libcelt/bands.c

   1 /* (C) 2007 Jean-Marc Valin, CSIRO
   2 */
   3 /*
   4    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   5    modification, are permitted provided that the following conditions
   6    are met:
   7
   8    - Redistributions of source code must retain the above copyright
   9    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  10
  11    - Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  12    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  13    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  14
  15    - Neither the name of the Xiph.org Foundation nor the names of its
  16    contributors may be used to endorse or promote products derived from
  17    this software without specific prior written permission.
  18
  19    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  20    ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  21    LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
  22    A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE FOUNDATION OR
  23    CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
  24    EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
  25    PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
  26    PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
  27    LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
  28    NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
  29    SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  30 */
  31
  32 #include <math.h>
  33 #include "bands.h"
  34 #include "modes.h"
  35 #include "vq.h"
  36 #include "cwrs.h"
  37
  38
  39 /* Compute the energy in each of the bands */
  40 void compute_band_energies(const CELTMode *m, float *X, float *bank)
  41 {
  42    int i, B;
  43    const int *eBands = m->eBands;
  44    B = m->nbMdctBlocks;
  45    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
  46    {
  47       int j;
  48       bank[i] = 1e-10;
  49       for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
  50          bank[i] += X[j]*X[j];
  51       bank[i] = sqrt(bank[i]);
  52    }
  53 }
  54
  55 /* Normalise each band such that the energy is one. */
  56 void normalise_bands(const CELTMode *m, float *X, float *bank)
  57 {
  58    int i, B;
  59    const int *eBands = m->eBands;
  60    B = m->nbMdctBlocks;
  61    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
  62    {
  63       int j;
  64       float x = 1.f/(1e-10+bank[i]);
  65       for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
  66          X[j] *= x;
  67    }
  68    for (i=B*eBands[m->nbEBands];i<B*eBands[m->nbEBands+1];i++)
  69       X[i] = 0;
  70 }
  71
  72 /* De-normalise the energy to produce the synthesis from the unit-energy bands */
  73 void denormalise_bands(const CELTMode *m, float *X, float *bank)
  74 {
  75    int i, B;
  76    const int *eBands = m->eBands;
  77    B = m->nbMdctBlocks;
  78    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
  79    {
  80       int j;
  81       float x = bank[i];
  82       for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
  83          X[j] *= x;
  84    }
  85    for (i=B*eBands[m->nbEBands];i<B*eBands[m->nbEBands+1];i++)
  86       X[i] = 0;
  87 }
  88
  89
  90 /* Compute the best gain for each "pitch band" */
  91 void compute_pitch_gain(const CELTMode *m, float *X, float *P, float *gains, float *bank)
  92 {
  93    int i, B;
  94    const int *eBands = m->eBands;
  95    const int *pBands = m->pBands;
  96    B = m->nbMdctBlocks;
  97    float w[B*eBands[m->nbEBands]];
  98    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
  99    {
 100       int j;
 101       for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
 102          w[j] = bank[i];
 103    }
 104
 105
 106    for (i=0;i<m->nbPBands;i++)
 107    {
 108       float Sxy=0;
 109       float Sxx = 0;
 110       int j;
 111       float gain;
 112       for (j=B*pBands[i];j<B*pBands[i+1];j++)
 113       {
 114          Sxy += X[j]*P[j]*w[j];
 115          Sxx += X[j]*X[j]*w[j];
 116       }
 117       gain = Sxy/(1e-10+Sxx);
 118       //gain = Sxy/(2*(pbank[i+1]-pbank[i]));
 119       //if (i<3)
 120       //gain *= 1+.02*gain;
 121       if (gain > .90)
 122          gain = .90;
 123       if (gain < 0.0)
 124          gain = 0.0;
 125
 126       gains[i] = gain;
 127    }
 128    for (i=B*pBands[m->nbPBands];i<B*pBands[m->nbPBands+1];i++)
 129       P[i] = 0;
 130 }
 131
 132 /* Apply the (quantised) gain to each "pitch band" */
 133 void pitch_quant_bands(const CELTMode *m, float *X, float *P, float *gains)
 134 {
 135    int i, B;
 136    const int *pBands = m->pBands;
 137    B = m->nbMdctBlocks;
 138    for (i=0;i<m->nbPBands;i++)
 139    {
 140       int j;
 141       for (j=B*pBands[i];j<B*pBands[i+1];j++)
 142          P[j] *= gains[i];
 143       //printf ("%f ", gain);
 144    }
 145    for (i=B*pBands[m->nbPBands];i<B*pBands[m->nbPBands+1];i++)
 146       P[i] = 0;
 147 }
 148
 149 void quant_bands(const CELTMode *m, float *X, float *P, ec_enc *enc)
 150 {
 151    int i, j, B;
 152    const int *eBands = m->eBands;
 153    B = m->nbMdctBlocks;
 154    float norm[B*eBands[m->nbEBands+1]];
 155    //float bits = 0;
 156
 157    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
 158    {
 159       int q, id;
 160       q = m->nbPulses[i];
 161       if (q>0) {
 162          float n = sqrt(B*(eBands[i+1]-eBands[i]));
 163          alg_quant(X+B*eBands[i], B*(eBands[i+1]-eBands[i]), q, P+B*eBands[i], enc);
 164          for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
 165             norm[j] = X[j] * n;
 166          //bits += log2(ncwrs(B*(eBands[i+1]-eBands[i]), q));
 167       } else {
 168          float n = sqrt(B*(eBands[i+1]-eBands[i]));
 169          copy_quant(X+B*eBands[i], B*(eBands[i+1]-eBands[i]), -q, norm, B, eBands[i], enc);
 170          for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
 171             norm[j] = X[j] * n;
 172          //bits += 1+log2(eBands[i]-(eBands[i+1]-eBands[i]))+log2(ncwrs(B*(eBands[i+1]-eBands[i]), -q));
 173       }
 174    }
 175    //printf ("%f\n", bits);
 176    for (i=B*eBands[m->nbEBands];i<B*eBands[m->nbEBands+1];i++)
 177       X[i] = 0;
 178 }
 179
 180 void unquant_bands(const CELTMode *m, float *X, float *P, ec_dec *dec)
 181 {
 182    int i, j, B;
 183    const int *eBands = m->eBands;
 184    B = m->nbMdctBlocks;
 185    float norm[B*eBands[m->nbEBands+1]];
 186
 187    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
 188    {
 189       int q, id;
 190       q = m->nbPulses[i];
 191       if (q>0) {
 192          float n = sqrt(B*(eBands[i+1]-eBands[i]));
 193          alg_unquant(X+B*eBands[i], B*(eBands[i+1]-eBands[i]), q, P+B*eBands[i], dec);
 194          for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
 195             norm[j] = X[j] * n;
 196       } else {
 197          float n = sqrt(B*(eBands[i+1]-eBands[i]));
 198          for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
 199             X[j] = 0;
 200          copy_unquant(X+B*eBands[i], B*(eBands[i+1]-eBands[i]), -q, norm, B, eBands[i], dec);
 201          for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
 202             norm[j] = X[j] * n;
 203       }
 204    }
 205    for (i=B*eBands[m->nbEBands];i<B*eBands[m->nbEBands+1];i++)
 206       X[i] = 0;
 207 }