int));
 598
 599     buf += LPC_ORDER;
 600     signal_ptr = filter_signal + LPC_ORDER;
 601     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 602         int temp;
 603         int auto_corr[2];
 604         int scale, energy;
 605
 606         /* Normalize */
 607         scale = ff_g723_1_scale_vector(dst, buf, SUBFRAME_LEN);
 608
 609         /* Compute auto correlation coefficients */
 610         auto_corr[0] = ff_g723_1_dot_product(dst, dst + 1, SUBFRAME_LEN - 1);
 611         auto_corr[1] = ff_g723_1_dot_product(dst, dst,     SUBFRAME_LEN);
 612
 613         /* Compute reflection coefficient */
 614         temp = auto_corr[1] >> 16;
 615         if (temp) {
 616             temp = (auto_corr[0] >> 2) / temp;
 617         }
 618         p->reflection_coef = (3 * p->reflection_coef + temp + 2) >> 2;
 619         temp = -p->reflection_coef >> 1 & ~3;
 620
 621         /* Compensation filter */
 622         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN; j++) {
 623             dst[j] = av_sat_dadd32(signal_ptr[j],
 624                                    (signal_ptr[j - 1] >> 16) * temp) >> 16;
 625         }
 626
 627         /* Compute normalized signal energy */
 628         temp = 2 * scale + 4;
 629         if (temp < 0) {
 630             energy = av_clipl_int32((int64_t)auto_corr[1] << -temp);
 631         } else
 632             energy = auto_corr[1] >> temp;
 633
 634         gain_scale(p, dst, energy);
 635
 636         buf        += SUBFRAME_LEN;
 637         signal_ptr += SUBFRAME_LEN;
 638         dst        += SUBFRAME_LEN;
 639     }
 640 }
 641
 642 static int sid_gain_to_lsp_index(int gain)
 643 {
 644     if (gain < 0x10)
 645         return gain << 6;
 646     else if (gain < 0x20)
 647         return gain - 8 << 7;
 648     else
 649         return gain - 20 << 8;
 650 }
 651
 652 static inline int cng_rand(int *state, int base)
 653 {
 654     *state = (*state * 521 + 259) & 0xFFFF;
 655     return (*state & 0x7FFF) * base >> 15;
 656 }
 657
 658 static int estimate_sid_gain(G723_1_Context *p)
 659 {
 660     int i, shift, seg, seg2, t, val, val_add, x, y;
 661
 662     shift = 16 - p->cur_gain * 2;
 663     if (shift > 0) {
 664         if (p->sid_gain == 0) {
 665             t = 0;
 666         } else if (shift >= 31 || (int32_t)((uint32_t)p->sid_gain << shift) >> shift != p->sid_gain) {
 667             if (p->sid_gain < 0) t = INT32_MIN;
 668             else                 t = INT32_MAX;
 669         } else
 670             t = p->sid_gain << shift;
 671     }else
 672         t = p->sid_gain >> -shift;
 673     x = av_clipl_int32(t * (int64_t)cng_filt[0] >> 16);
 674
 675     if (x >= cng_bseg[2])
 676         return 0x3F;
 677
 678     if (x >= cng_bseg[1]) {
 679         shift = 4;
 680         seg   = 3;
 681     } else {
 682         shift = 3;
 683         seg   = (x >= cng_bseg[0]);
 684     }
 685     seg2 = FFMIN(seg, 3);
 686
 687     val     = 1 << shift;
 688     val_add = val >> 1;
 689     for (i = 0; i < shift; i++) {
 690         t = seg * 32 + (val << seg2);
 691         t *= t;
 692         if (x >= t)
 693             val += val_add;
 694         else
 695             val -= val_add;
 696         val_add >>= 1;
 697     }
 698
 699     t = seg * 32 + (val << seg2);
 700     y = t * t - x;
 701     if (y <= 0) {
 702         t = seg * 32 + (val + 1 << seg2);
 703         t = t * t - x;
 704         val = (seg2 - 1) * 16 + val;
 705         if (t >= y)
 706             val++;
 707     } else {
 708         t = seg * 32 + (val - 1 << seg2);
 709         t = t * t - x;
 710         val = (seg2 - 1) * 16 + val;
 711         if (t >= y)
 712             val--;
 713     }
 714
 715     return val;
 716 }
 717
 718 static void generate_noise(G723_1_Context *p)
 719 {
 720     int i, j, idx, t;
 721     int off[SUBFRAMES];
 722     int signs[SUBFRAMES / 2 * 11], pos[SUBFRAMES / 2 * 11];
 723     int tmp[SUBFRAME_LEN * 2];
 724     int16_t *vector_ptr;
 725     int64_t sum;
 726     int b0, c, delta, x, shift;
 727
 728     p->pitch_lag[0] = cng_rand(&p->cng_random_seed, 21) + 123;
 729     p->pitch_lag[1] = cng_rand(&p->cng_random_seed, 19) + 123;
 730
 731     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 732         p->subframe[i].ad_cb_gain = cng_rand(&p->cng_random_seed, 50) + 1;
 733         p->subframe[i].ad_cb_lag  = cng_adaptive_cb_lag[i];
