avcodec/g723_1dec: actually decode second channel
[ffmpeg.git] / libavcodec / g723_1dec.c
1 /*
2  * G.723.1 compatible decoder
3  * Copyright (c) 2006 Benjamin Larsson
4  * Copyright (c) 2010 Mohamed Naufal Basheer
5  *
6  * This file is part of FFmpeg.
7  *
8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
10  * License as published by the Free Software Foundation; either
11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
12  *
13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
16  * Lesser General Public License for more details.
17  *
18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
21  */
22
23 /**
24  * @file
25  * G.723.1 compatible decoder
26  */
27
28 #include "libavutil/channel_layout.h"
29 #include "libavutil/mem.h"
30 #include "libavutil/opt.h"
31
32 #define BITSTREAM_READER_LE
33 #include "acelp_vectors.h"
34 #include "avcodec.h"
35 #include "celp_filters.h"
36 #include "celp_math.h"
37 #include "get_bits.h"
38 #include "internal.h"
39 #include "g723_1.h"
40
41 #define CNG_RANDOM_SEED 12345
42
43 static av_cold int g723_1_decode_init(AVCodecContext *avctx)
44 {
45     G723_1_Context *s = avctx->priv_data;
46
47     avctx->sample_fmt     = AV_SAMPLE_FMT_S16P;
48     if (avctx->channels < 1 || avctx->channels > 2) {
49         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Only mono and stereo are supported (requested channels: %d).\n", avctx->channels);
50         return AVERROR(EINVAL);
51     }
52     avctx->channel_layout = avctx->channels == 1 ? AV_CH_LAYOUT_MONO : AV_CH_LAYOUT_STEREO;
53     for (int ch = 0; ch < avctx->channels; ch++) {
54         G723_1_ChannelContext *p = &s->ch[ch];
55
56         p->pf_gain = 1 << 12;
57
58         memcpy(p->prev_lsp, dc_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
59         memcpy(p->sid_lsp,  dc_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->sid_lsp));
60
61         p->cng_random_seed = CNG_RANDOM_SEED;
62         p->past_frame_type = SID_FRAME;
63     }
64
65     return 0;
66 }
67
68 /**
69  * Unpack the frame into parameters.
70  *
71  * @param p           the context
72  * @param buf         pointer to the input buffer
73  * @param buf_size    size of the input buffer
74  */
75 static int unpack_bitstream(G723_1_ChannelContext *p, const uint8_t *buf,
76                             int buf_size)
77 {
78     GetBitContext gb;
79     int ad_cb_len;
80     int temp, info_bits, i;
81     int ret;
82
83     ret = init_get_bits8(&gb, buf, buf_size);
84     if (ret < 0)
85         return ret;
86
87     /* Extract frame type and rate info */
88     info_bits = get_bits(&gb, 2);
89
90     if (info_bits == 3) {
91         p->cur_frame_type = UNTRANSMITTED_FRAME;
92         return 0;
93     }
94
95     /* Extract 24 bit lsp indices, 8 bit for each band */
96     p->lsp_index[2] = get_bits(&gb, 8);
97     p->lsp_index[1] = get_bits(&gb, 8);
98     p->lsp_index[0] = get_bits(&gb, 8);
99
100     if (info_bits == 2) {
101         p->cur_frame_type = SID_FRAME;
102         p->subframe[0].amp_index = get_bits(&gb, 6);
103         return 0;
104     }
105
106     /* Extract the info common to both rates */
107     p->cur_rate       = info_bits ? RATE_5300 : RATE_6300;
108     p->cur_frame_type = ACTIVE_FRAME;
109
110     p->pitch_lag[0] = get_bits(&gb, 7);
111     if (p->pitch_lag[0] > 123)       /* test if forbidden code */
112         return -1;
113     p->pitch_lag[0] += PITCH_MIN;
114     p->subframe[1].ad_cb_lag = get_bits(&gb, 2);
115
116     p->pitch_lag[1] = get_bits(&gb, 7);
117     if (p->pitch_lag[1] > 123)
118         return -1;
119     p->pitch_lag[1] += PITCH_MIN;
120     p->subframe[3].ad_cb_lag = get_bits(&gb, 2);
121     p->subframe[0].ad_cb_lag = 1;
122     p->subframe[2].ad_cb_lag = 1;
123
124     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
125         /* Extract combined gain */
126         temp = get_bits(&gb, 12);
127         ad_cb_len = 170;
128         p->subframe[i].dirac_train = 0;
129         if (p->cur_rate == RATE_6300 && p->pitch_lag[i >> 1] < SUBFRAME_LEN - 2) {
130             p->subframe[i].dirac_train = temp >> 11;
131             temp &= 0x7FF;
132             ad_cb_len = 85;
133         }
134         p->subframe[i].ad_cb_gain = FASTDIV(temp, GAIN_LEVELS);
135         if (p->subframe[i].ad_cb_gain < ad_cb_len) {
136             p->subframe[i].amp_index = temp - p->subframe[i].ad_cb_gain *
137                                        GAIN_LEVELS;
138         } else {
139             return -1;
140         }
141     }
142
143     p->subframe[0].grid_index = get_bits1(&gb);
144     p->subframe[1].grid_index = get_bits1(&gb);
145     p->subframe[2].grid_index = get_bits1(&gb);
146     p->subframe[3].grid_index = get_bits1(&gb);
147
148     if (p->cur_rate == RATE_6300) {
149         skip_bits1(&gb);  /* skip reserved bit */
