g723_1dec: inline normalize_bits() in scale vector and optimize it.
[ffmpeg.git] / libavcodec / g723_1.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 #define BITSTREAM_READER_LE
29 #include "libavutil/audioconvert.h"
30 #include "libavutil/lzo.h"
31 #include "libavutil/opt.h"
32 #include "avcodec.h"
33 #include "internal.h"
34 #include "get_bits.h"
35 #include "acelp_vectors.h"
36 #include "celp_filters.h"
37 #include "celp_math.h"
38 #include "g723_1_data.h"
39
40 typedef struct g723_1_context {
41     AVClass *class;
42     AVFrame frame;
43
44     G723_1_Subframe subframe[4];
45     enum FrameType cur_frame_type;
46     enum FrameType past_frame_type;
47     enum Rate cur_rate;
48     uint8_t lsp_index[LSP_BANDS];
49     int pitch_lag[2];
50     int erased_frames;
51
52     int16_t prev_lsp[LPC_ORDER];
53     int16_t prev_excitation[PITCH_MAX];
54     int16_t excitation[PITCH_MAX + FRAME_LEN + 4];
55     int16_t synth_mem[LPC_ORDER];
56     int16_t fir_mem[LPC_ORDER];
57     int     iir_mem[LPC_ORDER];
58
59     int random_seed;
60     int interp_index;
61     int interp_gain;
62     int sid_gain;
63     int cur_gain;
64     int reflection_coef;
65     int pf_gain;                 ///< formant postfilter
66                                  ///< gain scaling unit memory
67     int postfilter;
68     int16_t audio[FRAME_LEN + LPC_ORDER + PITCH_MAX];
69     int16_t prev_data[HALF_FRAME_LEN];
70     int16_t prev_weight_sig[PITCH_MAX];
71
72
73     int16_t hpf_fir_mem;                   ///< highpass filter fir
74     int     hpf_iir_mem;                   ///< and iir memories
75     int16_t perf_fir_mem[LPC_ORDER];       ///< perceptual filter fir
76     int16_t perf_iir_mem[LPC_ORDER];       ///< and iir memories
77
78     int16_t harmonic_mem[PITCH_MAX];
79 } G723_1_Context;
80
81 static av_cold int g723_1_decode_init(AVCodecContext *avctx)
82 {
83     G723_1_Context *p = avctx->priv_data;
84
85     avctx->channel_layout = AV_CH_LAYOUT_MONO;
86     avctx->sample_fmt     = AV_SAMPLE_FMT_S16;
87     avctx->channels       = 1;
88     p->pf_gain            = 1 << 12;
89
90     avcodec_get_frame_defaults(&p->frame);
91     avctx->coded_frame    = &p->frame;
92
93     memcpy(p->prev_lsp, dc_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
94
95     return 0;
96 }
97
98 /**
99  * Unpack the frame into parameters.
100  *
101  * @param p           the context
102  * @param buf         pointer to the input buffer
103  * @param buf_size    size of the input buffer
104  */
105 static int unpack_bitstream(G723_1_Context *p, const uint8_t *buf,
106                             int buf_size)
107 {
108     GetBitContext gb;
109     int ad_cb_len;
110     int temp, info_bits, i;
111
112     init_get_bits(&gb, buf, buf_size * 8);
113
114     /* Extract frame type and rate info */
115     info_bits = get_bits(&gb, 2);
116
117     if (info_bits == 3) {
118         p->cur_frame_type = UNTRANSMITTED_FRAME;
119         return 0;
120     }
121
122     /* Extract 24 bit lsp indices, 8 bit for each band */
123     p->lsp_index[2] = get_bits(&gb, 8);
124     p->lsp_index[1] = get_bits(&gb, 8);
125     p->lsp_index[0] = get_bits(&gb, 8);
126
127     if (info_bits == 2) {
128         p->cur_frame_type = SID_FRAME;
129         p->subframe[0].amp_index = get_bits(&gb, 6);
130         return 0;
131     }
132
133     /* Extract the info common to both rates */
134     p->cur_rate       = info_bits ? RATE_5300 : RATE_6300;
135     p->cur_frame_type = ACTIVE_FRAME;
136
137     p->pitch_lag[0] = get_bits(&gb, 7);
138     if (p->pitch_lag[0] > 123)       /* test if forbidden code */
139         return -1;
140     p->pitch_lag[0] += PITCH_MIN;
141     p->subframe[1].ad_cb_lag = get_bits(&gb, 2);
142
143     p->pitch_lag[1] = get_bits(&gb, 7);
144     if (p->pitch_lag[1] > 123)
145         return -1;
146     p->pitch_lag[1] += PITCH_MIN;
147     p->subframe[3].ad_cb_lag = get_bits(&gb, 2);
148     p->subframe[0].ad_cb_lag = 1;
149     p->subframe[2].ad_cb_lag = 1;
150
151     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
152         /* Extract combined gain */
153         temp = get_bits(&gb, 12);
154         ad_cb_len = 170;
155         p->subframe[i].dirac_train = 0;
156         if (p->cur_rate == RATE_6300 && p->pitch_lag[i >> 1] < SUBFRAME_LEN - 2) {
157             p->subframe[i].dirac_train = temp >> 11;
158             temp &= 0x7FF;
159             ad_cb_len = 85;
160         }
161         p->subframe[i].ad_cb_gain = FASTDIV(temp, GAIN_LEVELS);
162         if (p->subframe[i].ad_cb_gain < ad_cb_len) {
163             p->subframe[i].amp_index = temp - p->subframe[i].ad_cb_gain *
164                                        GAIN_LEVELS;
165         } else {
166             return -1;
167         }
168     }
169
170     p->subframe[0].grid_index = get_bits1(&gb);
171     p->subframe[1].grid_index = get_bits1(&gb);
172     p->subframe[2].grid_index = get_bits1(&gb);
173     p->subframe[3].grid_index = get_bits1(&gb);
174
175     if (p->cur_rate == RATE_6300) {
176         skip_bits1(&gb);  /* skip reserved bit */
177
178         /* Compute pulse_pos index using the 13-bit combined position index */
179         temp = get_bits(&gb, 13);
180         p->subframe[0].pulse_pos = temp / 810;
181
182         temp -= p->subframe[0].pulse_pos * 810;
183         p->subframe[1].pulse_pos = FASTDIV(temp, 90);
184
185         temp -= p->subframe[1].pulse_pos * 90;
186         p->subframe[2].pulse_pos = FASTDIV(temp, 9);
187         p->subframe[3].pulse_pos = temp - p->subframe[2].pulse_pos * 9;
188
189         p->subframe[0].pulse_pos = (p->subframe[0].pulse_pos << 16) +
190                                    get_bits(&gb, 16);
191         p->subframe[1].pulse_pos = (p->subframe[1].pulse_pos << 14) +
192                                    get_bits(&gb, 14);
193         p->subframe[2].pulse_pos = (p->subframe[2].pulse_pos << 16) +
194                                    get_bits(&gb, 16);
195         p->subframe[3].pulse_pos = (p->subframe[3].pulse_pos << 14) +
196                                    get_bits(&gb, 14);
197
198         p->subframe[0].pulse_sign = get_bits(&gb, 6);
199         p->subframe[1].pulse_sign = get_bits(&gb, 5);
200         p->subframe[2].pulse_sign = get_bits(&gb, 6);
201         p->subframe[3].pulse_sign = get_bits(&gb, 5);
202     } else { /* 5300 bps */
203         p->subframe[0].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
204         p->subframe[1].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
205         p->subframe[2].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
206         p->subframe[3].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
207
208         p->subframe[0].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
209         p->subframe[1].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
210         p->subframe[2].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
211         p->subframe[3].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
212     }
213
214     return 0;
215 }
216
217 /**
218  * Bitexact implementation of sqrt(val/2).
219  */
220 static int16_t square_root(int val)
221 {
222     return (ff_sqrt(val << 1) >> 1) & (~1);
223 }
224
225 /**
226  * Calculate the number of left-shifts required for normalizing the input.
227  *
228  * @param num   input number
229  * @param width width of the input, 15 or 31 bits
230  */
231 static int normalize_bits(int num, int width)
232 {
233     int i = 0;
234
235     if (num) {
236         if (num == -1)
237             return width;
238         if (num < 0)
239             num = ~num;
240         i= width - av_log2(num) - 1;
241         i= FFMAX(i, 0);
242     }
243     return i;
244 }
245
246 #define normalize_bits_int16(num) normalize_bits(num, 15)
247 #define normalize_bits_int32(num) normalize_bits(num, 31)
248
249 /**
250  * Scale vector contents based on the largest of their absolutes.
251  */
252 static int scale_vector(int16_t *dst, const int16_t *vector, int length)
253 {
254     int bits, max = 0;
255     int i;
256
257     for (i = 0; i < length; i++)
258         max |= FFABS(vector[i]);
259
260     bits= 14 - av_log2_16bit(max);
261     bits= FFMAX(bits, 0);
262
263     for (i = 0; i < length; i++)
264         dst[i] = vector[i] << bits >> 3;
265
266     return bits - 3;
267 }
268
269 /**
270  * Perform inverse quantization of LSP frequencies.
271  *
272  * @param cur_lsp    the current LSP vector
273  * @param prev_lsp   the previous LSP vector
274  * @param lsp_index  VQ indices
275  * @param bad_frame  bad frame flag
276  */
277 static void inverse_quant(int16_t *cur_lsp, int16_t *prev_lsp,
278                           uint8_t *lsp_index, int bad_frame)
279 {
280     int min_dist, pred;
281     int i, j, temp, stable;
282
283     /* Check for frame erasure */
284     if (!bad_frame) {
285         min_dist     = 0x100;
286         pred         = 12288;
287     } else {
288         min_dist     = 0x200;
289         pred         = 23552;
290         lsp_index[0] = lsp_index[1] = lsp_index[2] = 0;
291     }
292
293     /* Get the VQ table entry corresponding to the transmitted index */
294     cur_lsp[0] = lsp_band0[lsp_index[0]][0];
295     cur_lsp[1] = lsp_band0[lsp_index[0]][1];
296     cur_lsp[2] = lsp_band0[lsp_index[0]][2];
297     cur_lsp[3] = lsp_band1[lsp_index[1]][0];
298     cur_lsp[4] = lsp_band1[lsp_index[1]][1];
299     cur_lsp[5] = lsp_band1[lsp_index[1]][2];
300     cur_lsp[6] = lsp_band2[lsp_index[2]][0];
301     cur_lsp[7] = lsp_band2[lsp_index[2]][1];
302     cur_lsp[8] = lsp_band2[lsp_index[2]][2];
303     cur_lsp[9] = lsp_band2[lsp_index[2]][3];
304
305     /* Add predicted vector & DC component to the previously quantized vector */
306     for (i = 0; i < LPC_ORDER; i++) {
307         temp        = ((prev_lsp[i] - dc_lsp[i]) * pred + (1 << 14)) >> 15;
308         cur_lsp[i] += dc_lsp[i] + temp;
309     }
310
311     for (i = 0; i < LPC_ORDER; i++) {
312         cur_lsp[0]             = FFMAX(cur_lsp[0],  0x180);
313         cur_lsp[LPC_ORDER - 1] = FFMIN(cur_lsp[LPC_ORDER - 1], 0x7e00);
314
315         /* Stability check */
316         for (j = 1; j < LPC_ORDER; j++) {
317             temp = min_dist + cur_lsp[j - 1] - cur_lsp[j];
318             if (temp > 0) {
319                 temp >>= 1;
320                 cur_lsp[j - 1] -= temp;
321                 cur_lsp[j]     += temp;
322             }
323         }
324         stable = 1;
325         for (j = 1; j < LPC_ORDER; j++) {
326             temp = cur_lsp[j - 1] + min_dist - cur_lsp[j] - 4;
327             if (temp > 0) {
328                 stable = 0;
329                 break;
330             }
331         }
332         if (stable)
333             break;
334     }
335     if (!stable)
336         memcpy(cur_lsp, prev_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*cur_lsp));
337 }
338
339 /**
340  * Bitexact implementation of 2ab scaled by 1/2^16.
