Decision on whether to use pitch is now taken only based on energy in the
[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 "kfft_double.h"
51 #include <math.h>
52 #include "os_support.h"
53 #include "mathops.h"
54 #include "stack_alloc.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;
64    l->n = N;
65    N2 = N>>1;
66    l->kfft = cpx32_fft_alloc(N>>2);
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(EXTEND32(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    cpx32_fft_free(l->kfft);
86    celt_free(l->trig);
87 }
88
89 void mdct_forward(const mdct_lookup *l, kiss_fft_scalar *in, kiss_fft_scalar * restrict out)
90 {
91    int i;
92    int N, N2, N4;
93    VARDECL(kiss_fft_scalar, f);
94    SAVE_STACK;
95    N = l->n;
96    N2 = N>>1;
97    N4 = N>>2;
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<N/8;i++)
103    {
104       kiss_fft_scalar re, im;
105       /* Real part arranged as -d-cR, Imag part arranged as -b+aR*/
106       re = -HALF32(in[N2+N4+2*i] + in[N2+N4-2*i-1]);
107       im = -HALF32(in[N4+2*i]    - in[N4-2*i-1]);
108       /* We could remove the HALF32 above and just use MULT16_32_Q16 below
109          (MIXED_PRECISION only) */
110       out[2*i]   = S_MUL(re,l->trig[i])  -  S_MUL(im,l->trig[i+N4]);
111       out[2*i+1] = S_MUL(im,l->trig[i])  +  S_MUL(re,l->trig[i+N4]);
112    }
113    for(;i<N4;i++)
114    {
115       kiss_fft_scalar re, im;
116       /* Real part arranged as a-bR, Imag part arranged as -c-dR */
117       re =  HALF32(in[2*i-N4] - in[N2+N4-2*i-1]);
118       im = -HALF32(in[N4+2*i] + in[N+N4-2*i-1]);
119       /* We could remove the HALF32 above and just use MULT16_32_Q16 below
120          (MIXED_PRECISION only) */
121       out[2*i]   = S_MUL(re,l->trig[i])  -  S_MUL(im,l->trig[i+N4]);
122       out[2*i+1] = S_MUL(im,l->trig[i])  +  S_MUL(re,l->trig[i+N4]);
123    }
124
125    /* N/4 complex FFT, which should normally down-scale by 4/N (but doesn't now) */
126    cpx32_fft(l->kfft, out, f, N4);
127
128    /* Post-rotate and apply the scaling if the FFT doesn't to it itself */
129    for(i=0;i<N4;i++)
130    {
131       out[2*i]      = -S_MUL(f[2*i+1],l->trig[i+N4]) + S_MUL(f[2*i]  ,l->trig[i]);
132       out[N2-1-2*i] = -S_MUL(f[2*i]  ,l->trig[i+N4]) - S_MUL(f[2*i+1],l->trig[i]);
133    }
134    RESTORE_STACK;
135 }
136
137
138 void mdct_backward(const mdct_lookup *l, kiss_fft_scalar *in, kiss_fft_scalar * restrict out)
139 {
140    int i;
141    int N, N2, N4;
142    VARDECL(kiss_fft_scalar, f);
143    SAVE_STACK;
144    N = l->n;
145    N2 = N>>1;
146    N4 = N>>2;
147    ALLOC(f, N2, kiss_fft_scalar);
148    
149    /* Pre-rotate */
150    for(i=0;i<N4;i++) 
151    {
152       out[2*i]   = -S_MUL(in[N2-2*i-1], l->trig[i])    - S_MUL(in[2*i],l->trig[i+N4]);
153       out[2*i+1] =  S_MUL(in[N2-2*i-1], l->trig[i+N4]) - S_MUL(in[2*i],l->trig[i]);
154    }
155
156    /* Inverse N/4 complex FFT. This one should *not* downscale even in fixed-point */
157    cpx32_ifft(l->kfft, out, f, N4);
158    
159    /* Post-rotate */
160    for(i=0;i<N4;i++)
161    {
162       kiss_fft_scalar re, im;
163       re = f[2*i];
164       im = f[2*i+1];
165       /* We'd scale up by 2 here, but instead it's done when mixing the windows */
166       f[2*i]   = S_MUL(re,l->trig[i]) + S_MUL(im,l->trig[i+N4]);
167       f[2*i+1] = S_MUL(im,l->trig[i]) - S_MUL(re,l->trig[i+N4]);
168    }
169    /* De-shuffle the components for the middle of the window only */
170    for(i = 0; i < N4; i++)
171    {
172       out[N4+2*i]   =-f[2*i];
173       out[N4+2*i+1] = f[N2-2*i-1];
174    }
175
176    /* Mirror on both sides for TDAC */
177    for(i = 0; i < N4; i++)
178    {
179       out[i]     =-out[N2-i-1];
180       out[N-i-1] = out[N2+i];
181    }
182    RESTORE_STACK;
183 }
184
185