150
151         /* Compute pulse_pos index using the 13-bit combined position index */
152         temp = get_bits(&gb, 13);
153         p->subframe[0].pulse_pos = temp / 810;
154
155         temp -= p->subframe[0].pulse_pos * 810;
156         p->subframe[1].pulse_pos = FASTDIV(temp, 90);
157
158         temp -= p->subframe[1].pulse_pos * 90;
159         p->subframe[2].pulse_pos = FASTDIV(temp, 9);
160         p->subframe[3].pulse_pos = temp - p->subframe[2].pulse_pos * 9;
161
162         p->subframe[0].pulse_pos = (p->subframe[0].pulse_pos << 16) +
163                                    get_bits(&gb, 16);
164         p->subframe[1].pulse_pos = (p->subframe[1].pulse_pos << 14) +
165                                    get_bits(&gb, 14);
166         p->subframe[2].pulse_pos = (p->subframe[2].pulse_pos << 16) +
167                                    get_bits(&gb, 16);
168         p->subframe[3].pulse_pos = (p->subframe[3].pulse_pos << 14) +
169                                    get_bits(&gb, 14);
170
171         p->subframe[0].pulse_sign = get_bits(&gb, 6);
172         p->subframe[1].pulse_sign = get_bits(&gb, 5);
173         p->subframe[2].pulse_sign = get_bits(&gb, 6);
174         p->subframe[3].pulse_sign = get_bits(&gb, 5);
175     } else { /* 5300 bps */
176         p->subframe[0].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
177         p->subframe[1].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
178         p->subframe[2].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
179         p->subframe[3].pulse_pos  = get_bits(&gb, 12);
180
181         p->subframe[0].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
182         p->subframe[1].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
183         p->subframe[2].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
184         p->subframe[3].pulse_sign = get_bits(&gb, 4);
185     }
186
187     return 0;
188 }
189
190 /**
191  * Bitexact implementation of sqrt(val/2).
192  */
193 static int16_t square_root(unsigned val)
194 {
195     av_assert2(!(val & 0x80000000));
196
197     return (ff_sqrt(val << 1) >> 1) & (~1);
198 }
199
200 /**
201  * Generate fixed codebook excitation vector.
202  *
203  * @param vector    decoded excitation vector
204  * @param subfrm    current subframe
205  * @param cur_rate  current bitrate
206  * @param pitch_lag closed loop pitch lag
207  * @param index     current subframe index
208  */
209 static void gen_fcb_excitation(int16_t *vector, G723_1_Subframe *subfrm,
210                                enum Rate cur_rate, int pitch_lag, int index)
211 {
212     int temp, i, j;
213
214     memset(vector, 0, SUBFRAME_LEN * sizeof(*vector));
215
216     if (cur_rate == RATE_6300) {
217         if (subfrm->pulse_pos >= max_pos[index])
218             return;
219
220         /* Decode amplitudes and positions */
221         j = PULSE_MAX - pulses[index];
222         temp = subfrm->pulse_pos;
223         for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN / GRID_SIZE; i++) {
224             temp -= combinatorial_table[j][i];
225             if (temp >= 0)
226                 continue;
227             temp += combinatorial_table[j++][i];
228             if (subfrm->pulse_sign & (1 << (PULSE_MAX - j))) {
229                 vector[subfrm->grid_index + GRID_SIZE * i] =
230                                         -fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
231             } else {
232                 vector[subfrm->grid_index + GRID_SIZE * i] =
233                                          fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
234             }
235             if (j == PULSE_MAX)
236                 break;
237         }
238         if (subfrm->dirac_train == 1)
239             ff_g723_1_gen_dirac_train(vector, pitch_lag);
240     } else { /* 5300 bps */
241         int cb_gain  = fixed_cb_gain[subfrm->amp_index];
242         int cb_shift = subfrm->grid_index;
243         int cb_sign  = subfrm->pulse_sign;
244         int cb_pos   = subfrm->pulse_pos;
245         int offset, beta, lag;
246
247         for (i = 0; i < 8; i += 2) {
248             offset         = ((cb_pos & 7) << 3) + cb_shift + i;
249             vector[offset] = (cb_sign & 1) ? cb_gain : -cb_gain;
250             cb_pos  >>= 3;
251             cb_sign >>= 1;
252         }
253
254         /* Enhance harmonic components */
255         lag  = pitch_contrib[subfrm->ad_cb_gain << 1] + pitch_lag +
256                subfrm->ad_cb_lag - 1;
257         beta = pitch_contrib[(subfrm->ad_cb_gain << 1) + 1];
258
259         if (lag < SUBFRAME_LEN - 2) {
260             for (i = lag; i < SUBFRAME_LEN; i++)
261                 vector[i] += beta * vector[i - lag] >> 15;
262         }
263     }
264 }
265
266 /**
267  * Estimate maximum auto-correlation around pitch lag.