 734     }
 735
 736     for (i = 0; i < SUBFRAMES / 2; i++) {
 737         t = cng_rand(&p->cng_random_seed, 1 << 13);
 738         off[i * 2]     =   t       & 1;
 739         off[i * 2 + 1] = ((t >> 1) & 1) + SUBFRAME_LEN;
 740         t >>= 2;
 741         for (j = 0; j < 11; j++) {
 742             signs[i * 11 + j] = ((t & 1) * 2 - 1)  * (1 << 14);
 743             t >>= 1;
 744         }
 745     }
 746
 747     idx = 0;
 748     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 749         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN / 2; j++)
 750             tmp[j] = j;
 751         t = SUBFRAME_LEN / 2;
 752         for (j = 0; j < pulses[i]; j++, idx++) {
 753             int idx2 = cng_rand(&p->cng_random_seed, t);
 754
 755             pos[idx]  = tmp[idx2] * 2 + off[i];
 756             tmp[idx2] = tmp[--t];
 757         }
 758     }
 759
 760     vector_ptr = p->audio + LPC_ORDER;
 761     memcpy(vector_ptr, p->prev_excitation,
 762            PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 763     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i += 2) {
 764         ff_g723_1_gen_acb_excitation(vector_ptr, vector_ptr,
 765                                      p->pitch_lag[i >> 1], &p->subframe[i],
 766                                      p->cur_rate);
 767         ff_g723_1_gen_acb_excitation(vector_ptr + SUBFRAME_LEN,
 768                                      vector_ptr + SUBFRAME_LEN,
 769                                      p->pitch_lag[i >> 1], &p->subframe[i + 1],
 770                                      p->cur_rate);
 771
 772         t = 0;
 773         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++)
 774             t |= FFABS(vector_ptr[j]);
 775         t = FFMIN(t, 0x7FFF);
 776         if (!t) {
 777             shift = 0;
 778         } else {
 779             shift = -10 + av_log2(t);
 780             if (shift < -2)
 781                 shift = -2;
 782         }
 783         sum = 0;
 784         if (shift < 0) {
 785            for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++) {
 786                t      = vector_ptr[j] * (1 << -shift);
 787                sum   += t * t;
 788                tmp[j] = t;
 789            }
 790         } else {
 791            for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++) {
 792                t      = vector_ptr[j] >> shift;
 793                sum   += t * t;
 794                tmp[j] = t;
 795            }
 796         }
 797
 798         b0 = 0;
 799         for (j = 0; j < 11; j++)
 800             b0 += tmp[pos[(i / 2) * 11 + j]] * signs[(i / 2) * 11 + j];
 801         b0 = b0 * 2 * 2979LL + (1 << 29) >> 30; // approximated division by 11
 802
 803         c = p->cur_gain * (p->cur_gain * SUBFRAME_LEN >> 5);
 804         if (shift * 2 + 3 >= 0)
 805             c >>= shift * 2 + 3;
 806         else
 807             c <<= -(shift * 2 + 3);
 808         c = (av_clipl_int32(sum << 1) - c) * 2979LL >> 15;
 809
 810         delta = b0 * b0 * 2 - c;
 811         if (delta <= 0) {
 812             x = -b0;
 813         } else {
 814             delta = square_root(delta);
 815             x     = delta - b0;
 816             t     = delta + b0;
 817             if (FFABS(t) < FFABS(x))
 818                 x = -t;
 819         }
 820         shift++;
 821         if (shift < 0)
 822            x >>= -shift;
 823         else
 824            x *= 1 << shift;
 825         x = av_clip(x, -10000, 10000);
 826
 827         for (j = 0; j < 11; j++) {
 828             idx = (i / 2) * 11 + j;
 829             vector_ptr[pos[idx]] = av_clip_int16(vector_ptr[pos[idx]] +
 830                                                  (x * signs[idx] >> 15));
 831         }
 832
 833         /* copy decoded data to serve as a history for the next decoded subframes */
 834         memcpy(vector_ptr + PITCH_MAX, vector_ptr,
 835                sizeof(*vector_ptr) * SUBFRAME_LEN * 2);
 836         vector_ptr += SUBFRAME_LEN * 2;
 837     }
 838     /* Save the excitation for the next frame */
 839     memcpy(p->prev_excitation, p->audio + LPC_ORDER + FRAME_LEN,
 840            PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 841 }
 842
 843 static int g723_1_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
 844                                int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