341  *
342  * @param a 32 bit multiplicand
343  * @param b 16 bit multiplier
344  */
345 #define MULL2(a, b) \
346         MULL(a,b,15)
347
348 /**
349  * Convert LSP frequencies to LPC coefficients.
350  *
351  * @param lpc buffer for LPC coefficients
352  */
353 static void lsp2lpc(int16_t *lpc)
354 {
355     int f1[LPC_ORDER / 2 + 1];
356     int f2[LPC_ORDER / 2 + 1];
357     int i, j;
358
359     /* Calculate negative cosine */
360     for (j = 0; j < LPC_ORDER; j++) {
361         int index     = lpc[j] >> 7;
362         int offset    = lpc[j] & 0x7f;
363         int temp1     = cos_tab[index] << 16;
364         int temp2     = (cos_tab[index + 1] - cos_tab[index]) *
365                           ((offset << 8) + 0x80) << 1;
366
367         lpc[j] = -(av_sat_dadd32(1 << 15, temp1 + temp2) >> 16);
368     }
369
370     /*
371      * Compute sum and difference polynomial coefficients
372      * (bitexact alternative to lsp2poly() in lsp.c)
373      */
374     /* Initialize with values in Q28 */
375     f1[0] = 1 << 28;
376     f1[1] = (lpc[0] << 14) + (lpc[2] << 14);
377     f1[2] = lpc[0] * lpc[2] + (2 << 28);
378
379     f2[0] = 1 << 28;
380     f2[1] = (lpc[1] << 14) + (lpc[3] << 14);
381     f2[2] = lpc[1] * lpc[3] + (2 << 28);
382
383     /*
384      * Calculate and scale the coefficients by 1/2 in
385      * each iteration for a final scaling factor of Q25
386      */
387     for (i = 2; i < LPC_ORDER / 2; i++) {
388         f1[i + 1] = f1[i - 1] + MULL2(f1[i], lpc[2 * i]);
389         f2[i + 1] = f2[i - 1] + MULL2(f2[i], lpc[2 * i + 1]);
390
391         for (j = i; j >= 2; j--) {
392             f1[j] = MULL2(f1[j - 1], lpc[2 * i]) +
393                     (f1[j] >> 1) + (f1[j - 2] >> 1);
394             f2[j] = MULL2(f2[j - 1], lpc[2 * i + 1]) +
395                     (f2[j] >> 1) + (f2[j - 2] >> 1);
396         }
397
398         f1[0] >>= 1;
399         f2[0] >>= 1;
400         f1[1] = ((lpc[2 * i]     << 16 >> i) + f1[1]) >> 1;
401         f2[1] = ((lpc[2 * i + 1] << 16 >> i) + f2[1]) >> 1;
402     }
403
404     /* Convert polynomial coefficients to LPC coefficients */
405     for (i = 0; i < LPC_ORDER / 2; i++) {
406         int64_t ff1 = f1[i + 1] + f1[i];
407         int64_t ff2 = f2[i + 1] - f2[i];
408
409         lpc[i] = av_clipl_int32(((ff1 + ff2) << 3) + (1 << 15)) >> 16;
410         lpc[LPC_ORDER - i - 1] = av_clipl_int32(((ff1 - ff2) << 3) +
411                                                 (1 << 15)) >> 16;
412     }
413 }
414
415 /**
416  * Quantize LSP frequencies by interpolation and convert them to
417  * the corresponding LPC coefficients.
418  *
419  * @param lpc      buffer for LPC coefficients
420  * @param cur_lsp  the current LSP vector
421  * @param prev_lsp the previous LSP vector
422  */
423 static void lsp_interpolate(int16_t *lpc, int16_t *cur_lsp, int16_t *prev_lsp)
424 {
425     int i;
426     int16_t *lpc_ptr = lpc;
427
428     /* cur_lsp * 0.25 + prev_lsp * 0.75 */
429     ff_acelp_weighted_vector_sum(lpc, cur_lsp, prev_lsp,
430                                  4096, 12288, 1 << 13, 14, LPC_ORDER);
431     ff_acelp_weighted_vector_sum(lpc + LPC_ORDER, cur_lsp, prev_lsp,
432                                  8192, 8192, 1 << 13, 14, LPC_ORDER);
433     ff_acelp_weighted_vector_sum(lpc + 2 * LPC_ORDER, cur_lsp, prev_lsp,
434                                  12288, 4096, 1 << 13, 14, LPC_ORDER);
435     memcpy(lpc + 3 * LPC_ORDER, cur_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*lpc));
436
437     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
438         lsp2lpc(lpc_ptr);
439         lpc_ptr += LPC_ORDER;
440     }
441 }
442
443 /**
444  * Generate a train of dirac functions with period as pitch lag.
445  */
446 static void gen_dirac_train(int16_t *buf, int pitch_lag)
447 {
448     int16_t vector[SUBFRAME_LEN];
449     int i, j;
450
451     memcpy(vector, buf, SUBFRAME_LEN * sizeof(*vector));
452     for (i = pitch_lag; i < SUBFRAME_LEN; i += pitch_lag) {
453         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN - i; j++)
454             buf[i + j] += vector[j];
455     }
456 }
457
458 /**
459  * Generate fixed codebook excitation vector.
460  *
461  * @param vector    decoded excitation vector
462  * @param subfrm    current subframe
463  * @param cur_rate  current bitrate
464  * @param pitch_lag closed loop pitch lag
465  * @param index     current subframe index
466  */
467 static void gen_fcb_excitation(int16_t *vector, G723_1_Subframe *subfrm,
468                                enum Rate cur_rate, int pitch_lag, int index)
469 {
470     int temp, i, j;
471
472     memset(vector, 0, SUBFRAME_LEN * sizeof(*vector));
473
474     if (cur_rate == RATE_6300) {
475         if (subfrm->pulse_pos >= max_pos[index])
476             return;
477
478         /* Decode amplitudes and positions */
479         j = PULSE_MAX - pulses[index];
480         temp = subfrm->pulse_pos;
481         for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN / GRID_SIZE; i++) {
482             temp -= combinatorial_table[j][i];
483             if (temp >= 0)
484                 continue;
485             temp += combinatorial_table[j++][i];
486             if (subfrm->pulse_sign & (1 << (PULSE_MAX - j))) {
487                 vector[subfrm->grid_index + GRID_SIZE * i] =
488                                         -fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
489             } else {
490                 vector[subfrm->grid_index + GRID_SIZE * i] =
491                                          fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
492             }
493             if (j == PULSE_MAX)
494                 break;
495         }
496         if (subfrm->dirac_train == 1)
497             gen_dirac_train(vector, pitch_lag);
498     } else { /* 5300 bps */
499         int cb_gain  = fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
500         int cb_shift = subfrm->grid_index;
501         int cb_sign  = subfrm->pulse_sign;
502         int cb_pos   = subfrm->pulse_pos;
503         int offset, beta, lag;
504
505         for (i = 0; i < 8; i += 2) {
506             offset         = ((cb_pos & 7) << 3) + cb_shift + i;
507             vector[offset] = (cb_sign & 1) ? cb_gain : -cb_gain;
508             cb_pos  >>= 3;
509             cb_sign >>= 1;
510         }
511
512         /* Enhance harmonic components */
513         lag  = pitch_contrib[subfrm->ad_cb_gain << 1] + pitch_lag +
514                subfrm->ad_cb_lag - 1;
515         beta = pitch_contrib[(subfrm->ad_cb_gain << 1) + 1];
516
517         if (lag < SUBFRAME_LEN - 2) {
518             for (i = lag; i < SUBFRAME_LEN; i++)
519                 vector[i] += beta * vector[i - lag] >> 15;
520         }
521     }
522 }
523
524 /**
525  * Get delayed contribution from the previous excitation vector.
526  */
527 static void get_residual(int16_t *residual, int16_t *prev_excitation, int lag)
528 {
529     int offset = PITCH_MAX - PITCH_ORDER / 2 - lag;
530     int i;
531
532     residual[0] = prev_excitation[offset];
533     residual[1] = prev_excitation[offset + 1];
534
535     offset += 2;
536     for (i = 2; i < SUBFRAME_LEN + PITCH_ORDER - 1; i++)
537         residual[i] = prev_excitation[offset + (i - 2) % lag];
538 }
539
540 static int dot_product(const int16_t *a, const int16_t *b, int length)
541 {
542     int sum = ff_dot_product(a,b,length);
543     return av_sat_add32(sum, sum);
544 }
545
546 /**
547  * Generate adaptive codebook excitation.
548  */
549 static void gen_acb_excitation(int16_t *vector, int16_t *prev_excitation,
550                                int pitch_lag, G723_1_Subframe *subfrm,
551                                enum Rate cur_rate)
552 {
553     int16_t residual[SUBFRAME_LEN + PITCH_ORDER - 1];
554     const int16_t *cb_ptr;
555     int lag = pitch_lag + subfrm->ad_cb_lag - 1;
556
557     int i;
558     int sum;
559
560     get_residual(residual, prev_excitation, lag);
561
562     /* Select quantization table */
563     if (cur_rate == RATE_6300 && pitch_lag < SUBFRAME_LEN - 2) {
564         cb_ptr = adaptive_cb_gain85;
565     } else
566         cb_ptr = adaptive_cb_gain170;
567
568     /* Calculate adaptive vector */
569     cb_ptr += subfrm->ad_cb_gain * 20;
570     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
571         sum = ff_dot_product(residual + i, cb_ptr, PITCH_ORDER);
572         vector[i] = av_sat_dadd32(1 << 15, av_sat_add32(sum, sum)) >> 16;
573     }
574 }
575
576 /**
577  * Estimate maximum auto-correlation around pitch lag.
578  *
579  * @param buf       buffer with offset applied
580  * @param offset    offset of the excitation vector
581  * @param ccr_max   pointer to the maximum auto-correlation
582  * @param pitch_lag decoded pitch lag
583  * @param length    length of autocorrelation
584  * @param dir       forward lag(1) / backward lag(-1)
585  */
586 static int autocorr_max(const int16_t *buf, int offset, int *ccr_max,
587                         int pitch_lag, int length, int dir)
588 {
589     int limit, ccr, lag = 0;
590     int i;
591
592     pitch_lag = FFMIN(PITCH_MAX - 3, pitch_lag);
593     if (dir > 0)
594         limit = FFMIN(FRAME_LEN + PITCH_MAX - offset - length, pitch_lag + 3);
595     else
596         limit = pitch_lag + 3;
597
598     for (i = pitch_lag - 3; i <= limit; i++) {
599         ccr = dot_product(buf, buf + dir * i, length);
600
601         if (ccr > *ccr_max) {
602             *ccr_max = ccr;
603             lag = i;
604         }
605     }
606     return lag;
607 }
608
609 /**
610  * Calculate pitch postfilter optimal and scaling gains.