268  *
269  * @param buf       buffer with offset applied
270  * @param offset    offset of the excitation vector
271  * @param ccr_max   pointer to the maximum auto-correlation
272  * @param pitch_lag decoded pitch lag
273  * @param length    length of autocorrelation
274  * @param dir       forward lag(1) / backward lag(-1)
275  */
276 static int autocorr_max(const int16_t *buf, int offset, int *ccr_max,
277                         int pitch_lag, int length, int dir)
278 {
279     int limit, ccr, lag = 0;
280     int i;
281
282     pitch_lag = FFMIN(PITCH_MAX - 3, pitch_lag);
283     if (dir > 0)
284         limit = FFMIN(FRAME_LEN + PITCH_MAX - offset - length, pitch_lag + 3);
285     else
286         limit = pitch_lag + 3;
287
288     for (i = pitch_lag - 3; i <= limit; i++) {
289         ccr = ff_g723_1_dot_product(buf, buf + dir * i, length);
290
291         if (ccr > *ccr_max) {
292             *ccr_max = ccr;
293             lag = i;
294         }
295     }
296     return lag;
297 }
298
299 /**
300  * Calculate pitch postfilter optimal and scaling gains.
301  *
302  * @param lag      pitch postfilter forward/backward lag
303  * @param ppf      pitch postfilter parameters
304  * @param cur_rate current bitrate
305  * @param tgt_eng  target energy
306  * @param ccr      cross-correlation
307  * @param res_eng  residual energy
308  */
309 static void comp_ppf_gains(int lag, PPFParam *ppf, enum Rate cur_rate,
310                            int tgt_eng, int ccr, int res_eng)
311 {
312     int pf_residual;     /* square of postfiltered residual */
313     int temp1, temp2;
314
315     ppf->index = lag;
316
317     temp1 = tgt_eng * res_eng >> 1;
318     temp2 = ccr * ccr << 1;
319
320     if (temp2 > temp1) {
321         if (ccr >= res_eng) {
322             ppf->opt_gain = ppf_gain_weight[cur_rate];
323         } else {
324             ppf->opt_gain = (ccr << 15) / res_eng *
325                             ppf_gain_weight[cur_rate] >> 15;
326         }
327         /* pf_res^2 = tgt_eng + 2*ccr*gain + res_eng*gain^2 */
328         temp1       = (tgt_eng << 15) + (ccr * ppf->opt_gain << 1);
329         temp2       = (ppf->opt_gain * ppf->opt_gain >> 15) * res_eng;
330         pf_residual = av_sat_add32(temp1, temp2 + (1 << 15)) >> 16;
331
332         if (tgt_eng >= pf_residual << 1) {
333             temp1 = 0x7fff;
334         } else {
335             temp1 = (tgt_eng << 14) / pf_residual;
336         }
337
338         /* scaling_gain = sqrt(tgt_eng/pf_res^2) */
339         ppf->sc_gain = square_root(temp1 << 16);
340     } else {
341         ppf->opt_gain = 0;
342         ppf->sc_gain  = 0x7fff;
343     }
344
345     ppf->opt_gain = av_clip_int16(ppf->opt_gain * ppf->sc_gain >> 15);
346 }
347
348 /**
349  * Calculate pitch postfilter parameters.
350  *
351  * @param p         the context
352  * @param offset    offset of the excitation vector
353  * @param pitch_lag decoded pitch lag
354  * @param ppf       pitch postfilter parameters
355  * @param cur_rate  current bitrate
356  */
357 static void comp_ppf_coeff(G723_1_ChannelContext *p, int offset, int pitch_lag,
358                            PPFParam *ppf, enum Rate cur_rate)
359 {
360
361     int16_t scale;
362     int i;
363     int temp1, temp2;
364
365     /*
366      * 0 - target energy
367      * 1 - forward cross-correlation
368      * 2 - forward residual energy
369      * 3 - backward cross-correlation
370      * 4 - backward residual energy
371      */
372     int energy[5] = {0, 0, 0, 0, 0};
373     int16_t *buf  = p->audio + LPC_ORDER + offset;
374     int fwd_lag   = autocorr_max(buf, offset, &energy[1], pitch_lag,
375                                  SUBFRAME_LEN, 1);
376     int back_lag  = autocorr_max(buf, offset, &energy[3], pitch_lag,
377                                  SUBFRAME_LEN, -1);
378
379     ppf->index    = 0;
380     ppf->opt_gain = 0;
381     ppf->sc_gain  = 0x7fff;
382
383     /* Case 0, Section 3.6 */
384     if (!back_lag && !fwd_lag)
385         return;
386
387     /* Compute target energy */
388     energy[0] = ff_g723_1_dot_product(buf, buf, SUBFRAME_LEN);
389
390     /* Compute forward residual energy */
391     if (fwd_lag)
392         energy[2] = ff_g723_1_dot_product(buf + fwd_lag, buf + fwd_lag,
393                                           SUBFRAME_LEN);
394
395     /* Compute backward residual energy */
396     if (back_lag)
397         energy[4] = ff_g723_1_dot_product(buf - back_lag, buf - back_lag,
398                                           SUBFRAME_LEN);
399
400     /* Normalize and shorten */
401     temp1 = 0;
402     for (i = 0; i < 5; i++)
403         temp1 = FFMAX(energy[i], temp1);
404
405     scale = ff_g723_1_normalize_bits(temp1, 31);
406     for (i = 0; i < 5; i++)
407         energy[i] = (energy[i] << scale) >> 16;
408
409     if (fwd_lag && !back_lag) {  /* Case 1 */
410         comp_ppf_gains(fwd_lag,  ppf, cur_rate, energy[0], energy[1],
411                        energy[2]);
412     } else if (!fwd_lag) {       /* Case 2 */
413         comp_ppf_gains(-back_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[3],
414                        energy[4]);
415     } else {                     /* Case 3 */
416
417         /*
418          * Select the largest of energy[1]^2/energy[2]
419          * and energy[3]^2/energy[4]
420          */
421         temp1 = energy[4] * ((energy[1] * energy[1] + (1 << 14)) >> 15);
422         temp2 = energy[2] * ((energy[3] * energy[3] + (1 << 14)) >> 15);
423         if (temp1 >= temp2) {
424             comp_ppf_gains(fwd_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[1],
425                            energy[2]);
426         } else {
427             comp_ppf_gains(-back_lag, ppf, cur_rate, energy[0], energy[3],
428                            energy[4]);
429         }
430     }
431 }
432
433 /**
434  * Classify frames as voiced/unvoiced.