 845 {
 846     G723_1_Context *p  = avctx->priv_data;
 847     AVFrame *frame     = data;
 848     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 849     int buf_size       = avpkt->size;
 850     int dec_mode       = buf[0] & 3;
 851
 852     PPFParam ppf[SUBFRAMES];
 853     int16_t cur_lsp[LPC_ORDER];
 854     int16_t lpc[SUBFRAMES * LPC_ORDER];
 855     int16_t acb_vector[SUBFRAME_LEN];
 856     int16_t *out;
 857     int bad_frame = 0, i, j, ret;
 858     int16_t *audio = p->audio;
 859
 860     if (buf_size < frame_size[dec_mode]) {
 861         if (buf_size)
 862             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
 863                    "Expected %d bytes, got %d - skipping packet\n",
 864                    frame_size[dec_mode], buf_size);
 865         *got_frame_ptr = 0;
 866         return buf_size;
 867     }
 868
 869     if (unpack_bitstream(p, buf, buf_size) < 0) {
 870         bad_frame = 1;
 871         if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME)
 872             p->cur_frame_type = ACTIVE_FRAME;
 873         else
 874             p->cur_frame_type = UNTRANSMITTED_FRAME;
 875     }
 876
 877     frame->nb_samples = FRAME_LEN;
 878     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
 879         return ret;
 880
 881     out = (int16_t *)frame->data[0];
 882
 883     if (p->cur_frame_type == ACTIVE_FRAME) {
 884         if (!bad_frame)
 885             p->erased_frames = 0;
 886         else if (p->erased_frames != 3)
 887             p->erased_frames++;
 888
 889         ff_g723_1_inverse_quant(cur_lsp, p->prev_lsp, p->lsp_index, bad_frame);
 890         ff_g723_1_lsp_interpolate(lpc, cur_lsp, p->prev_lsp);
 891
 892         /* Save the lsp_vector for the next frame */
 893         memcpy(p->prev_lsp, cur_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
 894
 895         /* Generate the excitation for the frame */
 896         memcpy(p->excitation, p->prev_excitation,
 897                PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 898         if (!p->erased_frames) {
 899             int16_t *vector_ptr = p->excitation + PITCH_MAX;
 900
 901             /* Update interpolation gain memory */
 902             p->interp_gain = fixed_cb_gain[(p->subframe[2].amp_index +
 903                                             p->subframe[3].amp_index) >> 1];
 904             for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
 905                 gen_fcb_excitation(vector_ptr, &p->subframe[i], p->cur_rate,
 906                                    p->pitch_lag[i >> 1], i);
 907                 ff_g723_1_gen_acb_excitation(acb_vector,
 908                                              &p->excitation[SUBFRAME_LEN * i],
 909                                              p->pitch_lag[i >> 1],
 910                                              &p->subframe[i], p->cur_rate);
 911                 /* Get the total excitation */
 912                 for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN; j++) {
 913                     int v = av_clip_int16(vector_ptr[j] * 2);
 914                     vector_ptr[j] = av_clip_int16(v + acb_vector[j]);
 915                 }
 916                 vector_ptr += SUBFRAME_LEN;
 917             }
 918
 919             vector_ptr = p->excitation + PITCH_MAX;
 920
 921             p->interp_index = comp_interp_index(p, p->pitch_lag[1],
 922                                                 &p->sid_gain, &p->cur_gain);
 923
 924             /* Perform pitch postfiltering */
 925             if (p->postfilter) {
 926                 i = PITCH_MAX;
 927                 for (j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
 928                     comp_ppf_coeff(p, i, p->pitch_lag[j >> 1],
 929                                    ppf + j, p->cur_rate);
 930
 931                 for (i = 0, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
 932                     ff_acelp_weighted_vector_sum(p->audio + LPC_ORDER + i,
 933                                                  vector_ptr + i,
 934                                                  vector_ptr + i + ppf[j].index,
 935                                                  ppf[j].sc_gain,
 936                                                  ppf[j].opt_gain,
 937                                                  1 << 14, 15, SUBFRAME_LEN);