611  *
612  * @param lag      pitch postfilter forward/backward lag
613  * @param ppf      pitch postfilter parameters
614  * @param cur_rate current bitrate
615  * @param tgt_eng  target energy
616  * @param ccr      cross-correlation
617  * @param res_eng  residual energy
618  */
619 static void comp_ppf_gains(int lag, PPFParam *ppf, enum Rate cur_rate,
620                            int tgt_eng, int ccr, int res_eng)
621 {
622     int pf_residual;     /* square of postfiltered residual */
623     int temp1, temp2;
624
625     ppf->index = lag;
626
627     temp1 = tgt_eng * res_eng >> 1;
628     temp2 = ccr * ccr << 1;
629
630     if (temp2 > temp1) {
631         if (ccr >= res_eng) {
632             ppf->opt_gain = ppf_gain_weight[cur_rate];
633         } else {
634             ppf->opt_gain = (ccr << 15) / res_eng *
635                             ppf_gain_weight[cur_rate] >> 15;
636         }
637         /* pf_res^2 = tgt_eng + 2*ccr*gain + res_eng*gain^2 */
638         temp1       = (tgt_eng << 15) + (ccr * ppf->opt_gain << 1);
639         temp2       = (ppf->opt_gain * ppf->opt_gain >> 15) * res_eng;
640         pf_residual = av_sat_add32(temp1, temp2 + (1 << 15)) >> 16;
641
642         if (tgt_eng >= pf_residual << 1) {
643             temp1 = 0x7fff;
644         } else {
645             temp1 = (tgt_eng << 14) / pf_residual;
646         }
647
648         /* scaling_gain = sqrt(tgt_eng/pf_res^2) */
649         ppf->sc_gain = square_root(temp1 << 16);
650     } else {
651         ppf->opt_gain = 0;
652         ppf->sc_gain  = 0x7fff;
653     }
654
655     ppf->opt_gain = av_clip_int16(ppf->opt_gain * ppf->sc_gain >> 15);
656 }
657
658 /**
659  * Calculate pitch postfilter parameters.
660  *
661  * @param p         the context
662  * @param offset    offset of the excitation vector
663  * @param pitch_lag decoded pitch lag
664  * @param ppf       pitch postfilter parameters
665  * @param cur_rate  current bitrate
666  */
667 static void comp_ppf_coeff(G723_1_Context *p, int offset, int pitch_lag,
668                            PPFParam *ppf, enum Rate cur_rate)
669 {
670
671     int16_t scale;
672     int i;
673     int temp1, temp2;
674
675     /*
676      * 0 - target energy
677      * 1 - forward cross-correlation
678      * 2 - forward residual energy
679      * 3 - backward cross-correlation
680      * 4 - backward residual energy
681      */
682     int energy[5] = {0, 0, 0, 0, 0};
683     int16_t *buf  = p->audio + LPC_ORDER + offset;
684     int fwd_lag   = autocorr_max(buf, offset, &energy[1], pitch_lag,
685                                  SUBFRAME_LEN, 1);
686     int back_lag  = autocorr_max(buf, offset, &energy[3], pitch_lag,
687                                  SUBFRAME_LEN, -1);
688
689     ppf->index    = 0;
690     ppf->opt_gain = 0;
691     ppf->sc_gain  = 0x7fff;
692
693     /* Case 0, Section 3.6 */
694     if (!back_lag && !fwd_lag)
695         return;
696
697     /* Compute target energy */
698     energy[0] = dot_product(buf, buf, SUBFRAME_LEN);
699
700     /* Compute forward residual energy */
701     if (fwd_lag)
702         energy[2] = dot_product(buf + fwd_lag, buf + fwd_lag, SUBFRAME_LEN);
703
704     /* Compute backward residual energy */
705     if (back_lag)
706         energy[4] = dot_product(buf - back_lag, buf - back_lag, SUBFRAME_LEN);
707
708     /* Normalize and shorten */
709     temp1 = 0;
710     for (i = 0; i < 5; i++)
711         temp1 = FFMAX(energy[i], temp1);
712
713     scale = normalize_bits(temp1, 31);
714     for (i = 0; i < 5; i++)
715         energy[i] = av_clipl_int32(energy[i] << scale) >> 16;
716
717     if (fwd_lag && !back_lag) {  /* Case 1 */
718         comp_ppf_gains(fwd_lag,  ppf, cur_rate, energy[0], energy[1],
719                        energy[2]);
720     } else if (!fwd_lag) {       /* Case 2 */
721         comp_ppf_gains(-back_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[3],
722                        energy[4]);
723     } else {                     /* Case 3 */
724
725         /*
726          * Select the largest of energy[1]^2/energy[2]
727          * and energy[3]^2/energy[4]
728          */
729         temp1 = energy[4] * ((energy[1] * energy[1] + (1 << 14)) >> 15);
730         temp2 = energy[2] * ((energy[3] * energy[3] + (1 << 14)) >> 15);
731         if (temp1 >= temp2) {
732             comp_ppf_gains(fwd_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[1],
733                            energy[2]);
734         } else {
735             comp_ppf_gains(-back_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[3],
736                            energy[4]);
737         }
738     }
739 }
740
741 /**
742  * Classify frames as voiced/unvoiced.
743  *
744  * @param p         the context
745  * @param pitch_lag decoded pitch_lag
746  * @param exc_eng   excitation energy estimation
747  * @param scale     scaling factor of exc_eng
748  *
749  * @return residual interpolation index if voiced, 0 otherwise
750  */
751 static int comp_interp_index(G723_1_Context *p, int pitch_lag,
752                              int *exc_eng, int *scale)
753 {
754     int offset = PITCH_MAX + 2 * SUBFRAME_LEN;
755     int16_t *buf = p->audio + LPC_ORDER;
756
757     int index, ccr, tgt_eng, best_eng, temp;
758
759     *scale = scale_vector(buf, p->excitation, FRAME_LEN + PITCH_MAX);
760     buf   += offset;
761
762     /* Compute maximum backward cross-correlation */
763     ccr   = 0;
764     index = autocorr_max(buf, offset, &ccr, pitch_lag, SUBFRAME_LEN * 2, -1);
765     ccr   = av_sat_add32(ccr, 1 << 15) >> 16;
766
767     /* Compute target energy */
768     tgt_eng  = dot_product(buf, buf, SUBFRAME_LEN * 2);
769     *exc_eng = av_sat_add32(tgt_eng, 1 << 15) >> 16;
770
771     if (ccr <= 0)
772         return 0;
773
774     /* Compute best energy */
775     best_eng = dot_product(buf - index, buf - index, SUBFRAME_LEN * 2);
776     best_eng = av_sat_add32(best_eng, 1 << 15) >> 16;
777
778     temp = best_eng * *exc_eng >> 3;
779
780     if (temp < ccr * ccr) {
781         return index;
782     } else
783         return 0;
784 }
785
786 /**
787  * Peform residual interpolation based on frame classification.
788  *
789  * @param buf   decoded excitation vector
790  * @param out   output vector
791  * @param lag   decoded pitch lag
792  * @param gain  interpolated gain
793  * @param rseed seed for random number generator
794  */
795 static void residual_interp(int16_t *buf, int16_t *out, int lag,
796                             int gain, int *rseed)
797 {
798     int i;
799     if (lag) { /* Voiced */
800         int16_t *vector_ptr = buf + PITCH_MAX;
801         /* Attenuate */
802         for (i = 0; i < lag; i++)
803             out[i] = vector_ptr[i - lag] * 3 >> 2;
804         av_memcpy_backptr((uint8_t*)(out + lag), lag * sizeof(*out),
805                           (FRAME_LEN - lag) * sizeof(*out));
806     } else {  /* Unvoiced */
807         for (i = 0; i < FRAME_LEN; i++) {
808             *rseed = *rseed * 521 + 259;
809             out[i] = gain * *rseed >> 15;
810         }
811         memset(buf, 0, (FRAME_LEN + PITCH_MAX) * sizeof(*buf));
812     }
813 }
814
815 /**
816  * Perform IIR filtering.
817  *
818  * @param fir_coef FIR coefficients
819  * @param iir_coef IIR coefficients
820  * @param src      source vector
821  * @param dest     destination vector
822  * @param width    width of the output, 16 bits(0) / 32 bits(1)
823  */
824 #define iir_filter(fir_coef, iir_coef, src, dest, width)\
825 {\
826     int m, n;\
827     int res_shift = 16 & ~-(width);\
828     int in_shift  = 16 - res_shift;\
829 \
830     for (m = 0; m < SUBFRAME_LEN; m++) {\
831         int64_t filter = 0;\
832         for (n = 1; n <= LPC_ORDER; n++) {\
833             filter -= (fir_coef)[n - 1] * (src)[m - n] -\
834                       (iir_coef)[n - 1] * ((dest)[m - n] >> in_shift);\
835         }\
836 \
837         (dest)[m] = av_clipl_int32(((src)[m] << 16) + (filter << 3) +\
838                                    (1 << 15)) >> res_shift;\
839     }\
840 }
841
842 /**
843  * Adjust gain of postfiltered signal.
844  *
845  * @param p      the context
846  * @param buf    postfiltered output vector
847  * @param energy input energy coefficient
848  */
849 static void gain_scale(G723_1_Context *p, int16_t * buf, int energy)
850 {
851     int num, denom, gain, bits1, bits2;
852     int i;
853
854     num   = energy;
855     denom = 0;
856     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
857         int temp = buf[i] >> 2;
858         temp *= temp;
859         denom = av_sat_dadd32(denom, temp);
860     }
861
862     if (num && denom) {
863         bits1   = normalize_bits(num,   31);
864         bits2   = normalize_bits(denom, 31);
865         num     = num << bits1 >> 1;
866         denom <<= bits2;
867
868         bits2 = 5 + bits1 - bits2;
869         bits2 = FFMAX(0, bits2);
870
871         gain = (num >> 1) / (denom >> 16);
872         gain = square_root(gain << 16 >> bits2);
873     } else {
874         gain = 1 << 12;
875     }
876
877     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
878         p->pf_gain = (15 * p->pf_gain + gain + (1 << 3)) >> 4;
879         buf[i]     = av_clip_int16((buf[i] * (p->pf_gain + (p->pf_gain >> 4)) +
880                                    (1 << 10)) >> 11);
881     }
882 }
883
884 /**
885  * Perform formant filtering.