435  *
436  * @param p         the context
437  * @param pitch_lag decoded pitch_lag
438  * @param exc_eng   excitation energy estimation
439  * @param scale     scaling factor of exc_eng
440  *
441  * @return residual interpolation index if voiced, 0 otherwise
442  */
443 static int comp_interp_index(G723_1_ChannelContext *p, int pitch_lag,
444                              int *exc_eng, int *scale)
445 {
446     int offset = PITCH_MAX + 2 * SUBFRAME_LEN;
447     int16_t *buf = p->audio + LPC_ORDER;
448
449     int index, ccr, tgt_eng, best_eng, temp;
450
451     *scale = ff_g723_1_scale_vector(buf, p->excitation, FRAME_LEN + PITCH_MAX);
452     buf   += offset;
453
454     /* Compute maximum backward cross-correlation */
455     ccr   = 0;
456     index = autocorr_max(buf, offset, &ccr, pitch_lag, SUBFRAME_LEN * 2, -1);
457     ccr   = av_sat_add32(ccr, 1 << 15) >> 16;
458
459     /* Compute target energy */
460     tgt_eng  = ff_g723_1_dot_product(buf, buf, SUBFRAME_LEN * 2);
461     *exc_eng = av_sat_add32(tgt_eng, 1 << 15) >> 16;
462
463     if (ccr <= 0)
464         return 0;
465
466     /* Compute best energy */
467     best_eng = ff_g723_1_dot_product(buf - index, buf - index,
468                                      SUBFRAME_LEN * 2);
469     best_eng = av_sat_add32(best_eng, 1 << 15) >> 16;
470
471     temp = best_eng * *exc_eng >> 3;
472
473     if (temp < ccr * ccr) {
474         return index;
475     } else
476         return 0;
477 }
478
479 /**
480  * Perform residual interpolation based on frame classification.
481  *
482  * @param buf   decoded excitation vector
483  * @param out   output vector
484  * @param lag   decoded pitch lag
485  * @param gain  interpolated gain
486  * @param rseed seed for random number generator
487  */
488 static void residual_interp(int16_t *buf, int16_t *out, int lag,
489                             int gain, int *rseed)
490 {
491     int i;
492     if (lag) { /* Voiced */
493         int16_t *vector_ptr = buf + PITCH_MAX;
494         /* Attenuate */
495         for (i = 0; i < lag; i++)
496             out[i] = vector_ptr[i - lag] * 3 >> 2;
497         av_memcpy_backptr((uint8_t*)(out + lag), lag * sizeof(*out),
498                           (FRAME_LEN - lag) * sizeof(*out));
499     } else {  /* Unvoiced */
500         for (i = 0; i < FRAME_LEN; i++) {
501             *rseed = (int16_t)(*rseed * 521 + 259);
502             out[i] = gain * *rseed >> 15;
503         }
504         memset(buf, 0, (FRAME_LEN + PITCH_MAX) * sizeof(*buf));
505     }
506 }
507
508 /**
509  * Perform IIR filtering.
510  *
511  * @param fir_coef FIR coefficients
512  * @param iir_coef IIR coefficients
513  * @param src      source vector
514  * @param dest     destination vector
515  * @param width    width of the output, 16 bits(0) / 32 bits(1)
516  */
517 #define iir_filter(fir_coef, iir_coef, src, dest, width)\
518 {\
519     int m, n;\
520     int res_shift = 16 & ~-(width);\
521     int in_shift  = 16 - res_shift;\
522 \
523     for (m = 0; m < SUBFRAME_LEN; m++) {\
524         int64_t filter = 0;\
525         for (n = 1; n <= LPC_ORDER; n++) {\
526             filter -= (fir_coef)[n - 1] * (src)[m - n] -\
527                       (iir_coef)[n - 1] * ((dest)[m - n] >> in_shift);\
528         }\
529 \
530         (dest)[m] = av_clipl_int32(((src)[m] * 65536) + (filter * 8) +\
531                                    (1 << 15)) >> res_shift;\
532     }\
533 }
534
535 /**
536  * Adjust gain of postfiltered signal.
