some index work (simplifications for dumb compilers) on IMDCT
[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    {
103       /* Temp pointers to make it really clear to the compiler what we're doing */
104       const kiss_fft_scalar * restrict xp1 = in+N4;
105       const kiss_fft_scalar * restrict xp2 = in+N2+N4-1;
106       kiss_fft_scalar * restrict yp = out;
107       for(i=0;i<N/8;i++)
108       {
109          kiss_fft_scalar re, im;
110          /* Real part arranged as -d-cR, Imag part arranged as -b+aR*/
111          re = -HALF32(xp1[N2] + *xp2);
112          im = -HALF32(*xp1    - xp2[-N2]);
113          xp1+=2;
114          xp2-=2;
115          /* We could remove the HALF32 above and just use MULT16_32_Q16 below
116             (MIXED_PRECISION only) */
117          *yp++ = S_MUL(re,l->trig[i])  -  S_MUL(im,l->trig[i+N4]);
118          *yp++ = S_MUL(im,l->trig[i])  +  S_MUL(re,l->trig[i+N4]);
119       }
120       for(;i<N4;i++)
121       {
122          kiss_fft_scalar re, im;
123          /* Real part arranged as a-bR, Imag part arranged as -c-dR */
124          re =  HALF32(xp1[-N2] - *xp2);
125          im = -HALF32(*xp1 + xp2[N2]);
126          xp1+=2;
127          xp2-=2;
128          /* We could remove the HALF32 above and just use MULT16_32_Q16 below
129             (MIXED_PRECISION only) */
130          *yp++ = S_MUL(re,l->trig[i])  -  S_MUL(im,l->trig[i+N4]);
131          *yp++ = S_MUL(im,l->trig[i])  +  S_MUL(re,l->trig[i+N4]);
132       }
133    }
134
135    /* N/4 complex FFT, which should normally down-scale by 4/N (but doesn't now) */
136    cpx32_fft(l->kfft, out, f, N4);
137
138    /* Post-rotate and apply the scaling if the FFT doesn't to it itself */
139    {
140       /* Temp pointers to make it really clear to the compiler what we're doing */
141       const kiss_fft_scalar * restrict fp = f;
142       kiss_fft_scalar * restrict yp1 = out;
143       kiss_fft_scalar * restrict yp2 = out+N2-1;
144       /* Temp pointers to make it really clear to the compiler what we're doing */
145       for(i=0;i<N4;i++)
146       {
147          *yp1 = -S_MUL(fp[1],l->trig[i+N4]) + S_MUL(fp[0],l->trig[i]);
148          *yp2 = -S_MUL(fp[0],l->trig[i+N4]) - S_MUL(fp[1],l->trig[i]);
149          fp += 2;
150          yp1 += 2;
151          yp2 -= 2;
152       }
153    }
154    RESTORE_STACK;
155 }
156
157
158 void mdct_backward(const mdct_lookup *l, kiss_fft_scalar *in, kiss_fft_scalar * restrict out)
159 {
160    int i;
161    int N, N2, N4;
162    VARDECL(kiss_fft_scalar, f);
163    SAVE_STACK;
164    N = l->n;
165    N2 = N>>1;
166    N4 = N>>2;
167    ALLOC(f, N2, kiss_fft_scalar);
168    
169    /* Pre-rotate */
170    {
171       /* Temp pointers to make it really clear to the compiler what we're doing */
172       const kiss_fft_scalar * restrict xp1 = in;
173       const kiss_fft_scalar * restrict xp2 = in+N2-1;
174       kiss_fft_scalar * restrict yp = out;
175       for(i=0;i<N4;i++) 
176       {
177          *yp++ = -S_MUL(*xp2, l->trig[i])    - S_MUL(*xp1,l->trig[i+N4]);
178          *yp++ =  S_MUL(*xp2, l->trig[i+N4]) - S_MUL(*xp1,l->trig[i]);
179          xp1+=2;
180          xp2-=2;
181       }
182    }
183
184    /* Inverse N/4 complex FFT. This one should *not* downscale even in fixed-point */
185    cpx32_ifft(l->kfft, out, f, N4);
186    
187    /* Post-rotate */
188    {
189       kiss_fft_scalar * restrict fp = f;
190       for(i=0;i<N4;i++)
191       {
192          kiss_fft_scalar re, im;
193          re = fp[0];
194          im = fp[1];
195          /* We'd scale up by 2 here, but instead it's done when mixing the windows */
196          fp[0] = S_MUL(re,l->trig[i]) + S_MUL(im,l->trig[i+N4]);
197          fp[1] = S_MUL(im,l->trig[i]) - S_MUL(re,l->trig[i+N4]);
198          fp += 2;
199       }
200    }
201    /* De-shuffle the components for the middle of the window only */
202    {
203       const kiss_fft_scalar * restrict fp1 = f;
204       const kiss_fft_scalar * restrict fp2 = f+N2-1;
205       kiss_fft_scalar * restrict yp = out+N4;
206       for(i = 0; i < N4; i++)
207       {
208          *yp++ =-*fp1;
209          *yp++ = *fp2;
210          fp1 += 2;
211          fp2 -= 2;
212       }
213    }
214
215    /* Mirror on both sides for TDAC */
216    {
217       const kiss_fft_scalar * restrict xp1 = out+N2-1;
218       const kiss_fft_scalar * restrict xp2 = out+N2;
219       kiss_fft_scalar * restrict yp1 = out;
220       kiss_fft_scalar * restrict yp2 = out+N-1;
221       for(i = 0; i < N4; i++)
222       {
223          *yp1++ =-*xp1--;
224          *yp2-- = *xp2++;
225       }
226    }
227    RESTORE_STACK;
228 }
229
230