886  *
887  * @param p   the context
888  * @param lpc quantized lpc coefficients
889  * @param buf input buffer
890  * @param dst output buffer
891  */
892 static void formant_postfilter(G723_1_Context *p, int16_t *lpc,
893                                int16_t *buf, int16_t *dst)
894 {
895     int16_t filter_coef[2][LPC_ORDER];
896     int filter_signal[LPC_ORDER + FRAME_LEN], *signal_ptr;
897     int i, j, k;
898
899     memcpy(buf, p->fir_mem, LPC_ORDER * sizeof(*buf));
900     memcpy(filter_signal, p->iir_mem, LPC_ORDER * sizeof(*filter_signal));
901
902     for (i = LPC_ORDER, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++) {
903         for (k = 0; k < LPC_ORDER; k++) {
904             filter_coef[0][k] = (-lpc[k] * postfilter_tbl[0][k] +
905                                  (1 << 14)) >> 15;
906             filter_coef[1][k] = (-lpc[k] * postfilter_tbl[1][k] +
907                                  (1 << 14)) >> 15;
908         }
909         iir_filter(filter_coef[0], filter_coef[1], buf + i,
910                    filter_signal + i, 1);
911         lpc += LPC_ORDER;
912     }
913
914     memcpy(p->fir_mem, buf + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(int16_t));
915     memcpy(p->iir_mem, filter_signal + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(int));
916
917     buf += LPC_ORDER;
918     signal_ptr = filter_signal + LPC_ORDER;
919     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
920         int temp;
921         int auto_corr[2];
922         int scale, energy;
923
924         /* Normalize */
925         scale = scale_vector(dst, buf, SUBFRAME_LEN);
926
927         /* Compute auto correlation coefficients */
928         auto_corr[0] = dot_product(dst, dst + 1, SUBFRAME_LEN - 1);
929         auto_corr[1] = dot_product(dst, dst,     SUBFRAME_LEN);
930
931         /* Compute reflection coefficient */
932         temp = auto_corr[1] >> 16;
933         if (temp) {
934             temp = (auto_corr[0] >> 2) / temp;
935         }
936         p->reflection_coef = (3 * p->reflection_coef + temp + 2) >> 2;
937         temp = -p->reflection_coef >> 1 & ~3;
938
939         /* Compensation filter */
940         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN; j++) {
941             dst[j] = av_sat_dadd32(signal_ptr[j],
942                                    (signal_ptr[j - 1] >> 16) * temp) >> 16;
943         }
944
945         /* Compute normalized signal energy */
946         temp = 2 * scale + 4;
947         if (temp < 0) {
948             energy = av_clipl_int32((int64_t)auto_corr[1] << -temp);
949         } else
950             energy = auto_corr[1] >> temp;
951
952         gain_scale(p, dst, energy);
953
954         buf        += SUBFRAME_LEN;
955         signal_ptr += SUBFRAME_LEN;
956         dst        += SUBFRAME_LEN;
957     }
958 }
959
960 static int g723_1_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
961                                int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
962 {
963     G723_1_Context *p  = avctx->priv_data;
964     const uint8_t *buf = avpkt->data;
965     int buf_size       = avpkt->size;
966     int dec_mode       = buf[0] & 3;
967
968     PPFParam ppf[SUBFRAMES];
969     int16_t cur_lsp[LPC_ORDER];
970     int16_t lpc[SUBFRAMES * LPC_ORDER];
971     int16_t acb_vector[SUBFRAME_LEN];
972     int16_t *out;
973     int bad_frame = 0, i, j, ret;
974     int16_t *audio = p->audio;
975
976     if (buf_size < frame_size[dec_mode]) {
977         if (buf_size)
978             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
979                    "Expected %d bytes, got %d - skipping packet\n",
980                    frame_size[dec_mode], buf_size);
981         *got_frame_ptr = 0;
982         return buf_size;
983     }
984
985     if (unpack_bitstream(p, buf, buf_size) < 0) {
986         bad_frame = 1;
987         if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME)
988             p->cur_frame_type = ACTIVE_FRAME;
989         else
990             p->cur_frame_type = UNTRANSMITTED_FRAME;
991     }
992
993     p->frame.nb_samples = FRAME_LEN;
994     if ((ret = avctx->get_buffer(avctx, &p->frame)) < 0) {
995         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
996         return ret;
997     }
998
999     out = (int16_t *)p->frame.data[0];
1000
1001     if (p->cur_frame_type == ACTIVE_FRAME) {
1002         if (!bad_frame)
1003             p->erased_frames = 0;
1004         else if (p->erased_frames != 3)
1005             p->erased_frames++;
1006
1007         inverse_quant(cur_lsp, p->prev_lsp, p->lsp_index, bad_frame);
1008         lsp_interpolate(lpc, cur_lsp, p->prev_lsp);
1009
1010         /* Save the lsp_vector for the next frame */
1011         memcpy(p->prev_lsp, cur_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
1012
1013         /* Generate the excitation for the frame */
1014         memcpy(p->excitation, p->prev_excitation,
1015                PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
1016         if (!p->erased_frames) {
1017             int16_t *vector_ptr = p->excitation + PITCH_MAX;
1018
1019             /* Update interpolation gain memory */
1020             p->interp_gain = fixed_cb_gain[(p->subframe[2].amp_index +
1021                                             p->subframe[3].amp_index) >> 1];
1022             for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
1023                 gen_fcb_excitation(vector_ptr, &p->subframe[i], p->cur_rate,
1024                                    p->pitch_lag[i >> 1], i);
1025                 gen_acb_excitation(acb_vector, &p->excitation[SUBFRAME_LEN * i],
1026                                    p->pitch_lag[i >> 1], &p->subframe[i],
1027                                    p->cur_rate);
1028                 /* Get the total excitation */
1029                 for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN; j++) {
1030                     int v = av_clip_int16(vector_ptr[j] << 1);
1031                     vector_ptr[j] = av_clip_int16(v + acb_vector[j]);
1032                 }
1033                 vector_ptr += SUBFRAME_LEN;
1034             }
1035
1036             vector_ptr = p->excitation + PITCH_MAX;
1037
1038             p->interp_index = comp_interp_index(p, p->pitch_lag[1],
1039                                                 &p->sid_gain, &p->cur_gain);
1040
1041             /* Peform pitch postfiltering */
1042             if (p->postfilter) {
1043                 i = PITCH_MAX;
1044                 for (j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
1045                     comp_ppf_coeff(p, i, p->pitch_lag[j >> 1],
1046                                    ppf + j, p->cur_rate);
1047
1048                 for (i = 0, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
1049                     ff_acelp_weighted_vector_sum(p->audio + LPC_ORDER + i,
1050                                                  vector_ptr + i,
1051                                                  vector_ptr + i + ppf[j].index,
1052                                                  ppf[j].sc_gain,
1053                                                  ppf[j].opt_gain,
1054                                                  1 << 14, 15, SUBFRAME_LEN);
1055             } else {
1056                 audio = vector_ptr - LPC_ORDER;
1057             }
1058
1059             /* Save the excitation for the next frame */
1060             memcpy(p->prev_excitation, p->excitation + FRAME_LEN,
1061                    PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
1062         } else {
1063             p->interp_gain = (p->interp_gain * 3 + 2) >> 2;
1064             if (p->erased_frames == 3) {
1065                 /* Mute output */
1066                 memset(p->excitation, 0,
1067                        (FRAME_LEN + PITCH_MAX) * sizeof(*p->excitation));
1068                 memset(p->prev_excitation, 0,
1069                        PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
1070                 memset(p->frame.data[0], 0,
1071                        (FRAME_LEN + LPC_ORDER) * sizeof(int16_t));
1072             } else {
1073                 int16_t *buf = p->audio + LPC_ORDER;
1074
1075                 /* Regenerate frame */
1076                 residual_interp(p->excitation, buf, p->interp_index,
1077                                 p->interp_gain, &p->random_seed);
1078
1079                 /* Save the excitation for the next frame */
1080                 memcpy(p->prev_excitation, buf + (FRAME_LEN - PITCH_MAX),
1081                        PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
1082             }
1083         }
1084     } else {
1085         memset(out, 0, FRAME_LEN * 2);
1086         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
1087                "G.723.1: Comfort noise generation not supported yet\n");
1088
1089         *got_frame_ptr   = 1;
1090         *(AVFrame *)data = p->frame;
1091         return frame_size[dec_mode];
1092     }
1093
1094     p->past_frame_type = p->cur_frame_type;
1095
1096     memcpy(p->audio, p->synth_mem, LPC_ORDER * sizeof(*p->audio));
1097     for (i = LPC_ORDER, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
1098         ff_celp_lp_synthesis_filter(p->audio + i, &lpc[j * LPC_ORDER],
1099                                     audio + i, SUBFRAME_LEN, LPC_ORDER,
1100                                     0, 1, 1 << 12);
1101     memcpy(p->synth_mem, p->audio + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(*p->audio));
1102
1103     if (p->postfilter) {
1104         formant_postfilter(p, lpc, p->audio, out);
1105     } else { // if output is not postfiltered it should be scaled by 2
1106         for (i = 0; i < FRAME_LEN; i++)
1107             out[i] = av_clip_int16(p->audio[LPC_ORDER + i] << 1);
1108     }
1109
1110     *got_frame_ptr   = 1;
1111     *(AVFrame *)data = p->frame;
1112
1113     return frame_size[dec_mode];
1114 }
1115
1116 #define OFFSET(x) offsetof(G723_1_Context, x)
1117 #define AD     AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM | AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM
1118
1119 static const AVOption options[] = {
1120     { "postfilter", "postfilter on/off", OFFSET(postfilter), AV_OPT_TYPE_INT,
1121       { 1 }, 0, 1, AD },
1122     { NULL }
1123 };
1124
1125
1126 static const AVClass g723_1dec_class = {
1127     .class_name = "G.723.1 decoder",
1128     .item_name  = av_default_item_name,
1129     .option     = options,
1130     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
1131 };
1132
1133 AVCodec ff_g723_1_decoder = {
1134     .name           = "g723_1",
1135     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1136     .id             = AV_CODEC_ID_G723_1,
1137     .priv_data_size = sizeof(G723_1_Context),
1138     .init           = g723_1_decode_init,
1139     .decode         = g723_1_decode_frame,
1140     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("G.723.1"),
1141     .capabilities   = CODEC_CAP_SUBFRAMES | CODEC_CAP_DR1,
1142     .priv_class     = &g723_1dec_class,
1143 };
1144
1145 #if CONFIG_G723_1_ENCODER
1146 #define BITSTREAM_WRITER_LE
1147 #include "put_bits.h"
1148
1149 static av_cold int g723_1_encode_init(AVCodecContext *avctx)
1150 {
1151     G723_1_Context *p = avctx->priv_data;
1152
1153     if (avctx->sample_rate != 8000) {
1154         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Only 8000Hz sample rate supported\n");
1155         return -1;
1156     }
1157
1158     if (avctx->channels != 1) {
1159         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Only mono supported\n");
1160         return AVERROR(EINVAL);
1161     }
1162
1163     if (avctx->bit_rate == 6300) {
1164         p->cur_rate = RATE_6300;
1165     } else if (avctx->bit_rate == 5300) {
1166         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Bitrate not supported yet, use 6.3k\n");
1167         return AVERROR_PATCHWELCOME;
1168     } else {
1169         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
1170                "Bitrate not supported, use 6.3k\n");
1171         return AVERROR(EINVAL);
1172     }
1173     avctx->frame_size = 240;
1174     memcpy(p->prev_lsp, dc_lsp, LPC_ORDER * sizeof(int16_t));
1175
1176     return 0;
1177 }
1178
1179 /**
1180  * Remove DC component from the input signal.
1181  *
1182  * @param buf input signal
1183  * @param fir zero memory
1184  * @param iir pole memory
1185  */
1186 static void highpass_filter(int16_t *buf, int16_t *fir, int *iir)
1187 {
1188     int i;
1189     for (i = 0; i < FRAME_LEN; i++) {
1190         *iir   = (buf[i] << 15) + ((-*fir) << 15) + MULL2(*iir, 0x7f00);
1191         *fir   = buf[i];
1192         buf[i] = av_clipl_int32((int64_t)*iir + (1 << 15)) >> 16;
1193     }
1194 }
1195
1196 /**
1197  * Estimate autocorrelation of the input vector.