537  *
538  * @param p      the context
539  * @param buf    postfiltered output vector
540  * @param energy input energy coefficient
541  */
542 static void gain_scale(G723_1_ChannelContext *p, int16_t * buf, int energy)
543 {
544     int num, denom, gain, bits1, bits2;
545     int i;
546
547     num   = energy;
548     denom = 0;
549     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
550         int temp = buf[i] >> 2;
551         temp *= temp;
552         denom = av_sat_dadd32(denom, temp);
553     }
554
555     if (num && denom) {
556         bits1   = ff_g723_1_normalize_bits(num,   31);
557         bits2   = ff_g723_1_normalize_bits(denom, 31);
558         num     = num << bits1 >> 1;
559         denom <<= bits2;
560
561         bits2 = 5 + bits1 - bits2;
562         bits2 = av_clip_uintp2(bits2, 5);
563
564         gain = (num >> 1) / (denom >> 16);
565         gain = square_root(gain << 16 >> bits2);
566     } else {
567         gain = 1 << 12;
568     }
569
570     for (i = 0; i < SUBFRAME_LEN; i++) {
571         p->pf_gain = (15 * p->pf_gain + gain + (1 << 3)) >> 4;
572         buf[i]     = av_clip_int16((buf[i] * (p->pf_gain + (p->pf_gain >> 4)) +
573                                    (1 << 10)) >> 11);
574     }
575 }
576
577 /**
578  * Perform formant filtering.
579  *
580  * @param p   the context
581  * @param lpc quantized lpc coefficients
582  * @param buf input buffer
583  * @param dst output buffer
584  */
585 static void formant_postfilter(G723_1_ChannelContext *p, int16_t *lpc,
586                                int16_t *buf, int16_t *dst)
587 {
588     int16_t filter_coef[2][LPC_ORDER];
589     int filter_signal[LPC_ORDER + FRAME_LEN], *signal_ptr;
590     int i, j, k;
591
592     memcpy(buf, p->fir_mem, LPC_ORDER * sizeof(*buf));
593     memcpy(filter_signal, p->iir_mem, LPC_ORDER * sizeof(*filter_signal));
594
595     for (i = LPC_ORDER, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++) {
596         for (k = 0; k < LPC_ORDER; k++) {
597             filter_coef[0][k] = (-lpc[k] * postfilter_tbl[0][k] +
598                                  (1 << 14)) >> 15;
599             filter_coef[1][k] = (-lpc[k] * postfilter_tbl[1][k] +
600                                  (1 << 14)) >> 15;
601         }
602         iir_filter(filter_coef[0], filter_coef[1], buf + i, filter_signal + i, 1);
603         lpc += LPC_ORDER;
604     }
605
606     memcpy(p->fir_mem, buf + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(int16_t));
607     memcpy(p->iir_mem, filter_signal + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(int));
608
609     buf += LPC_ORDER;
610     signal_ptr = filter_signal + LPC_ORDER;
611     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
612         int temp;
613         int auto_corr[2];
614         int scale, energy;
615
616         /* Normalize */
617         scale = ff_g723_1_scale_vector(dst, buf, SUBFRAME_LEN);
618
619         /* Compute auto correlation coefficients */
620         auto_corr[0] = ff_g723_1_dot_product(dst, dst + 1, SUBFRAME_LEN - 1);
621         auto_corr[1] = ff_g723_1_dot_product(dst, dst,     SUBFRAME_LEN);
622
623         /* Compute reflection coefficient */
624         temp = auto_corr[1] >> 16;
625         if (temp) {
626             temp = (auto_corr[0] >> 2) / temp;
627         }
628         p->reflection_coef = (3 * p->reflection_coef + temp + 2) >> 2;
629         temp = -p->reflection_coef >> 1 & ~3;
630
631         /* Compensation filter */
632         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN; j++) {
633             dst[j] = av_sat_dadd32(signal_ptr[j],
634                                    (signal_ptr[j - 1] >> 16) * temp) >> 16;
635         }
636
637         /* Compute normalized signal energy */
638         temp = 2 * scale + 4;
639         if (temp < 0) {
640             energy = av_clipl_int32((int64_t)auto_corr[1] << -temp);
641         } else
642             energy = auto_corr[1] >> temp;
643
644         gain_scale(p, dst, energy);
645
646         buf        += SUBFRAME_LEN;
647         signal_ptr += SUBFRAME_LEN;
648         dst        += SUBFRAME_LEN;
649     }
650 }
651
652 static int sid_gain_to_lsp_index(int gain)
653 {
654     if (gain < 0x10)
655         return gain << 6;
656     else if (gain < 0x20)
657         return gain - 8 << 7;
658     else
659         return gain - 20 << 8;
660 }
661
662 static inline int cng_rand(int *state, int base)
663 {
664     *state = (*state * 521 + 259) & 0xFFFF;
665     return (*state & 0x7FFF) * base >> 15;
666 }
667
668 static int estimate_sid_gain(G723_1_ChannelContext *p)
669 {
670     int i, shift, seg, seg2, t, val, val_add, x, y;
671
672     shift = 16 - p->cur_gain * 2;
673     if (shift > 0) {
674         if (p->sid_gain == 0) {
675             t = 0;
676         } else if (shift >= 31 || (int32_t)((uint32_t)p->sid_gain << shift) >> shift != p->sid_gain) {
677             if (p->sid_gain < 0) t = INT32_MIN;
678             else                 t = INT32_MAX;
679         } else
680             t = p->sid_gain << shift;
