adaa3d1f6a3f1667ce48027413f600a375643bfd
[opus.git] / libcelt / mathops.h
1 /* Copyright (C) 2002-2008 Jean-Marc Valin */
2 /**
3    @file mathops.h
4    @brief Various math functions
5 */
6 /*
7    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8    modification, are permitted provided that the following conditions
9    are met:
10    
11    - Redistributions of source code must retain the above copyright
12    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13    
14    - Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
15    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
16    documentation and/or other materials provided with the distribution.
17    
18    - Neither the name of the Xiph.org Foundation nor the names of its
19    contributors may be used to endorse or promote products derived from
20    this software without specific prior written permission.
21    
22    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
23    ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
24    LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
25    A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE FOUNDATION OR
26    CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
27    EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
28    PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
29    PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
30    LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
31    NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
32    SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
33 */
34
35 #ifndef MATHOPS_H
36 #define MATHOPS_H
37
38 #include "arch.h"
39
40 #ifndef FIXED_POINT
41
42 #define celt_sqrt sqrt
43 #define celt_acos acos
44 #define celt_exp exp
45 #define celt_cos_norm(x) (cos((.5f*M_PI)*(x)))
46 #define celt_atan atan
47 #define celt_rcp(x) (1.f/(x))
48
49 #endif
50
51
52
53 #ifdef FIXED_POINT
54
55 #include "entcode.h"
56 #include "os_support.h"
57
58 /** Integer log in base2. Undefined for zero and negative numbers */
59 static inline celt_int16_t celt_ilog2(celt_word32_t x)
60 {
61    celt_assert2(x>0, "celt_ilog2() only defined for strictly positive numbers");
62    return EC_ILOG(x)-1;
63 }
64
65 /** Integer log in base2. Defined for zero, but not for negative numbers */
66 static inline celt_int16_t celt_zlog2(celt_word32_t x)
67 {
68    return EC_ILOG(x)-1;
69 }
70
71 /** Sqrt approximation (QX input, QX/2 output) */
72 static inline celt_word32_t celt_sqrt(celt_word32_t x)
73 {
74    int k;
75    celt_word16_t n;
76    celt_word32_t rt;
77    const celt_word16_t C[5] = {23174, 11584, -3011, 1570, -557};
78    if (x==0)
79       return 0;
80    k = (celt_ilog2(x)>>1)-7;
81    x = VSHR32(x, (k<<1));
82    n = x-32768;
83    rt = ADD16(C[0], MULT16_16_Q15(n, ADD16(C[1], MULT16_16_Q15(n, ADD16(C[2], 
84               MULT16_16_Q15(n, ADD16(C[3], MULT16_16_Q15(n, (C[4])))))))));
85    rt = VSHR32(rt,7-k);
86    return rt;
87 }
88
89
90 #define L1 32767
91 #define L2 -7651
92 #define L3 8277
93 #define L4 -626
94
95 static inline celt_word16_t _celt_cos_pi_2(celt_word16_t x)
96 {
97    celt_word16_t x2;
98    
99    x2 = MULT16_16_P15(x,x);
100    return ADD16(1,MIN16(32766,ADD32(SUB16(L1,x2), MULT16_16_P15(x2, ADD32(L2, MULT16_16_P15(x2, ADD32(L3, MULT16_16_P15(L4, x2
101                                                                                 ))))))));
102 }
103
104 #undef L1
105 #undef L2
106 #undef L3
107 #undef L4
108
109 static inline celt_word16_t celt_cos_norm(celt_word32_t x)
110 {
111    x = x&0x0001ffff;
112    if (x>SHL32(EXTEND32(1), 16))
113       x = SUB32(SHL32(EXTEND32(1), 17),x);
114    if (x&0x00007fff)
115    {
116       if (x<SHL32(EXTEND32(1), 15))
117       {
118          return _celt_cos_pi_2(EXTRACT16(x));
119       } else {
120          return NEG32(_celt_cos_pi_2(EXTRACT16(65536-x)));
121       }
122    } else {
123       if (x&0x0000ffff)
124          return 0;
125       else if (x&0x0001ffff)
126          return -32767;
127       else
128          return 32767;
129    }
130 }
131
132 static inline celt_word16_t celt_log2(celt_word32_t x)
133 {
134    int i;
135    celt_word16_t n, frac;
136    /*-0.41446   0.96093  -0.33981   0.15600 */
137    const celt_word16_t C[4] = {-6791, 7872, -1392, 319};
138    if (x==0)
139       return -32767;
140    i = celt_ilog2(x);
141    n = VSHR32(x,i-15)-32768-16384;
142    frac = ADD16(C[0], MULT16_16_Q14(n, ADD16(C[1], MULT16_16_Q14(n, ADD16(C[2], MULT16_16_Q14(n, (C[3])))))));
143    /*printf ("%d %d %d %d\n", x, n, ret, SHL16(i-13,8)+SHR16(ret,14-8));*/
144    return SHL16(i-13,8)+SHR16(frac,14-8);
145 }
146
147 /*
148  K0 = 1
149  K1 = log(2)
150  K2 = 3-4*log(2)
151  K3 = 3*log(2) - 2
152 */
153 #define D0 16384
154 #define D1 11356
155 #define D2 3726
156 #define D3 1301
157 /** Base-2 exponential approximation (2^x). (Q11 input, Q16 output) */
158 static inline celt_word32_t celt_exp2(celt_word16_t x)
159 {
160    int integer;
161    celt_word16_t frac;
162    integer = SHR16(x,11);
163    if (integer>14)
164       return 0x7fffffff;
165    else if (integer < -15)
166       return 0;
167    frac = SHL16(x-SHL16(integer,11),3);
168    frac = ADD16(D0, MULT16_16_Q14(frac, ADD16(D1, MULT16_16_Q14(frac, ADD16(D2 , MULT16_16_Q14(D3,frac))))));
169    return VSHR32(EXTEND32(frac), -integer-2);
170 }
171
172 /** Reciprocal approximation (Q15 input, Q16 output) */
173 static inline celt_word32_t celt_rcp(celt_word32_t x)
174 {
175    int i, neg=0;
176    celt_word16_t n, frac;
177    const celt_word16_t C[5] = {21848, -7251, 2403, -934, 327};
178    if (x<0)
179    {
180       neg = 1;
181       x = NEG16(x);
182    }
183    i = celt_ilog2(x);
184    n = VSHR32(x,i-16)-SHL32(EXTEND32(3),15);
185    frac = ADD16(C[0], MULT16_16_Q15(n, ADD16(C[1], MULT16_16_Q15(n, ADD16(C[2], 
186                 MULT16_16_Q15(n, ADD16(C[3], MULT16_16_Q15(n, (C[4])))))))));
187    if (neg)
188       frac = -frac;
189    return VSHR32(EXTEND32(frac),i-16);
190 }
191
192 #endif /* FIXED_POINT */
193
194
195 #endif /* MATHOPS_H */