1198  *
1199  * @param buf      input buffer
1200  * @param autocorr autocorrelation coefficients vector
1201  */
1202 static void comp_autocorr(int16_t *buf, int16_t *autocorr)
1203 {
1204     int i, scale, temp;
1205     int16_t vector[LPC_FRAME];
1206
1207     scale_vector(vector, buf, LPC_FRAME);
1208
1209     /* Apply the Hamming window */
1210     for (i = 0; i < LPC_FRAME; i++)
1211         vector[i] = (vector[i] * hamming_window[i] + (1 << 14)) >> 15;
1212
1213     /* Compute the first autocorrelation coefficient */
1214     temp = ff_dot_product(vector, vector, LPC_FRAME);
1215
1216     /* Apply a white noise correlation factor of (1025/1024) */
1217     temp += temp >> 10;
1218
1219     /* Normalize */
1220     scale = normalize_bits_int32(temp);
1221     autocorr[0] = av_clipl_int32((int64_t)(temp << scale) +
1222                                  (1 << 15)) >> 16;
1223
1224     /* Compute the remaining coefficients */
1225     if (!autocorr[0]) {
1226         memset(autocorr + 1, 0, LPC_ORDER * sizeof(int16_t));
1227     } else {
1228         for (i = 1; i <= LPC_ORDER; i++) {
1229            temp = ff_dot_product(vector, vector + i, LPC_FRAME - i);
1230            temp = MULL2((temp << scale), binomial_window[i - 1]);
1231            autocorr[i] = av_clipl_int32((int64_t)temp + (1 << 15)) >> 16;
1232         }
1233     }
1234 }
1235
1236 /**
1237  * Use Levinson-Durbin recursion to compute LPC coefficients from
1238  * autocorrelation values.
1239  *
1240  * @param lpc      LPC coefficients vector
1241  * @param autocorr autocorrelation coefficients vector
1242  * @param error    prediction error
1243  */
1244 static void levinson_durbin(int16_t *lpc, int16_t *autocorr, int16_t error)
1245 {
1246     int16_t vector[LPC_ORDER];
1247     int16_t partial_corr;
1248     int i, j, temp;
1249
1250     memset(lpc, 0, LPC_ORDER * sizeof(int16_t));
1251
1252     for (i = 0; i < LPC_ORDER; i++) {
1253         /* Compute the partial correlation coefficient */
1254         temp = 0;
1255         for (j = 0; j < i; j++)
1256             temp -= lpc[j] * autocorr[i - j - 1];
1257         temp = ((autocorr[i] << 13) + temp) << 3;
1258
1259         if (FFABS(temp) >= (error << 16))
1260             break;
1261
1262         partial_corr = temp / (error << 1);
1263
1264         lpc[i] = av_clipl_int32((int64_t)(partial_corr << 14) +
1265                                 (1 << 15)) >> 16;
1266
1267         /* Update the prediction error */
1268         temp  = MULL2(temp, partial_corr);
1269         error = av_clipl_int32((int64_t)(error << 16) - temp +
1270                                 (1 << 15)) >> 16;
1271
1272         memcpy(vector, lpc, i * sizeof(int16_t));
1273         for (j = 0; j < i; j++) {
1274             temp = partial_corr * vector[i - j - 1] << 1;
1275             lpc[j] = av_clipl_int32((int64_t)(lpc[j] << 16) - temp +
1276                                     (1 << 15)) >> 16;
1277         }
1278     }
1279 }
1280
1281 /**
1282  * Calculate LPC coefficients for the current frame.
1283  *
1284  * @param buf       current frame
1285  * @param prev_data 2 trailing subframes of the previous frame
1286  * @param lpc       LPC coefficients vector
1287  */
1288 static void comp_lpc_coeff(int16_t *buf, int16_t *lpc)
1289 {
1290     int16_t autocorr[(LPC_ORDER + 1) * SUBFRAMES];
1291     int16_t *autocorr_ptr = autocorr;
1292     int16_t *lpc_ptr      = lpc;
1293     int i, j;
1294
1295     for (i = 0, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++) {
1296         comp_autocorr(buf + i, autocorr_ptr);
1297         levinson_durbin(lpc_ptr, autocorr_ptr + 1, autocorr_ptr[0]);
1298
1299         lpc_ptr += LPC_ORDER;
1300         autocorr_ptr += LPC_ORDER + 1;
1301     }
1302 }
1303
1304 static void lpc2lsp(int16_t *lpc, int16_t *prev_lsp, int16_t *lsp)
1305 {
1306     int f[LPC_ORDER + 2]; ///< coefficients of the sum and difference
1307                           ///< polynomials (F1, F2) ordered as
1308                           ///< f1[0], f2[0], ...., f1[5], f2[5]
1309
1310     int max, shift, cur_val, prev_val, count, p;
1311     int i, j;
1312     int64_t temp;
1313
1314     /* Initialize f1[0] and f2[0] to 1 in Q25 */
1315     for (i = 0; i < LPC_ORDER; i++)
1316         lsp[i] = (lpc[i] * bandwidth_expand[i] + (1 << 14)) >> 15;
1317
1318     /* Apply bandwidth expansion on the LPC coefficients */
1319     f[0] = f[1] = 1 << 25;
1320
1321     /* Compute the remaining coefficients */
1322     for (i = 0; i < LPC_ORDER / 2; i++) {
1323         /* f1 */
1324         f[2 * i + 2] = -f[2 * i] - ((lsp[i] + lsp[LPC_ORDER - 1 - i]) << 12);
1325         /* f2 */
1326         f[2 * i + 3] = f[2 * i + 1] - ((lsp[i] - lsp[LPC_ORDER - 1 - i]) << 12);
1327     }
1328
1329     /* Divide f1[5] and f2[5] by 2 for use in polynomial evaluation */
1330     f[LPC_ORDER] >>= 1;
1331     f[LPC_ORDER + 1] >>= 1;
1332
1333     /* Normalize and shorten */
1334     max = FFABS(f[0]);
1335     for (i = 1; i < LPC_ORDER + 2; i++)
1336         max = FFMAX(max, FFABS(f[i]));
1337
1338     shift = normalize_bits_int32(max);
1339
1340     for (i = 0; i < LPC_ORDER + 2; i++)
1341         f[i] = av_clipl_int32((int64_t)(f[i] << shift) + (1 << 15)) >> 16;
1342
1343     /**
1344      * Evaluate F1 and F2 at uniform intervals of pi/256 along the
1345      * unit circle and check for zero crossings.
1346      */
1347     p    = 0;
1348     temp = 0;
1349     for (i = 0; i <= LPC_ORDER / 2; i++)
1350         temp += f[2 * i] * cos_tab[0];
1351     prev_val = av_clipl_int32(temp << 1);
1352     count    = 0;
1353     for ( i = 1; i < COS_TBL_SIZE / 2; i++) {
1354         /* Evaluate */
1355         temp = 0;
1356         for (j = 0; j <= LPC_ORDER / 2; j++)
1357             temp += f[LPC_ORDER - 2 * j + p] * cos_tab[i * j % COS_TBL_SIZE];
1358         cur_val = av_clipl_int32(temp << 1);
1359
1360         /* Check for sign change, indicating a zero crossing */
1361         if ((cur_val ^ prev_val) < 0) {
1362             int abs_cur  = FFABS(cur_val);
1363             int abs_prev = FFABS(prev_val);
1364             int sum      = abs_cur + abs_prev;
1365
1366             shift        = normalize_bits_int32(sum);
1367             sum          <<= shift;
1368             abs_prev     = abs_prev << shift >> 8;
1369             lsp[count++] = ((i - 1) << 7) + (abs_prev >> 1) / (sum >> 16);
1370
1371             if (count == LPC_ORDER)
1372                 break;
1373
1374             /* Switch between sum and difference polynomials */
1375             p ^= 1;
1376
1377             /* Evaluate */
1378             temp = 0;
1379             for (j = 0; j <= LPC_ORDER / 2; j++){
1380                 temp += f[LPC_ORDER - 2 * j + p] *
1381                         cos_tab[i * j % COS_TBL_SIZE];
1382             }
1383             cur_val = av_clipl_int32(temp<<1);
1384         }
1385         prev_val = cur_val;
1386     }
1387
1388     if (count != LPC_ORDER)
1389         memcpy(lsp, prev_lsp, LPC_ORDER * sizeof(int16_t));
1390 }
1391
1392 /**
1393  * Quantize the current LSP subvector.
1394  *
1395  * @param num    band number
1396  * @param offset offset of the current subvector in an LPC_ORDER vector
1397  * @param size   size of the current subvector
1398  */
1399 #define get_index(num, offset, size) \
1400 {\
1401     int error, max = -1;\
1402     int16_t temp[4];\
1403     int i, j;\
1404     for (i = 0; i < LSP_CB_SIZE; i++) {\
1405         for (j = 0; j < size; j++){\
1406             temp[j] = (weight[j + (offset)] * lsp_band##num[i][j] +\
1407                       (1 << 14)) >> 15;\
1408         }\
1409         error =  dot_product(lsp + (offset), temp, size) << 1;\
1410         error -= dot_product(lsp_band##num[i], temp, size);\
1411         if (error > max) {\
1412             max = error;\
1413             lsp_index[num] = i;\
1414         }\
1415     }\
1416 }
1417
1418 /**
1419  * Vector quantize the LSP frequencies.
1420  *
1421  * @param lsp      the current lsp vector
1422  * @param prev_lsp the previous lsp vector
1423  */
1424 static void lsp_quantize(uint8_t *lsp_index, int16_t *lsp, int16_t *prev_lsp)
1425 {
1426     int16_t weight[LPC_ORDER];
1427     int16_t min, max;
1428     int shift, i;
1429
1430     /* Calculate the VQ weighting vector */
1431     weight[0] = (1 << 20) / (lsp[1] - lsp[0]);
1432     weight[LPC_ORDER - 1] = (1 << 20) /
1433                             (lsp[LPC_ORDER - 1] - lsp[LPC_ORDER - 2]);
1434
1435     for (i = 1; i < LPC_ORDER - 1; i++) {
1436         min  = FFMIN(lsp[i] - lsp[i - 1], lsp[i + 1] - lsp[i]);
1437         if (min > 0x20)
1438             weight[i] = (1 << 20) / min;
1439         else
1440             weight[i] = INT16_MAX;
1441     }
1442
1443     /* Normalize */
1444     max = 0;
1445     for (i = 0; i < LPC_ORDER; i++)
1446         max = FFMAX(weight[i], max);
1447
1448     shift = normalize_bits_int16(max);
1449     for (i = 0; i < LPC_ORDER; i++) {
1450         weight[i] <<= shift;
1451     }
1452
1453     /* Compute the VQ target vector */
1454     for (i = 0; i < LPC_ORDER; i++) {
1455         lsp[i] -= dc_lsp[i] +
1456                   (((prev_lsp[i] - dc_lsp[i]) * 12288 + (1 << 14)) >> 15);
1457     }
1458
1459     get_index(0, 0, 3);
1460     get_index(1, 3, 3);
1461     get_index(2, 6, 4);
1462 }
1463
1464 /**
1465  * Apply the formant perceptual weighting filter.
1466  *
1467  * @param flt_coef filter coefficients
1468  * @param unq_lpc  unquantized lpc vector
1469  */
1470 static void perceptual_filter(G723_1_Context *p, int16_t *flt_coef,
1471                               int16_t *unq_lpc, int16_t *buf)
1472 {
1473     int16_t vector[FRAME_LEN + LPC_ORDER];
1474     int i, j, k, l = 0;
1475
1476     memcpy(buf, p->iir_mem, sizeof(int16_t) * LPC_ORDER);
1477     memcpy(vector, p->fir_mem, sizeof(int16_t) * LPC_ORDER);
1478     memcpy(vector + LPC_ORDER, buf + LPC_ORDER, sizeof(int16_t) * FRAME_LEN);
1479
1480     for (i = LPC_ORDER, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++) {
1481         for (k = 0; k < LPC_ORDER; k++) {
1482             flt_coef[k + 2 * l] = (unq_lpc[k + l] * percept_flt_tbl[0][k] +
1483                                   (1 << 14)) >> 15;
1484             flt_coef[k + 2 * l + LPC_ORDER] = (unq_lpc[k + l] *
1485                                              percept_flt_tbl[1][k] +
1486                                              (1 << 14)) >> 15;
1487         }
1488         iir_filter(flt_coef + 2 * l, flt_coef + 2 * l + LPC_ORDER, vector + i,
1489                    buf + i, 0);
1490         l += LPC_ORDER;
1491     }
1492     memcpy(p->iir_mem, buf + FRAME_LEN, sizeof(int16_t) * LPC_ORDER);
1493     memcpy(p->fir_mem, vector + FRAME_LEN, sizeof(int16_t) * LPC_ORDER);
1494 }
1495
1496 /**
1497  * Estimate the open loop pitch period.