681     }else
682         t = p->sid_gain >> -shift;
683     x = av_clipl_int32(t * (int64_t)cng_filt[0] >> 16);
684
685     if (x >= cng_bseg[2])
686         return 0x3F;
687
688     if (x >= cng_bseg[1]) {
689         shift = 4;
690         seg   = 3;
691     } else {
692         shift = 3;
693         seg   = (x >= cng_bseg[0]);
694     }
695     seg2 = FFMIN(seg, 3);
696
697     val     = 1 << shift;
698     val_add = val >> 1;
699     for (i = 0; i < shift; i++) {
700         t = seg * 32 + (val << seg2);
701         t *= t;
702         if (x >= t)
703             val += val_add;
704         else
705             val -= val_add;
706         val_add >>= 1;
707     }
708
709     t = seg * 32 + (val << seg2);
710     y = t * t - x;
711     if (y <= 0) {
712         t = seg * 32 + (val + 1 << seg2);
713         t = t * t - x;
714         val = (seg2 - 1) * 16 + val;
715         if (t >= y)
716             val++;
717     } else {
718         t = seg * 32 + (val - 1 << seg2);
719         t = t * t - x;
720         val = (seg2 - 1) * 16 + val;
721         if (t >= y)
722             val--;
723     }
724
725     return val;
726 }
727
728 static void generate_noise(G723_1_ChannelContext *p)
729 {
730     int i, j, idx, t;
731     int off[SUBFRAMES];
732     int signs[SUBFRAMES / 2 * 11], pos[SUBFRAMES / 2 * 11];
733     int tmp[SUBFRAME_LEN * 2];
734     int16_t *vector_ptr;
735     int64_t sum;
736     int b0, c, delta, x, shift;
737
738     p->pitch_lag[0] = cng_rand(&p->cng_random_seed, 21) + 123;
739     p->pitch_lag[1] = cng_rand(&p->cng_random_seed, 19) + 123;
740
741     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
742         p->subframe[i].ad_cb_gain = cng_rand(&p->cng_random_seed, 50) + 1;
743         p->subframe[i].ad_cb_lag  = cng_adaptive_cb_lag[i];
744     }
745
746     for (i = 0; i < SUBFRAMES / 2; i++) {
747         t = cng_rand(&p->cng_random_seed, 1 << 13);
748         off[i * 2]     =   t       & 1;
749         off[i * 2 + 1] = ((t >> 1) & 1) + SUBFRAME_LEN;
750         t >>= 2;
751         for (j = 0; j < 11; j++) {
752             signs[i * 11 + j] = ((t & 1) * 2 - 1)  * (1 << 14);
753             t >>= 1;
754         }
755     }
756
757     idx = 0;
758     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
759         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN / 2; j++)
760             tmp[j] = j;
761         t = SUBFRAME_LEN / 2;
762         for (j = 0; j < pulses[i]; j++, idx++) {
763             int idx2 = cng_rand(&p->cng_random_seed, t);
764
765             pos[idx]  = tmp[idx2] * 2 + off[i];
766             tmp[idx2] = tmp[--t];
767         }
768     }
769
770     vector_ptr = p->audio + LPC_ORDER;
771     memcpy(vector_ptr, p->prev_excitation,
772            PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
773     for (i = 0; i < SUBFRAMES; i += 2) {
774         ff_g723_1_gen_acb_excitation(vector_ptr, vector_ptr,
775                                      p->pitch_lag[i >> 1], &p->subframe[i],
776                                      p->cur_rate);
777         ff_g723_1_gen_acb_excitation(vector_ptr + SUBFRAME_LEN,
778                                      vector_ptr + SUBFRAME_LEN,
779                                      p->pitch_lag[i >> 1], &p->subframe[i + 1],
780                                      p->cur_rate);
781
782         t = 0;
783         for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++)
784             t |= FFABS(vector_ptr[j]);
785         t = FFMIN(t, 0x7FFF);
786         if (!t) {
787             shift = 0;
788         } else {
789             shift = -10 + av_log2(t);
790             if (shift < -2)
791                 shift = -2;
792         }
793         sum = 0;
794         if (shift < 0) {
795            for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++) {
796                t      = vector_ptr[j] * (1 << -shift);
797                sum   += t * t;
798                tmp[j] = t;
799            }
800         } else {
801            for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN * 2; j++) {
802                t      = vector_ptr[j] >> shift;
803                sum   += t * t;
804                tmp[j] = t;
805            }
806         }
807
808         b0 = 0;
809         for (j = 0; j < 11; j++)
810             b0 += tmp[pos[(i / 2) * 11 + j]] * signs[(i / 2) * 11 + j];
811         b0 = b0 * 2 * 2979LL + (1 << 29) >> 30; // approximated division by 11
812
813         c = p->cur_gain * (p->cur_gain * SUBFRAME_LEN >> 5);
814         if (shift * 2 + 3 >= 0)
815             c >>= shift * 2 + 3;
816         else
817             c <<= -(shift * 2 + 3);
818         c = (av_clipl_int32(sum << 1) - c) * 2979LL >> 15;
819
820         delta = b0 * b0 * 2 - c;
821         if (delta <= 0) {
822             x = -b0;
823         } else {
824             delta = square_root(delta);
825             x     = delta - b0;
826             t     = delta + b0;
827             if (FFABS(t) < FFABS(x))
828                 x = -t;
829         }
830         shift++;
831         if (shift < 0)
