Making 16-bit compilers happy
[opus.git] / libcelt / mdct.c
1 /* (C) 2008 Jean-Marc Valin, CSIRO
2 */
3 /*
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10    
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30 */
31
32 /* This is a simple MDCT implementation that uses a N/4 complex FFT
33    to do most of the work. It should be relatively straightforward to
34    plug in pretty much and FFT here.
35    
36    This replaces the Vorbis FFT (and uses the exact same API), which 
37    was a bit too messy and that was ending up duplicating code 
38    (might as well use the same FFT everywhere).
39    
40    The algorithm is similar to (and inspired from) Fabrice Bellard's
41    MDCT implementation in FFMPEG, but has differences in signs, ordering
42    and scaling in many places. 
43 */
44
45 #ifdef HAVE_CONFIG_H
46 #include "config.h"
47 #endif
48
49 #include "mdct.h"
50 #include "kiss_fft.h"
51 #include <math.h>
52 #include "os_support.h"
53 #include "_kiss_fft_guts.h"
54 #include "mathops.h"
55
56 #ifndef M_PI
57 #define M_PI 3.141592653
58 #endif
59
60 void mdct_init(mdct_lookup *l,int N)
61 {
62    int i;
63    int N2, N4;
64    l->n = N;
65    N2 = N/2;
66    N4 = N/4;
67    l->kfft = kiss_fft_alloc(N4, NULL, NULL);
68    l->trig = (kiss_twiddle_scalar*)celt_alloc(N2*sizeof(kiss_twiddle_scalar));
69    /* We have enough points that sine isn't necessary */
70 #if defined(FIXED_POINT)
71 #if defined(DOUBLE_PRECISION) & !defined(MIXED_PRECISION)
72    for (i=0;i<N2;i++)
73       l->trig[i] = SAMP_MAX*cos(2*M_PI*(i+1./8.)/N);
74 #else
75    for (i=0;i<N2;i++)
76       l->trig[i] = TRIG_UPSCALE*celt_cos_norm(DIV32(ADD32(SHL32(EXTEND32(i),17),16386),N));
77 #endif
78 #else
79    for (i=0;i<N2;i++)
80       l->trig[i] = cos(2*M_PI*(i+1./8.)/N);
81 #endif
82 }
83
84 void mdct_clear(mdct_lookup *l)
85 {
86    kiss_fft_free(l->kfft);
87    celt_free(l->trig);
88 }
89
90 void mdct_forward(const mdct_lookup *l, kiss_fft_scalar *in, kiss_fft_scalar *out)
91 {
92    int i;
93    int N, N2, N4;
94    VARDECL(kiss_fft_scalar *f);
95    SAVE_STACK;
96    N = l->n;
97    N2 = N/2;
98    N4 = N/4;
99    ALLOC(f, N2, kiss_fft_scalar);
100    
101    /* Consider the input to be compused of four blocks: [a, b, c, d] */
102    /* Shuffle, fold, pre-rotate (part 1) */
103    for(i=0;i<N/8;i++)
104    {
105       kiss_fft_scalar re, im;
106       /* Real part arranged as -d-cR, Imag part arranged as -b+aR*/
107       re = -.5*(in[N2+N4+2*i] + in[N2+N4-2*i-1]);
108       im = -.5*(in[N4+2*i]    - in[N4-2*i-1]);
109       out[2*i]   = S_MUL(re,l->trig[i])  -  S_MUL(im,l->trig[i+N4]);
110       out[2*i+1] = S_MUL(im,l->trig[i])  +  S_MUL(re,l->trig[i+N4]);
111    }
112    for(;i<N4;i++)
113    {
114       kiss_fft_scalar re, im;
115       /* Real part arranged as a-bR, Imag part arranged as -c-dR */
116       re =  .5*(in[2*i-N4] - in[N2+N4-2*i-1]);
117       im = -.5*(in[N4+2*i] + in[N+N4-2*i-1]);
118       out[2*i]   = S_MUL(re,l->trig[i])  -  S_MUL(im,l->trig[i+N4]);
119       out[2*i+1] = S_MUL(im,l->trig[i])  +  S_MUL(re,l->trig[i+N4]);
120    }
121
122    /* N/4 complex FFT, which should normally down-scale by 4/N (but doesn't now) */
123    kiss_fft(l->kfft, (const kiss_fft_cpx *)out, (kiss_fft_cpx *)f);
124
125    /* Post-rotate and apply the scaling if the FFT doesn't to it itself */
126    for(i=0;i<N4;i++)
127    {
128       out[2*i]      = -S_MUL(f[2*i+1],l->trig[i+N4]) + S_MUL(f[2*i]  ,l->trig[i]);
129       out[N2-1-2*i] = -S_MUL(f[2*i]  ,l->trig[i+N4]) - S_MUL(f[2*i+1],l->trig[i]);
130    }
131    RESTORE_STACK;
132 }
133
134
135 void mdct_backward(const mdct_lookup *l, kiss_fft_scalar *in, kiss_fft_scalar *out)
136 {
137    int i;
138    int N, N2, N4;
139    VARDECL(kiss_fft_scalar *f);
140    SAVE_STACK;
141    N = l->n;
142    N2 = N/2;
143    N4 = N/4;
144    ALLOC(f, N2, kiss_fft_scalar);
145    
146    /* Pre-rotate */
147    for(i=0;i<N4;i++) 
148    {
149       out[2*i]   = -S_MUL(in[N2-2*i-1], l->trig[i])    - S_MUL(in[2*i],l->trig[i+N4]);
150       out[2*i+1] =  S_MUL(in[N2-2*i-1], l->trig[i+N4]) - S_MUL(in[2*i],l->trig[i]);
151    }
152
153    /* Inverse N/4 complex FFT. This one should *not* downscale even in fixed-point */
154    kiss_ifft(l->kfft, (const kiss_fft_cpx *)out, (kiss_fft_cpx *)f);
155    
156    /* Post-rotate */
157    for(i=0;i<N4;i++)
158    {
159       kiss_fft_scalar re, im;
160       re = f[2*i];
161       im = f[2*i+1];
162       /* We'd scale up by 2 here, but instead it's done when mixing the windows */
163       f[2*i]   = S_MUL(re,l->trig[i]) + S_MUL(im,l->trig[i+N4]);
164       f[2*i+1] = S_MUL(im,l->trig[i]) - S_MUL(re,l->trig[i+N4]);
165    }
166    /* De-shuffle the components for the middle of the window only */
167    for(i = 0; i < N4; i++)
168    {
169       out[N4+2*i]   =-f[2*i];
170       out[N4+2*i+1] = f[N2-2*i-1];
171    }
172
173    /* Mirror on both sides for TDAC */
174    for(i = 0; i < N4; i++)
175    {
176       out[i]     =-out[N2-i-1];
177       out[N-i-1] = out[N2+i];
178    }
179    RESTORE_STACK;
180 }
181
182