1498  *
1499  * @param buf   perceptually weighted speech
1500  * @param start estimation is carried out from this position
1501  */
1502 static int estimate_pitch(int16_t *buf, int start)
1503 {
1504     int max_exp = 32;
1505     int max_ccr = 0x4000;
1506     int max_eng = 0x7fff;
1507     int index   = PITCH_MIN;
1508     int offset  = start - PITCH_MIN + 1;
1509
1510     int ccr, eng, orig_eng, ccr_eng, exp;
1511     int diff, temp;
1512
1513     int i;
1514
1515     orig_eng = ff_dot_product(buf + offset, buf + offset, HALF_FRAME_LEN);
1516
1517     for (i = PITCH_MIN; i <= PITCH_MAX - 3; i++) {
1518         offset--;
1519
1520         /* Update energy and compute correlation */
1521         orig_eng += buf[offset] * buf[offset] -
1522                     buf[offset + HALF_FRAME_LEN] * buf[offset + HALF_FRAME_LEN];
1523         ccr      =  ff_dot_product(buf + start, buf + offset, HALF_FRAME_LEN);
1524         if (ccr <= 0)
1525             continue;
1526
1527         /* Split into mantissa and exponent to maintain precision */
1528         exp  =   normalize_bits_int32(ccr);
1529         ccr  =   av_clipl_int32((int64_t)(ccr << exp) + (1 << 15)) >> 16;
1530         exp  <<= 1;
1531         ccr  *=  ccr;
1532         temp =   normalize_bits_int32(ccr);
1533         ccr  =   ccr << temp >> 16;
1534         exp  +=  temp;
1535
1536         temp =   normalize_bits_int32(orig_eng);
1537         eng  =   av_clipl_int32((int64_t)(orig_eng << temp) + (1 << 15)) >> 16;
1538         exp  -=  temp;
1539
1540         if (ccr >= eng) {
1541             exp--;
1542             ccr >>= 1;
1543         }
1544         if (exp > max_exp)
1545             continue;
1546
1547         if (exp + 1 < max_exp)
1548             goto update;
1549
1550         /* Equalize exponents before comparison */
1551         if (exp + 1 == max_exp)
1552             temp = max_ccr >> 1;
1553         else
1554             temp = max_ccr;
1555         ccr_eng = ccr * max_eng;
1556         diff    = ccr_eng - eng * temp;
1557         if (diff > 0 && (i - index < PITCH_MIN || diff > ccr_eng >> 2)) {
1558 update:
1559             index   = i;
1560             max_exp = exp;
1561             max_ccr = ccr;
1562             max_eng = eng;
1563         }
1564     }
1565     return index;
1566 }
1567
1568 /**
1569  * Compute harmonic noise filter parameters.
1570  *
1571  * @param buf       perceptually weighted speech
1572  * @param pitch_lag open loop pitch period
1573  * @param hf        harmonic filter parameters
1574  */
1575 static void comp_harmonic_coeff(int16_t *buf, int16_t pitch_lag, HFParam *hf)
1576 {
1577     int ccr, eng, max_ccr, max_eng;
1578     int exp, max, diff;
1579     int energy[15];
1580     int i, j;
1581
1582     for (i = 0, j = pitch_lag - 3; j <= pitch_lag + 3; i++, j++) {
1583         /* Compute residual energy */
1584         energy[i << 1] = ff_dot_product(buf - j, buf - j, SUBFRAME_LEN);
1585         /* Compute correlation */
1586         energy[(i << 1) + 1] = ff_dot_product(buf, buf - j, SUBFRAME_LEN);
1587     }
1588
1589     /* Compute target energy */
1590     energy[14] = ff_dot_product(buf, buf, SUBFRAME_LEN);
1591
1592     /* Normalize */
1593     max = 0;
1594     for (i = 0; i < 15; i++)
1595         max = FFMAX(max, FFABS(energy[i]));
1596
1597     exp = normalize_bits_int32(max);
1598     for (i = 0; i < 15; i++) {
1599         energy[i] = av_clipl_int32((int64_t)(energy[i] << exp) +
1600                                    (1 << 15)) >> 16;
1601     }
1602
1603     hf->index = -1;
1604     hf->gain  =  0;
1605     max_ccr   =  1;
1606     max_eng   =  0x7fff;
1607
1608     for (i = 0; i <= 6; i++) {
1609         eng = energy[i << 1];
1610         ccr = energy[(i << 1) + 1];
1611
1612         if (ccr <= 0)
1613             continue;
1614
1615         ccr  = (ccr * ccr + (1 << 14)) >> 15;
1616         diff = ccr * max_eng - eng * max_ccr;
1617         if (diff > 0) {
1618             max_ccr   = ccr;
1619             max_eng   = eng;
1620             hf->index = i;
1621         }
1622     }
1623
1624     if (hf->index == -1) {
1625         hf->index = pitch_lag;
1626         return;
1627     }
1628
1629     eng = energy[14] * max_eng;
1630     eng = (eng >> 2) + (eng >> 3);
1631     ccr = energy[(hf->index << 1) + 1] * energy[(hf->index << 1) + 1];
1632     if (eng < ccr) {
1633         eng = energy[(hf->index << 1) + 1];
1634
1635         if (eng >= max_eng)
1636             hf->gain = 0x2800;
1637         else
1638             hf->gain = ((eng << 15) / max_eng * 0x2800 + (1 << 14)) >> 15;
1639     }
1640     hf->index += pitch_lag - 3;
1641 }
1642
1643 /**
1644  * Apply the harmonic noise shaping filter.
1645  *
1646  * @param hf filter parameters
1647  */
1648 static void harmonic_filter(HFParam *hf, int16_t *src, int16_t *dest)
1649 {
1650     int i;
1651
1652     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
1653         int64_t temp = hf->gain * src[i - hf->index] << 1;
1654         dest[i] = av_clipl_int32((src[i] << 16) - temp + (1 << 15)) >> 16;
1655     }
1656 }
1657
1658 static void harmonic_noise_sub(HFParam *hf, int16_t *src, int16_t *dest)
1659 {
1660     int i;
1661     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
1662         int64_t temp = hf->gain * src[i - hf->index] << 1;
1663         dest[i] = av_clipl_int32(((dest[i] - src[i]) << 16) + temp +
1664                                  (1 << 15)) >> 16;
1665
1666     }
1667 }
1668
1669 /**
1670  * Combined synthesis and formant perceptual weighting filer.
1671  *
1672  * @param qnt_lpc  quantized lpc coefficients
1673  * @param perf_lpc perceptual filter coefficients
1674  * @param perf_fir perceptual filter fir memory
1675  * @param perf_iir perceptual filter iir memory
1676  * @param scale    the filter output will be scaled by 2^scale
1677  */
1678 static void synth_percept_filter(int16_t *qnt_lpc, int16_t *perf_lpc,
1679                                  int16_t *perf_fir, int16_t *perf_iir,
1680                                  int16_t *src, int16_t *dest, int scale)
1681 {
1682     int i, j;
1683     int16_t buf_16[SUBFRAME_LEN + LPC_ORDER];
1684     int64_t buf[SUBFRAME_LEN];
1685
1686     int16_t *bptr_16 = buf_16 + LPC_ORDER;
1687
1688     memcpy(buf_16, perf_fir, sizeof(int16_t) * LPC_ORDER);
1689     memcpy(dest - LPC_ORDER, perf_iir, sizeof(int16_t) * LPC_ORDER);
1690
1691     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
1692         int64_t temp = 0;
1693         for (j = 1; j <= LPC_ORDER; j++)
1694             temp -= qnt_lpc[j - 1] * bptr_16[i - j];
1695
1696         buf[i]     = (src[i] << 15) + (temp << 3);
1697         bptr_16[i] = av_clipl_int32(buf[i] + (1 << 15)) >> 16;
1698     }
1699
1700     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
1701         int64_t fir = 0, iir = 0;
1702         for (j = 1; j <= LPC_ORDER; j++) {
1703             fir -= perf_lpc[j - 1] * bptr_16[i - j];
1704             iir += perf_lpc[j + LPC_ORDER - 1] * dest[i - j];
1705         }
1706         dest[i] = av_clipl_int32(((buf[i] + (fir << 3)) << scale) + (iir << 3) +
1707                                  (1 << 15)) >> 16;
1708     }
1709     memcpy(perf_fir, buf_16 + SUBFRAME_LEN, sizeof(int16_t) * LPC_ORDER);
1710     memcpy(perf_iir, dest + SUBFRAME_LEN - LPC_ORDER,
1711            sizeof(int16_t) * LPC_ORDER);
1712 }
1713
1714 /**
1715  * Compute the adaptive codebook contribution.