832            x >>= -shift;
833         else
834            x *= 1 << shift;
835         x = av_clip(x, -10000, 10000);
836
837         for (j = 0; j < 11; j++) {
838             idx = (i / 2) * 11 + j;
839             vector_ptr[pos[idx]] = av_clip_int16(vector_ptr[pos[idx]] +
840                                                  (x * signs[idx] >> 15));
841         }
842
843         /* copy decoded data to serve as a history for the next decoded subframes */
844         memcpy(vector_ptr + PITCH_MAX, vector_ptr,
845                sizeof(*vector_ptr) * SUBFRAME_LEN * 2);
846         vector_ptr += SUBFRAME_LEN * 2;
847     }
848     /* Save the excitation for the next frame */
849     memcpy(p->prev_excitation, p->audio + LPC_ORDER + FRAME_LEN,
850            PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
851 }
852
853 static int g723_1_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
854                                int *got_frame_ptr, AVPacket *avpkt)
855 {
856     G723_1_Context *s  = avctx->priv_data;
857     AVFrame *frame     = data;
858     const uint8_t *buf = avpkt->data;
859     int buf_size       = avpkt->size;
860     int dec_mode       = buf[0] & 3;
861
862     PPFParam ppf[SUBFRAMES];
863     int16_t cur_lsp[LPC_ORDER];
864     int16_t lpc[SUBFRAMES * LPC_ORDER];
865     int16_t acb_vector[SUBFRAME_LEN];
866     int16_t *out;
867     int bad_frame = 0, i, j, ret;
868
869     if (buf_size < frame_size[dec_mode] * avctx->channels) {
870         if (buf_size)
871             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
872                    "Expected %d bytes, got %d - skipping packet\n",
873                    frame_size[dec_mode], buf_size);
874         *got_frame_ptr = 0;
875         return buf_size;
876     }
877
878     frame->nb_samples = FRAME_LEN;
879     if ((ret = ff_get_buffer(avctx, frame, 0)) < 0)
880         return ret;
881
882     for (int ch = 0; ch < avctx->channels; ch++) {
883         G723_1_ChannelContext *p = &s->ch[ch];
884         int16_t *audio = p->audio;
885
886         if (unpack_bitstream(p, buf + ch * (buf_size / avctx->channels),
887                              buf_size / avctx->channels) < 0) {
888             bad_frame = 1;
889             if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME)
890                 p->cur_frame_type = ACTIVE_FRAME;
891             else
892                 p->cur_frame_type = UNTRANSMITTED_FRAME;
893         }
894
895         out = (int16_t *)frame->extended_data[ch];
896
897         if (p->cur_frame_type == ACTIVE_FRAME) {
898             if (!bad_frame)
899                 p->erased_frames = 0;
900             else if (p->erased_frames != 3)
901                 p->erased_frames++;
902
903             ff_g723_1_inverse_quant(cur_lsp, p->prev_lsp, p->lsp_index, bad_frame);
904             ff_g723_1_lsp_interpolate(lpc, cur_lsp, p->prev_lsp);
905
906             /* Save the lsp_vector for the next frame */
907             memcpy(p->prev_lsp, cur_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
908
909             /* Generate the excitation for the frame */
910             memcpy(p->excitation, p->prev_excitation,
911                    PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
912             if (!p->erased_frames) {
913                 int16_t *vector_ptr = p->excitation + PITCH_MAX;
914
915                 /* Update interpolation gain memory */
916                 p->interp_gain = fixed_cb_gain[(p->subframe[2].amp_index +
917                                                 p->subframe[3].amp_index) >> 1];
918                 for (i = 0; i < SUBFRAMES; i++) {
919                     gen_fcb_excitation(vector_ptr, &p->subframe[i], p->cur_rate,
920                                        p->pitch_lag[i >> 1], i);
921                     ff_g723_1_gen_acb_excitation(acb_vector,
922                                                  &p->excitation[SUBFRAME_LEN * i],
923                                                  p->pitch_lag[i >> 1],
924                                                  &p->subframe[i], p->cur_rate);
925                     /* Get the total excitation */
926                     for (j = 0; j < SUBFRAME_LEN; j++) {
927                         int v = av_clip_int16(vector_ptr[j] * 2);
928                         vector_ptr[j] = av_clip_int16(v + acb_vector[j]);
929                     }
930                     vector_ptr += SUBFRAME_LEN;
931                 }
932
933                 vector_ptr = p->excitation + PITCH_MAX;
934
935                 p->interp_index = comp_interp_index(p, p->pitch_lag[1],
936                                                     &p->sid_gain, &p->cur_gain);
937
938                 /* Perform pitch postfiltering */
939                 if (s->postfilter) {
940                     i = PITCH_MAX;
941                     for (j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
942                         comp_ppf_coeff(p, i, p->pitch_lag[j >> 1],
943                                        ppf + j, p->cur_rate);
944
