Making sure not to use the C library calls directly
[opus.git] / libcelt / mdct.c
1 /* (C) 2008 Jean-Marc Valin, CSIRO
2 */
3 /*
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5    modification, are permitted provided that the following conditions
6    are met:
7    
8    - Redistributions of source code must retain the above copyright
9    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10    
11    - Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
12    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
13    documentation and/or other materials provided with the distribution.
14    
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29    SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
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 #include "stack_alloc.h"
56
57 #ifndef M_PI
58 #define M_PI 3.141592653
59 #endif
60
61 void mdct_init(mdct_lookup *l,int N)
62 {
63    int i;
64    int N2, N4;
65    l->n = N;
66    N2 = N/2;
67    N4 = N/4;
68    l->kfft = kiss_fft_alloc(N4, NULL, NULL);
69    l->trig = (kiss_twiddle_scalar*)celt_alloc(N2*sizeof(kiss_twiddle_scalar));
70    /* We have enough points that sine isn't necessary */
71 #if defined(FIXED_POINT)
72 #if defined(DOUBLE_PRECISION) & !defined(MIXED_PRECISION)
73    for (i=0;i<N2;i++)
74       l->trig[i] = SAMP_MAX*cos(2*M_PI*(i+1./8.)/N);
75 #else
76    for (i=0;i<N2;i++)
77       l->trig[i] = TRIG_UPSCALE*celt_cos_norm(DIV32(ADD32(SHL32(EXTEND32(i),17),16386),N));
78 #endif
79 #else
80    for (i=0;i<N2;i++)
81       l->trig[i] = cos(2*M_PI*(i+1./8.)/N);
82 #endif
83 }
84
85 void mdct_clear(mdct_lookup *l)
86 {
87    kiss_fft_free(l->kfft);
88    celt_free(l->trig);
89 }
90
91 void mdct_forward(const mdct_lookup *l, kiss_fft_scalar *in, kiss_fft_scalar *out)
92 {
93    int i;
94    int N, N2, N4;
95    VARDECL(kiss_fft_scalar, f);
96    SAVE_STACK;
97    N = l->n;
98    N2 = N/2;
99    N4 = N/4;
100    ALLOC(f, N2, kiss_fft_scalar);
101    
102    /* Consider the input to be compused of four blocks: [a, b, c, d] */
103    /* Shuffle, fold, pre-rotate (part 1) */
104    for(i=0;i<N/8;i++)
105    {
106       kiss_fft_scalar re, im;
107       /* Real part arranged as -d-cR, Imag part arranged as -b+aR*/
108       re = -HALF32(in[N2+N4+2*i] + in[N2+N4-2*i-1]);
109       im = -HALF32(in[N4+2*i]    - in[N4-2*i-1]);
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       out[2*i]   = S_MUL(re,l->trig[i])  -  S_MUL(im,l->trig[i+N4]);
120       out[2*i+1] = S_MUL(im,l->trig[i])  +  S_MUL(re,l->trig[i+N4]);
121    }
122
123    /* N/4 complex FFT, which should normally down-scale by 4/N (but doesn't now) */
124    kiss_fft(l->kfft, (const kiss_fft_cpx *)out, (kiss_fft_cpx *)f);
125
126    /* Post-rotate and apply the scaling if the FFT doesn't to it itself */
127    for(i=0;i<N4;i++)
128    {
129       out[2*i]      = -S_MUL(f[2*i+1],l->trig[i+N4]) + S_MUL(f[2*i]  ,l->trig[i]);
130       out[N2-1-2*i] = -S_MUL(f[2*i]  ,l->trig[i+N4]) - S_MUL(f[2*i+1],l->trig[i]);
131    }
132    RESTORE_STACK;
133 }
134
135
136 void mdct_backward(const mdct_lookup *l, kiss_fft_scalar *in, kiss_fft_scalar *out)
137 {
138    int i;
139    int N, N2, N4;
140    VARDECL(kiss_fft_scalar, f);
141    SAVE_STACK;
142    N = l->n;
143    N2 = N/2;
144    N4 = N/4;
145    ALLOC(f, N2, kiss_fft_scalar);
146    
147    /* Pre-rotate */
148    for(i=0;i<N4;i++) 
149    {
150       out[2*i]   = -S_MUL(in[N2-2*i-1], l->trig[i])    - S_MUL(in[2*i],l->trig[i+N4]);
151       out[2*i+1] =  S_MUL(in[N2-2*i-1], l->trig[i+N4]) - S_MUL(in[2*i],l->trig[i]);
152    }
153
154    /* Inverse N/4 complex FFT. This one should *not* downscale even in fixed-point */
155    kiss_ifft(l->kfft, (const kiss_fft_cpx *)out, (kiss_fft_cpx *)f);
156    
157    /* Post-rotate */
158    for(i=0;i<N4;i++)
159    {
160       kiss_fft_scalar re, im;
161       re = f[2*i];
162       im = f[2*i+1];
163       /* We'd scale up by 2 here, but instead it's done when mixing the windows */
164       f[2*i]   = S_MUL(re,l->trig[i]) + S_MUL(im,l->trig[i+N4]);
165       f[2*i+1] = S_MUL(im,l->trig[i]) - S_MUL(re,l->trig[i+N4]);
166    }
167    /* De-shuffle the components for the middle of the window only */
168    for(i = 0; i < N4; i++)
169    {
170       out[N4+2*i]   =-f[2*i];
171       out[N4+2*i+1] = f[N2-2*i-1];
172    }
173
174    /* Mirror on both sides for TDAC */
175    for(i = 0; i < N4; i++)
176    {
177       out[i]     =-out[N2-i-1];
178       out[N-i-1] = out[N2+i];
179    }
180    RESTORE_STACK;
181 }
182
183