Adds many syntactically unnecessary casts to silence MSVC C4244; fix an MDCT encoder...
[opus.git] / libcelt / mathops.h
1 /* Copyright (c) 2002-2008 Jean-Marc Valin
2    Copyright (c) 2007-2008 CSIRO
3    Copyright (c) 2007-2009 Xiph.Org Foundation
4    Written by Jean-Marc Valin */
5 /**
6    @file mathops.h
7    @brief Various math functions
8 */
9 /*
10    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
11    modification, are permitted provided that the following conditions
12    are met:
13
14    - Redistributions of source code must retain the above copyright
15    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
16
17    - Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
18    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
19    documentation and/or other materials provided with the distribution.
20
21    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
22    ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
23    LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
24    A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE FOUNDATION OR
25    CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
26    EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
27    PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
28    PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
29    LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
30    NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
31    SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
32 */
33
34 #ifndef MATHOPS_H
35 #define MATHOPS_H
36
37 #include "arch.h"
38 #include "entcode.h"
39 #include "os_support.h"
40
41 /* Multiplies two 16-bit fractional values. Bit-exactness of this macro is important */
42 #define FRAC_MUL16(a,b) ((16384+((opus_int32)(opus_int16)(a)*(opus_int16)(b)))>>15)
43
44 unsigned isqrt32(opus_uint32 _val);
45
46 #ifndef FIXED_POINT
47
48 #define PI 3.141592653f
49 #define celt_sqrt(x) ((float)sqrt(x))
50 #define celt_rsqrt(x) (1.f/celt_sqrt(x))
51 #define celt_rsqrt_norm(x) (celt_rsqrt(x))
52 #define celt_exp exp
53 #define celt_cos_norm(x) ((float)cos((.5f*PI)*(x)))
54 #define celt_atan atan
55 #define celt_rcp(x) (1.f/(x))
56 #define celt_div(a,b) ((a)/(b))
57 #define frac_div32(a,b) ((float)(a)/(b))
58
59 #ifdef FLOAT_APPROX
60
61 /* Note: This assumes radix-2 floating point with the exponent at bits 23..30 and an offset of 127
62          denorm, +/- inf and NaN are *not* handled */
63
64 /** Base-2 log approximation (log2(x)). */
65 static inline float celt_log2(float x)
66 {
67    int integer;
68    float frac;
69    union {
70       float f;
71       opus_uint32 i;
72    } in;
73    in.f = x;
74    integer = (in.i>>23)-127;
75    in.i -= integer<<23;
76    frac = in.f - 1.5f;
77    frac = -0.41445418f + frac*(0.95909232f
78           + frac*(-0.33951290f + frac*0.16541097f));
79    return 1+integer+frac;
80 }
81
82 /** Base-2 exponential approximation (2^x). */
83 static inline float celt_exp2(float x)
84 {
85    int integer;
86    float frac;
87    union {
88       float f;
89       opus_uint32 i;
90    } res;
91    integer = floor(x);
92    if (integer < -50)
93       return 0;
94    frac = x-integer;
95    /* K0 = 1, K1 = log(2), K2 = 3-4*log(2), K3 = 3*log(2) - 2 */
96    res.f = 0.99992522f + frac * (0.69583354f
97            + frac * (0.22606716f + 0.078024523f*frac));
98    res.i = (res.i + (integer<<23)) & 0x7fffffff;
99    return res.f;
100 }
101
102 #else
103 #define celt_log2(x) ((float)(1.442695040888963387*log(x)))
104 #define celt_exp2(x) ((float)exp(0.6931471805599453094*(x)))
105 #endif