945                     for (i = 0, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
946                         ff_acelp_weighted_vector_sum(p->audio + LPC_ORDER + i,
947                                                      vector_ptr + i,
948                                                      vector_ptr + i + ppf[j].index,
949                                                      ppf[j].sc_gain,
950                                                      ppf[j].opt_gain,
951                                                      1 << 14, 15, SUBFRAME_LEN);
952                 } else {
953                     audio = vector_ptr - LPC_ORDER;
954                 }
955
956                 /* Save the excitation for the next frame */
957                 memcpy(p->prev_excitation, p->excitation + FRAME_LEN,
958                        PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
959             } else {
960                 p->interp_gain = (p->interp_gain * 3 + 2) >> 2;
961                 if (p->erased_frames == 3) {
962                     /* Mute output */
963                     memset(p->excitation, 0,
964                            (FRAME_LEN + PITCH_MAX) * sizeof(*p->excitation));
965                     memset(p->prev_excitation, 0,
966                            PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
967                     memset(frame->data[0], 0,
968                            (FRAME_LEN + LPC_ORDER) * sizeof(int16_t));
969                 } else {
970                     int16_t *buf = p->audio + LPC_ORDER;
971
972                     /* Regenerate frame */
973                     residual_interp(p->excitation, buf, p->interp_index,
974                                     p->interp_gain, &p->random_seed);
975
976                     /* Save the excitation for the next frame */
977                     memcpy(p->prev_excitation, buf + (FRAME_LEN - PITCH_MAX),
978                            PITCH_MAX * sizeof(*p->excitation));
979                 }
980             }
981             p->cng_random_seed = CNG_RANDOM_SEED;
982         } else {
983             if (p->cur_frame_type == SID_FRAME) {
984                 p->sid_gain = sid_gain_to_lsp_index(p->subframe[0].amp_index);
985                 ff_g723_1_inverse_quant(p->sid_lsp, p->prev_lsp, p->lsp_index, 0);
986             } else if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME) {
987                 p->sid_gain = estimate_sid_gain(p);
988             }
989
990             if (p->past_frame_type == ACTIVE_FRAME)
991                 p->cur_gain = p->sid_gain;
992             else
993                 p->cur_gain = (p->cur_gain * 7 + p->sid_gain) >> 3;
994             generate_noise(p);
995             ff_g723_1_lsp_interpolate(lpc, p->sid_lsp, p->prev_lsp);
996             /* Save the lsp_vector for the next frame */
997             memcpy(p->prev_lsp, p->sid_lsp, LPC_ORDER * sizeof(*p->prev_lsp));
998         }
999
1000         p->past_frame_type = p->cur_frame_type;
1001
1002         memcpy(p->audio, p->synth_mem, LPC_ORDER * sizeof(*p->audio));
1003         for (i = LPC_ORDER, j = 0; j < SUBFRAMES; i += SUBFRAME_LEN, j++)
1004             ff_celp_lp_synthesis_filter(p->audio + i, &lpc[j * LPC_ORDER],
1005                                         audio + i, SUBFRAME_LEN, LPC_ORDER,
1006                                         0, 1, 1 << 12);
1007         memcpy(p->synth_mem, p->audio + FRAME_LEN, LPC_ORDER * sizeof(*p->audio));
1008
1009         if (s->postfilter) {
1010             formant_postfilter(p, lpc, p->audio, out);
1011         } else { // if output is not postfiltered it should be scaled by 2
1012             for (i = 0; i < FRAME_LEN; i++)
1013                 out[i] = av_clip_int16(p->audio[LPC_ORDER + i] << 1);
1014         }
1015     }
1016
1017     *got_frame_ptr = 1;
1018
1019     return frame_size[dec_mode] * avctx->channels;
1020 }
1021
1022 #define OFFSET(x) offsetof(G723_1_Context, x)
1023 #define AD     AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM | AV_OPT_FLAG_DECODING_PARAM
1024
1025 static const AVOption options[] = {
1026     { "postfilter", "enable postfilter", OFFSET(postfilter), AV_OPT_TYPE_BOOL,
1027       { .i64 = 1 }, 0, 1, AD },
1028     { NULL }
1029 };
1030
1031
1032 static const AVClass g723_1dec_class = {
1033     .class_name = "G.723.1 decoder",
1034     .item_name  = av_default_item_name,
1035     .option     = options,
1036     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
1037 };
1038
1039 AVCodec ff_g723_1_decoder = {
1040     .name           = "g723_1",
1041     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("G.723.1"),
1042     .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1043     .id             = AV_CODEC_ID_G723_1,
1044     .priv_data_size = sizeof(G723_1_Context),
1045     .init           = g723_1_decode_init,
1046     .decode         = g723_1_decode_frame,
1047     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_SUBFRAMES | AV_CODEC_CAP_DR1,
1048     .priv_class     = &g723_1dec_class,
1049 };