 938             } else {
 939                 audio = vector_ptr - LPC_ORDER;
 940             }
 941
 942             /* Save the excitation for the next frame */
 943             memcpy(p->prev_excitation, p->excitation + FRAME_LEN,
 944                    PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 945         } else {
 946             p->interp_gain = (p->interp_gain * 3 + 2) >> 2;
 947             if (p->erased_frames == 3) {
 948                 /* Mute output */
 949                 memset(p->excitation, 0,
 950                        (FRAME_LEN + PITCH_MAX) * sizeof(*p->excitation));
 951                 memset(p->prev_excitation, 0,
 952                        PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 953                 memset(frame->data[0], 0,
 954                        (FRAME_LEN + LPC_ORDER) * sizeof(int16_t));
 955             } else {
 956                 int16_t *buf = p->audio + LPC_ORDER;
 957
 958                 /* Regenerate frame */
 959                 residual_interp(p->excitation, buf, p->interp_index,
 960                                 p->interp_gain, &p->random_seed);
 961
 962                 /* Save the excitation for the next frame */
 963                 memcpy(p->prev_excitation, buf + (FRAME_LEN - PITCH_MAX),
 964                        PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
 965             }
 966         }
 967         p->cng_random_seed = CNG_RANDOM_SEED;
 968     } else {
 969         if (p->cur_frame_type == SID_FRAME) {
 970             p->sid_gain = sid_gain_to_lsp_index(p->subframe[0].amp_index);
 971             ff_g723_1_inverse_quant(p->sid_lsp, p->prev_lsp, p->lsp_index, 0);
 972         } else if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME) {
 973             p->sid_gain = estimate_sid_gain(p);
 974         }
 975
 976         if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME)
 977             p->cur_gain = p->sid_gain;
 978         else
 979             p->cur_gain = (p->cur_gain * 7 + p->sid_gain) >> 3;
 980         generate_noise(p);
 981         ff_g723_1_lsp_interpolate(lpc, p->sid_lsp, p->prev_lsp);
 982         /* Save the lsp_vector for the next frame */
 983         memcpy(p->prev_lsp, p->sid_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
 984     }
 985
 986     p->past_frame_type = p->cur_frame_type;
 987
 988     memcpy(p->audio, p->synth_mem, LPC_ORDER * sizeof(*p->audio));
 989     for (i = LPC_ORDER, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
 990         ff_celp_lp_synthesis_filter(p->audio + i, &lpc[j * LPC_ORDER],
 991                                     audio + i, SUBFRAME_LEN, LPC_ORDER,
 992                                     0, 1, 1 << 12);
 993     memcpy(p->synth_mem, p->audio + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(*p->audio));
 994
 995     if (p->postfilter) {
 996         formant_postfilter(p, lpc, p->audio, out);
 997     } else { // if output is not postfiltered it should be scaled by 2
 998         for (i = 0; i < FRAME_LEN; i++)
 999             out[i] = av_clip_int16(p->audio[LPC_ORDER + i] << 1);
1000     }
1001
1002     *got_frame_ptr = 1;
1003
1004     return frame_size[dec_mode];
1005 }
1006
1007 #define OFFSET(x) offsetof(G723_1_Context, x)
1008 #define AD     AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM | AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM
1009
1010 static const AVOption options[] = {
1011     { "postfilter", "enable postfilter", OFFSET(postfilter), AV_OPT_TYPE_BOOL,
1012       { .i64 = 1 }, 0, 1, AD },
1013     { NULL }
1014 };
1015
1016
1017 static const AVClass g723_1dec_class = {
1018     .class_name = "G.723.1 decoder",
1019     .item_name  = av_default_item_name,
1020     .option     = options,
1021     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
1022 };
1023
1024 AVCodec ff_g723_1_decoder = {
1025     .name           = "g723_1",
1026     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("G.723.1"),
1027     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1028     .id             = AV_CODEC_ID_G723_1,
1029     .priv_data_size = sizeof(G723_1_Context),
1030     .init           = g723_1_decode_init,
1031     .decode         = g723_1_decode_frame,
1032     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_SUBFRAMES | AV_CODEC_CAP_DR1,
1033     .priv_class     = &g723_1dec_class,
1034 };