1716  *
1717  * @param buf   input signal
1718  * @param index the current subframe index
1719  */
1720 static void acb_search(G723_1_Context *p, int16_t *residual,
1721                        int16_t *impulse_resp, int16_t *buf,
1722                        int index)
1723 {
1724
1725     int16_t flt_buf[PITCH_ORDER][SUBFRAME_LEN];
1726
1727     const int16_t *cb_tbl = adaptive_cb_gain85;
1728
1729     int ccr_buf[PITCH_ORDER * SUBFRAMES << 2];
1730
1731     int pitch_lag = p->pitch_lag[index >> 1];
1732     int acb_lag   = 1;
1733     int acb_gain  = 0;
1734     int odd_frame = index & 1;
1735     int iter      = 3 + odd_frame;
1736     int count     = 0;
1737     int tbl_size  = 85;
1738
1739     int i, j, k, l, max;
1740     int64_t temp;
1741
1742     if (!odd_frame) {
1743         if (pitch_lag == PITCH_MIN)
1744             pitch_lag++;
1745         else
1746             pitch_lag = FFMIN(pitch_lag, PITCH_MAX - 5);
1747     }
1748
1749     for (i = 0; i < iter; i++) {
1750         get_residual(residual, p->prev_excitation, pitch_lag + i - 1);
1751
1752         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN; j++) {
1753             temp = 0;
1754             for (k = 0; k <= j; k++)
1755                 temp += residual[PITCH_ORDER - 1 + k] * impulse_resp[j - k];
1756             flt_buf[PITCH_ORDER - 1][j] = av_clipl_int32((temp << 1) +
1757                                                          (1 << 15)) >> 16;
1758         }
1759
1760         for (j = PITCH_ORDER - 2; j >= 0; j--) {
1761             flt_buf[j][0] = ((residual[j] << 13) + (1 << 14)) >> 15;
1762             for (k = 1; k < SUBFRAME_LEN; k++) {
1763                 temp = (flt_buf[j + 1][k - 1] << 15) +
1764                        residual[j] * impulse_resp[k];
1765                 flt_buf[j][k] = av_clipl_int32((temp << 1) + (1 << 15)) >> 16;
1766             }
1767         }
1768
1769         /* Compute crosscorrelation with the signal */
1770         for (j = 0; j < PITCH_ORDER; j++) {
1771             temp = ff_dot_product(buf, flt_buf[j], SUBFRAME_LEN);
1772             ccr_buf[count++] = av_clipl_int32(temp << 1);
1773         }
1774
1775         /* Compute energies */
1776         for (j = 0; j < PITCH_ORDER; j++) {
1777             ccr_buf[count++] = dot_product(flt_buf[j], flt_buf[j],
1778                                            SUBFRAME_LEN);
1779         }
1780
1781         for (j = 1; j < PITCH_ORDER; j++) {
1782             for (k = 0; k < j; k++) {
1783                 temp = ff_dot_product(flt_buf[j], flt_buf[k], SUBFRAME_LEN);
1784                 ccr_buf[count++] = av_clipl_int32(temp<<2);
1785             }
1786         }
1787     }
1788
1789     /* Normalize and shorten */
1790     max = 0;
1791     for (i = 0; i < 20 * iter; i++)
1792         max = FFMAX(max, FFABS(ccr_buf[i]));
1793
1794     temp = normalize_bits_int32(max);
1795
1796     for (i = 0; i < 20 * iter; i++){
1797         ccr_buf[i] = av_clipl_int32((int64_t)(ccr_buf[i] << temp) +
1798                                     (1 << 15)) >> 16;
1799     }
1800
1801     max = 0;
1802     for (i = 0; i < iter; i++) {
1803         /* Select quantization table */
1804         if (!odd_frame && pitch_lag + i - 1 >= SUBFRAME_LEN - 2 ||
1805             odd_frame && pitch_lag >= SUBFRAME_LEN - 2) {
1806             cb_tbl = adaptive_cb_gain170;
1807             tbl_size = 170;
1808         }
1809
1810         for (j = 0, k = 0; j < tbl_size; j++, k += 20) {
1811             temp = 0;
1812             for (l = 0; l < 20; l++)
1813                 temp += ccr_buf[20 * i + l] * cb_tbl[k + l];
1814             temp =  av_clipl_int32(temp);
1815
1816             if (temp > max) {
1817                 max      = temp;
1818                 acb_gain = j;
1819                 acb_lag  = i;
1820             }
1821         }
1822     }
1823
1824     if (!odd_frame) {
1825         pitch_lag += acb_lag - 1;
1826         acb_lag   =  1;
1827     }
1828
1829     p->pitch_lag[index >> 1]      = pitch_lag;
1830     p->subframe[index].ad_cb_lag  = acb_lag;
1831     p->subframe[index].ad_cb_gain = acb_gain;
1832 }
1833
1834 /**
1835  * Subtract the adaptive codebook contribution from the input
1836  * to obtain the residual.
1837  *
1838  * @param buf target vector
1839  */
1840 static void sub_acb_contrib(int16_t *residual, int16_t *impulse_resp,
1841                             int16_t *buf)
1842 {
1843     int i, j;
1844     /* Subtract adaptive CB contribution to obtain the residual */
1845     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
1846         int64_t temp = buf[i] << 14;
1847         for (j = 0; j <= i; j++)
1848             temp -= residual[j] * impulse_resp[i - j];
1849
1850         buf[i] = av_clipl_int32((temp << 2) + (1 << 15)) >> 16;
1851     }
1852 }
1853
1854 /**
1855  * Quantize the residual signal using the fixed codebook (MP-MLQ).
1856  *
1857  * @param optim optimized fixed codebook parameters
1858  * @param buf   excitation vector
1859  */
1860 static void get_fcb_param(FCBParam *optim, int16_t *impulse_resp,
1861                           int16_t *buf, int pulse_cnt, int pitch_lag)
1862 {
1863     FCBParam param;
1864     int16_t impulse_r[SUBFRAME_LEN];
1865     int16_t temp_corr[SUBFRAME_LEN];
1866     int16_t impulse_corr[SUBFRAME_LEN];
1867
1868     int ccr1[SUBFRAME_LEN];
1869     int ccr2[SUBFRAME_LEN];
1870     int amp, err, max, max_amp_index, min, scale, i, j, k, l;
1871
1872     int64_t temp;
1873
1874     /* Update impulse response */
1875     memcpy(impulse_r, impulse_resp, sizeof(int16_t) * SUBFRAME_LEN);
1876     param.dirac_train = 0;
1877     if (pitch_lag < SUBFRAME_LEN - 2) {
1878         param.dirac_train = 1;
1879         gen_dirac_train(impulse_r, pitch_lag);
1880     }
1881
1882     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++)
1883         temp_corr[i] = impulse_r[i] >> 1;
1884
1885     /* Compute impulse response autocorrelation */
1886     temp = dot_product(temp_corr, temp_corr, SUBFRAME_LEN);
1887
1888     scale = normalize_bits_int32(temp);
1889     impulse_corr[0] = av_clipl_int32((temp << scale) + (1 << 15)) >> 16;
1890
1891     for (i = 1; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
1892         temp = dot_product(temp_corr + i, temp_corr, SUBFRAME_LEN - i);
1893         impulse_corr[i] = av_clipl_int32((temp << scale) + (1 << 15)) >> 16;
1894     }
1895
1896     /* Compute crosscorrelation of impulse response with residual signal */
1897     scale -= 4;
1898     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++){
1899         temp = dot_product(buf + i, impulse_r, SUBFRAME_LEN - i);
1900         if (scale < 0)
1901             ccr1[i] = temp >> -scale;
1902         else
1903             ccr1[i] = av_clipl_int32(temp << scale);
1904     }
1905
1906     /* Search loop */
1907     for (i = 0; i < GRID_SIZE; i++) {
1908         /* Maximize the crosscorrelation */
1909         max = 0;
1910         for (j = i; j < SUBFRAME_LEN; j += GRID_SIZE) {
1911             temp = FFABS(ccr1[j]);
1912             if (temp >= max) {
1913                 max = temp;
1914                 param.pulse_pos[0] = j;
1915             }
1916         }
1917
1918         /* Quantize the gain (max crosscorrelation/impulse_corr[0]) */
1919         amp = max;
1920         min = 1 << 30;
1921         max_amp_index = GAIN_LEVELS - 2;
1922         for (j = max_amp_index; j >= 2; j--) {
1923             temp = av_clipl_int32((int64_t)fixed_cb_gain[j] *
1924                                   impulse_corr[0] << 1);
1925             temp = FFABS(temp - amp);
1926             if (temp < min) {
1927                 min = temp;
1928                 max_amp_index = j;
1929             }
1930         }
1931
1932         max_amp_index--;
1933         /* Select additional gain values */
1934         for (j = 1; j < 5; j++) {
1935             for (k = i; k < SUBFRAME_LEN; k += GRID_SIZE) {
1936                 temp_corr[k] = 0;
1937                 ccr2[k]      = ccr1[k];
1938             }
1939             param.amp_index = max_amp_index + j - 2;
1940             amp = fixed_cb_gain[param.amp_index];
1941
1942             param.pulse_sign[0] = (ccr2[param.pulse_pos[0]] < 0) ? -amp : amp;
1943             temp_corr[param.pulse_pos[0]] = 1;
1944
1945             for (k = 1; k < pulse_cnt; k++) {
1946                 max = -1 << 30;
1947                 for (l = i; l < SUBFRAME_LEN; l += GRID_SIZE) {
1948                     if (temp_corr[l])
1949                         continue;
1950                     temp = impulse_corr[FFABS(l - param.pulse_pos[k - 1])];
1951                     temp = av_clipl_int32((int64_t)temp *
1952                                           param.pulse_sign[k - 1] << 1);
1953                     ccr2[l] -= temp;
1954                     temp = FFABS(ccr2[l]);
1955                     if (temp > max) {
1956                         max = temp;
1957                         param.pulse_pos[k] = l;
1958                     }
1959                 }
1960
1961                 param.pulse_sign[k] = (ccr2[param.pulse_pos[k]] < 0) ?
1962                                       -amp : amp;
1963                 temp_corr[param.pulse_pos[k]] = 1;
1964             }
1965
1966             /* Create the error vector */
1967             memset(temp_corr, 0, sizeof(int16_t) * SUBFRAME_LEN);
1968
1969             for (k = 0; k < pulse_cnt; k++)
1970                 temp_corr[param.pulse_pos[k]] = param.pulse_sign[k];
1971
1972             for (k = SUBFRAME_LEN - 1; k >= 0; k--) {
1973                 temp = 0;
1974                 for (l = 0; l <= k; l++) {
1975                     int prod = av_clipl_int32((int64_t)temp_corr[l] *
1976                                               impulse_r[k - l] << 1);
1977                     temp     = av_clipl_int32(temp + prod);
1978                 }
1979                 temp_corr[k] = temp << 2 >> 16;
1980             }
1981
1982             /* Compute square of error */
1983             err = 0;
1984             for (k = 0; k < SUBFRAME_LEN; k++) {
1985                 int64_t prod;
1986                 prod = av_clipl_int32((int64_t)buf[k] * temp_corr[k] << 1);
1987                 err  = av_clipl_int32(err - prod);
1988                 prod = av_clipl_int32((int64_t)temp_corr[k] * temp_corr[k]);
1989                 err  = av_clipl_int32(err + prod);
1990             }
1991
1992             /* Minimize */
1993             if (err < optim->min_err) {
1994                 optim->min_err     = err;
1995                 optim->grid_index  = i;
1996                 optim->amp_index   = param.amp_index;
1997                 optim->dirac_train = param.dirac_train;
1998
1999                 for (k = 0; k < pulse_cnt; k++) {
2000                     optim->pulse_sign[k] = param.pulse_sign[k];
2001                     optim->pulse_pos[k]  = param.pulse_pos[k];
2002                 }
2003             }
2004         }
2005     }
2006 }
2007
2008 /**
2009  * Encode the pulse position and gain of the current subframe.
2010  *
2011  * @param optim optimized fixed CB parameters
2012  * @param buf   excitation vector
2013  */
2014 static void pack_fcb_param(G723_1_Subframe *subfrm, FCBParam *optim,
2015                            int16_t *buf, int pulse_cnt)
2016 {
2017     int i, j;
2018
2019     j = PULSE_MAX - pulse_cnt;
2020
2021     subfrm->pulse_sign = 0;
2022     subfrm->pulse_pos  = 0;
2023
2024     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN >> 1; i++) {
2025         int val = buf[optim->grid_index + (i << 1)];
2026         if (!val) {
2027             subfrm->pulse_pos += combinatorial_table[j][i];
2028         } else {
2029             subfrm->pulse_sign <<= 1;
2030             if (val < 0) subfrm->pulse_sign++;
2031             j++;
2032
2033             if (j == PULSE_MAX) break;
2034         }
2035     }
2036     subfrm->amp_index   = optim->amp_index;
2037     subfrm->grid_index  = optim->grid_index;
2038     subfrm->dirac_train = optim->dirac_train;
2039 }
2040
2041 /**
2042  * Compute the fixed codebook excitation.
2043  *
2044  * @param buf          target vector
2045  * @param impulse_resp impulse response of the combined filter
2046  */
2047 static void fcb_search(G723_1_Context *p, int16_t *impulse_resp,
2048                        int16_t *buf, int index)
2049 {
2050     FCBParam optim;
2051     int pulse_cnt = pulses[index];
2052     int i;
2053
2054     optim.min_err = 1 << 30;
2055     get_fcb_param(&optim, impulse_resp, buf, pulse_cnt, SUBFRAME_LEN);
2056
2057     if (p->pitch_lag[index >> 1] < SUBFRAME_LEN - 2) {
2058         get_fcb_param(&optim, impulse_resp, buf, pulse_cnt,
2059                       p->pitch_lag[index >> 1]);
2060     }
2061
2062     /* Reconstruct the excitation */
2063     memset(buf, 0, sizeof(int16_t) * SUBFRAME_LEN);
2064     for (i = 0; i < pulse_cnt; i++)
2065         buf[optim.pulse_pos[i]] = optim.pulse_sign[i];
2066
2067     pack_fcb_param(&p->subframe[index], &optim, buf, pulse_cnt);
2068
2069     if (optim.dirac_train)
2070         gen_dirac_train(buf, p->pitch_lag[index >> 1]);
2071 }
2072
2073 /**
2074  * Pack the frame parameters into output bitstream.