106
107 #endif
108
109 #ifdef FIXED_POINT
110
111 #include "os_support.h"
112
113 #ifndef OVERRIDE_CELT_ILOG2
114 /** Integer log in base2. Undefined for zero and negative numbers */
115 static inline opus_int16 celt_ilog2(opus_int32 x)
116 {
117    celt_assert2(x>0, "celt_ilog2() only defined for strictly positive numbers");
118    return EC_ILOG(x)-1;
119 }
120 #endif
121
122 #ifndef OVERRIDE_CELT_MAXABS16
123 static inline opus_val16 celt_maxabs16(opus_val16 *x, int len)
124 {
125    int i;
126    opus_val16 maxval = 0;
127    for (i=0;i<len;i++)
128       maxval = MAX16(maxval, ABS16(x[i]));
129    return maxval;
130 }
131 #endif
132
133 /** Integer log in base2. Defined for zero, but not for negative numbers */
134 static inline opus_int16 celt_zlog2(opus_val32 x)
135 {
136    return x <= 0 ? 0 : celt_ilog2(x);
137 }
138
139 opus_val16 celt_rsqrt_norm(opus_val32 x);
140
141 opus_val32 celt_sqrt(opus_val32 x);
142
143 opus_val16 celt_cos_norm(opus_val32 x);
144
145 static inline opus_val16 celt_log2(opus_val32 x)
146 {
147    int i;
148    opus_val16 n, frac;
149    /* -0.41509302963303146, 0.9609890551383969, -0.31836011537636605,
150        0.15530808010959576, -0.08556153059057618 */
151    static const opus_val16 C[5] = {-6801+(1<<13-DB_SHIFT), 15746, -5217, 2545, -1401};
152    if (x==0)
153       return -32767;
154    i = celt_ilog2(x);
155    n = VSHR32(x,i-15)-32768-16384;
156    frac = ADD16(C[0], MULT16_16_Q15(n, ADD16(C[1], MULT16_16_Q15(n, ADD16(C[2], MULT16_16_Q15(n, ADD16(C[3], MULT16_16_Q15(n, C[4]))))))));
157    return SHL16(i-13,DB_SHIFT)+SHR16(frac,14-DB_SHIFT);
158 }
159
160 /*
161  K0 = 1
162  K1 = log(2)
163  K2 = 3-4*log(2)
164  K3 = 3*log(2) - 2
165 */
166 #define D0 16383
167 #define D1 22804
168 #define D2 14819
169 #define D3 10204
170 /** Base-2 exponential approximation (2^x). (Q10 input, Q16 output) */
171 static inline opus_val32 celt_exp2(opus_val16 x)
172 {
173    int integer;
174    opus_val16 frac;
175    integer = SHR16(x,10);
176    if (integer>14)
177       return 0x7f000000;
178    else if (integer < -15)
179       return 0;
180    frac = SHL16(x-SHL16(integer,10),4);
181    frac = ADD16(D0, MULT16_16_Q15(frac, ADD16(D1, MULT16_16_Q15(frac, ADD16(D2 , MULT16_16_Q15(D3,frac))))));
182    return VSHR32(EXTEND32(frac), -integer-2);
183 }
184
185 opus_val32 celt_rcp(opus_val32 x);
186
187 #define celt_div(a,b) MULT32_32_Q31((opus_val32)(a),celt_rcp(b))
188
189 opus_val32 frac_div32(opus_val32 a, opus_val32 b);
190
191 #define M1 32767
192 #define M2 -21
193 #define M3 -11943
194 #define M4 4936
195
196 /* Atan approximation using a 4th order polynomial. Input is in Q15 format
197    and normalized by pi/4. Output is in Q15 format */
198 static inline opus_val16 celt_atan01(opus_val16 x)
199 {
200    return MULT16_16_P15(x, ADD32(M1, MULT16_16_P15(x, ADD32(M2, MULT16_16_P15(x, ADD32(M3, MULT16_16_P15(M4, x)))))));
201 }
202
203 #undef M1
204 #undef M2
205 #undef M3
206 #undef M4
207
208 /* atan2() approximation valid for positive input values */
209 static inline opus_val16 celt_atan2p(opus_val16 y, opus_val16 x)
210 {
211    if (y < x)
212    {
213       opus_val32 arg;
214       arg = celt_div(SHL32(EXTEND32(y),15),x);
215       if (arg >= 32767)
216          arg = 32767;
217       return SHR16(celt_atan01(EXTRACT16(arg)),1);
218    } else {
219       opus_val32 arg;
220       arg = celt_div(SHL32(EXTEND32(x),15),y);
221       if (arg >= 32767)
222          arg = 32767;
223       return 25736-SHR16(celt_atan01(EXTRACT16(arg)),1);
224    }
225 }
226
227 #endif /* FIXED_POINT */
228 #endif /* MATHOPS_H */