fixed-point: Using a NORM_SCALING of 16384, sig_norm_t is still a float though.
[opus.git] / libcelt / mdct.c
1 /* (C) 2008 Jean-Marc Valin, CSIRO
2 */
3 /*
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7    
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10    
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14    
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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
55 #ifndef M_PI
56 #define M_PI 3.14159263
57 #endif
58
59 void mdct_init(mdct_lookup *l,int N)
60 {
61    int i;
62    int N2, N4;
63    l->n = N;
64    N2 = N/2;
65    N4 = N/4;
66    l->kfft = kiss_fft_alloc(N4, NULL, NULL);
67    l->trig = (kiss_twiddle_scalar*)celt_alloc(N2*sizeof(kiss_twiddle_scalar));
68    /* We have enough points that sine isn't necessary */
69 #if defined(FIXED_POINT)
70 #if defined(DOUBLE_PRECISION) & !defined(MIXED_PRECISION)
71    for (i=0;i<N2;i++)
72       l->trig[i] = SAMP_MAX*cos(2*M_PI*(i+1./8.)/N);
73 #else
74    for (i=0;i<N2;i++)
75       l->trig[i] = TRIG_UPSCALE*celt_cos_norm(DIV32(ADD32(SHL32(i,17),16386),N));
76 #endif
77 #else
78    for (i=0;i<N2;i++)
79       l->trig[i] = cos(2*M_PI*(i+1./8.)/N);
80 #endif
81 }
82
83 void mdct_clear(mdct_lookup *l)
84 {
85    kiss_fft_free(l->kfft);
86    celt_free(l->trig);
87 }
88
89 void mdct_forward(mdct_lookup *l, kiss_fft_scalar *in, kiss_fft_scalar *out)
90 {
91    int i;
92    int N, N2, N4, N8;
93    VARDECL(kiss_fft_scalar *f);
94    N = l->n;
95    N2 = N/2;
96    N4 = N/4;
97    N8 = N/8;
98    ALLOC(f, N2, kiss_fft_scalar);
99    
100    /* Consider the input to be compused of four blocks: [a, b, c, d] */
101    /* Shuffle, fold, pre-rotate (part 1) */
102    for(i=0;i<N8;i++)
103    {
104       kiss_fft_scalar re, im;
105       /* Real part arranged as -d-cR, Imag part arranged as -b+aR*/
106       re = -.5*(in[N2+N4+2*i] + in[N2+N4-2*i-1]);
107       im = -.5*(in[N4+2*i]    - in[N4-2*i-1]);
108       out[2*i]   = S_MUL(re,l->trig[i])  -  S_MUL(im,l->trig[i+N4]);
109       out[2*i+1] = S_MUL(im,l->trig[i])  +  S_MUL(re,l->trig[i+N4]);
110    }
111    for(;i<N4;i++)
112    {
113       kiss_fft_scalar re, im;
114       /* Real part arranged as a-bR, Imag part arranged as -c-dR */
115       re =  .5*(in[2*i-N4] - in[N2+N4-2*i-1]);
116       im = -.5*(in[N4+2*i] + in[N+N4-2*i-1]);
117       out[2*i]   = S_MUL(re,l->trig[i])  -  S_MUL(im,l->trig[i+N4]);
118       out[2*i+1] = S_MUL(im,l->trig[i])  +  S_MUL(re,l->trig[i+N4]);
119    }
120
121    /* N/4 complex FFT, which should normally down-scale by 4/N (but doesn't now) */
122    kiss_fft(l->kfft, (const kiss_fft_cpx *)out, (kiss_fft_cpx *)f);
123
124    /* Post-rotate and apply the scaling if the FFT doesn't to it itself */
125    for(i=0;i<N4;i++)
126    {
127       out[2*i]      = -S_MUL(f[2*i+1],l->trig[i+N4]) + S_MUL(f[2*i]  ,l->trig[i]);
128       out[N2-1-2*i] = -S_MUL(f[2*i]  ,l->trig[i+N4]) - S_MUL(f[2*i+1],l->trig[i]);
129    }
130 }
131
132
133 void mdct_backward(mdct_lookup *l, kiss_fft_scalar *in, kiss_fft_scalar *out)
134 {
135    int i;
136    int N, N2, N4, N8;
137    VARDECL(kiss_fft_scalar *f);
138    N = l->n;
139    N2 = N/2;
140    N4 = N/4;
141    N8 = N/8;
142    ALLOC(f, N2, kiss_fft_scalar);
143    
144    /* Pre-rotate */
145    for(i=0;i<N4;i++) 
146    {
147       out[2*i]   = -S_MUL(in[N2-2*i-1], l->trig[i])    - S_MUL(in[2*i],l->trig[i+N4]);
148       out[2*i+1] =  S_MUL(in[N2-2*i-1], l->trig[i+N4]) - S_MUL(in[2*i],l->trig[i]);
149    }
150
151    /* Inverse N/4 complex FFT. This one should *not* downscale even in fixed-point */
152    kiss_ifft(l->kfft, (const kiss_fft_cpx *)out, (kiss_fft_cpx *)f);
153    
154    /* Post-rotate */
155    for(i=0;i<N4;i++)
156    {
157       kiss_fft_scalar re, im;
158       re = f[2*i];
159       im = f[2*i+1];
160       /* We'd scale up by 2 here, but instead it's done when mixing the windows */
161       f[2*i]   = S_MUL(re,l->trig[i]) + S_MUL(im,l->trig[i+N4]);
162       f[2*i+1] = S_MUL(im,l->trig[i]) - S_MUL(re,l->trig[i+N4]);
163    }
164    /* De-shuffle the components for the middle of the window only */
165    for(i = 0; i < N4; i++)
166    {
167       out[N4+2*i]   =-f[2*i];
168       out[N4+2*i+1] = f[N2-2*i-1];
169    }
170
171    /* Mirror on both sides for TDAC */
172    for(i = 0; i < N4; i++)
173    {
174       out[i]     =-out[N2-i-1];
175       out[N-i-1] = out[N2+i];
176    }
177 }
178
179