2075  *
2076  * @param frame output buffer
2077  * @param size  size of the buffer
2078  */
2079 static int pack_bitstream(G723_1_Context *p, unsigned char *frame, int size)
2080 {
2081     PutBitContext pb;
2082     int info_bits, i, temp;
2083
2084     init_put_bits(&pb, frame, size);
2085
2086     if (p->cur_rate == RATE_6300) {
2087         info_bits = 0;
2088         put_bits(&pb, 2, info_bits);
2089     }
2090
2091     put_bits(&pb, 8, p->lsp_index[2]);
2092     put_bits(&pb, 8, p->lsp_index[1]);
2093     put_bits(&pb, 8, p->lsp_index[0]);
2094
2095     put_bits(&pb, 7, p->pitch_lag[0] - PITCH_MIN);
2096     put_bits(&pb, 2, p->subframe[1].ad_cb_lag);
2097     put_bits(&pb, 7, p->pitch_lag[1] - PITCH_MIN);
2098     put_bits(&pb, 2, p->subframe[3].ad_cb_lag);
2099
2100     /* Write 12 bit combined gain */
2101     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
2102         temp = p->subframe[i].ad_cb_gain * GAIN_LEVELS +
2103                p->subframe[i].amp_index;
2104         if (p->cur_rate ==  RATE_6300)
2105             temp += p->subframe[i].dirac_train << 11;
2106         put_bits(&pb, 12, temp);
2107     }
2108
2109     put_bits(&pb, 1, p->subframe[0].grid_index);
2110     put_bits(&pb, 1, p->subframe[1].grid_index);
2111     put_bits(&pb, 1, p->subframe[2].grid_index);
2112     put_bits(&pb, 1, p->subframe[3].grid_index);
2113
2114     if (p->cur_rate == RATE_6300) {
2115         skip_put_bits(&pb, 1); /* reserved bit */
2116
2117         /* Write 13 bit combined position index */
2118         temp = (p->subframe[0].pulse_pos >> 16) * 810 +
2119                (p->subframe[1].pulse_pos >> 14) *  90 +
2120                (p->subframe[2].pulse_pos >> 16) *   9 +
2121                (p->subframe[3].pulse_pos >> 14);
2122         put_bits(&pb, 13, temp);
2123
2124         put_bits(&pb, 16, p->subframe[0].pulse_pos & 0xffff);
2125         put_bits(&pb, 14, p->subframe[1].pulse_pos & 0x3fff);
2126         put_bits(&pb, 16, p->subframe[2].pulse_pos & 0xffff);
2127         put_bits(&pb, 14, p->subframe[3].pulse_pos & 0x3fff);
2128
2129         put_bits(&pb, 6, p->subframe[0].pulse_sign);
2130         put_bits(&pb, 5, p->subframe[1].pulse_sign);
2131         put_bits(&pb, 6, p->subframe[2].pulse_sign);
2132         put_bits(&pb, 5, p->subframe[3].pulse_sign);
2133     }
2134
2135     flush_put_bits(&pb);
2136     return frame_size[info_bits];
2137 }
2138
2139 static int g723_1_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *avpkt,
2140                             const AVFrame *frame, int *got_packet_ptr)
2141 {
2142     G723_1_Context *p = avctx->priv_data;
2143     int16_t unq_lpc[LPC_ORDER * SUBFRAMES];
2144     int16_t qnt_lpc[LPC_ORDER * SUBFRAMES];
2145     int16_t cur_lsp[LPC_ORDER];
2146     int16_t weighted_lpc[LPC_ORDER * SUBFRAMES << 1];
2147     int16_t vector[FRAME_LEN + PITCH_MAX];
2148     int offset, ret;
2149     int16_t *in = (const int16_t *)frame->data[0];
2150
2151     HFParam hf[4];
2152     int i, j;
2153
2154     highpass_filter(in, &p->hpf_fir_mem, &p->hpf_iir_mem);
2155
2156     memcpy(vector, p->prev_data, HALF_FRAME_LEN * sizeof(int16_t));
2157     memcpy(vector + HALF_FRAME_LEN, in, FRAME_LEN * sizeof(int16_t));
2158
2159     comp_lpc_coeff(vector, unq_lpc);
2160     lpc2lsp(&unq_lpc[LPC_ORDER * 3], p->prev_lsp, cur_lsp);
2161     lsp_quantize(p->lsp_index, cur_lsp, p->prev_lsp);
2162
2163     /* Update memory */
2164     memcpy(vector + LPC_ORDER, p->prev_data + SUBFRAME_LEN,
2165            sizeof(int16_t) * SUBFRAME_LEN);
2166     memcpy(vector + LPC_ORDER + SUBFRAME_LEN, in,
2167            sizeof(int16_t) * (HALF_FRAME_LEN + SUBFRAME_LEN));
2168     memcpy(p->prev_data, in + HALF_FRAME_LEN,
2169            sizeof(int16_t) * HALF_FRAME_LEN);
2170     memcpy(in, vector + LPC_ORDER, sizeof(int16_t) * FRAME_LEN);
2171
2172     perceptual_filter(p, weighted_lpc, unq_lpc, vector);
2173
2174     memcpy(in, vector + LPC_ORDER, sizeof(int16_t) * FRAME_LEN);
2175     memcpy(vector, p->prev_weight_sig, sizeof(int16_t) * PITCH_MAX);
2176     memcpy(vector + PITCH_MAX, in, sizeof(int16_t) * FRAME_LEN);
2177
2178     scale_vector(vector, vector, FRAME_LEN + PITCH_MAX);
2179
2180     p->pitch_lag[0] = estimate_pitch(vector, PITCH_MAX);
2181     p->pitch_lag[1] = estimate_pitch(vector, PITCH_MAX + HALF_FRAME_LEN);
2182
2183     for (i = PITCH_MAX, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
2184         comp_harmonic_coeff(vector + i, p->pitch_lag[j >> 1], hf + j);
2185
2186     memcpy(vector, p->prev_weight_sig, sizeof(int16_t) * PITCH_MAX);
2187     memcpy(vector + PITCH_MAX, in, sizeof(int16_t) * FRAME_LEN);
2188     memcpy(p->prev_weight_sig, vector + FRAME_LEN, sizeof(int16_t) * PITCH_MAX);
2189
2190     for (i = 0, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
2191         harmonic_filter(hf + j, vector + PITCH_MAX + i, in + i);
2192
2193     inverse_quant(cur_lsp, p->prev_lsp, p->lsp_index, 0);
2194     lsp_interpolate(qnt_lpc, cur_lsp, p->prev_lsp);
2195
2196     memcpy(p->prev_lsp, cur_lsp, sizeof(int16_t) * LPC_ORDER);
2197
2198     offset = 0;
2199     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
2200         int16_t impulse_resp[SUBFRAME_LEN];
2201         int16_t residual[SUBFRAME_LEN + PITCH_ORDER - 1];
2202         int16_t flt_in[SUBFRAME_LEN];
2203         int16_t zero[LPC_ORDER], fir[LPC_ORDER], iir[LPC_ORDER];
2204
2205         /**
2206          * Compute the combined impulse response of the synthesis filter,
2207          * formant perceptual weighting filter and harmonic noise shaping filter
2208          */
2209         memset(zero, 0, sizeof(int16_t) * LPC_ORDER);
2210         memset(vector, 0, sizeof(int16_t) * PITCH_MAX);
2211         memset(flt_in, 0, sizeof(int16_t) * SUBFRAME_LEN);
2212
2213         flt_in[0] = 1 << 13; /* Unit impulse */
2214         synth_percept_filter(qnt_lpc + offset, weighted_lpc + (offset << 1),
2215                              zero, zero, flt_in, vector + PITCH_MAX, 1);
2216         harmonic_filter(hf + i, vector + PITCH_MAX, impulse_resp);
2217
2218          /* Compute the combined zero input response */
2219         flt_in[0] = 0;
2220         memcpy(fir, p->perf_fir_mem, sizeof(int16_t) * LPC_ORDER);
2221         memcpy(iir, p->perf_iir_mem, sizeof(int16_t) * LPC_ORDER);
2222
2223         synth_percept_filter(qnt_lpc + offset, weighted_lpc + (offset << 1),
2224                              fir, iir, flt_in, vector + PITCH_MAX, 0);
2225         memcpy(vector, p->harmonic_mem, sizeof(int16_t) * PITCH_MAX);
2226         harmonic_noise_sub(hf + i, vector + PITCH_MAX, in);
2227
2228         acb_search(p, residual, impulse_resp, in, i);
2229         gen_acb_excitation(residual, p->prev_excitation,p->pitch_lag[i >> 1],
2230                            &p->subframe[i], p->cur_rate);
2231         sub_acb_contrib(residual, impulse_resp, in);
2232
2233         fcb_search(p, impulse_resp, in, i);
2234
2235         /* Reconstruct the excitation */
2236         gen_acb_excitation(impulse_resp, p->prev_excitation, p->pitch_lag[i >> 1],
2237                            &p->subframe[i], RATE_6300);
2238
2239         memmove(p->prev_excitation, p->prev_excitation + SUBFRAME_LEN,
2240                sizeof(int16_t) * (PITCH_MAX - SUBFRAME_LEN));
2241         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN; j++)
2242             in[j] = av_clip_int16((in[j] << 1) + impulse_resp[j]);
2243         memcpy(p->prev_excitation + PITCH_MAX - SUBFRAME_LEN, in,
2244                sizeof(int16_t) * SUBFRAME_LEN);
2245
2246         /* Update filter memories */
2247         synth_percept_filter(qnt_lpc + offset, weighted_lpc + (offset << 1),
2248                              p->perf_fir_mem, p->perf_iir_mem,
2249                              in, vector + PITCH_MAX, 0);
2250         memmove(p->harmonic_mem, p->harmonic_mem + SUBFRAME_LEN,
2251                 sizeof(int16_t) * (PITCH_MAX - SUBFRAME_LEN));
2252         memcpy(p->harmonic_mem + PITCH_MAX - SUBFRAME_LEN, vector + PITCH_MAX,
2253                sizeof(int16_t) * SUBFRAME_LEN);
2254
2255         in += SUBFRAME_LEN;
2256         offset += LPC_ORDER;
2257     }
2258
2259     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, avpkt, 24)))
2260         return ret;
2261
2262     *got_packet_ptr = 1;
2263     avpkt->size = pack_bitstream(p, avpkt->data, avpkt->size);
2264     return 0;
2265 }
2266
2267 AVCodec ff_g723_1_encoder = {
2268     .name           = "g723_1",
2269     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
2270     .id             = AV_CODEC_ID_G723_1,
2271     .priv_data_size = sizeof(G723_1_Context),
2272     .init           = g723_1_encode_init,
2273     .encode2        = g723_1_encode_frame,
2274     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("G.723.1"),
2275     .sample_fmts    = (const enum AVSampleFormat[]){AV_SAMPLE_FMT_S16,
2276                                                     AV_SAMPLE_FMT_NONE},
2277 };
2278 #endif