Removed unnecessary header inclusions
[opus.git] / libcelt / pitch.c
1 /* (C) 2007-2008 Jean-Marc Valin, CSIRO
2 */
3 /**
4    @file pitch.c
5    @brief Pitch analysis
6  */
7
8 /*
9    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
10    modification, are permitted provided that the following conditions
11    are met:
12    
13    - Redistributions of source code must retain the above copyright
14    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
15    
16    - Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
17    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
18    documentation and/or other materials provided with the distribution.
19    
20    - Neither the name of the Xiph.org Foundation nor the names of its
21    contributors may be used to endorse or promote products derived from
22    this software without specific prior written permission.
23    
24    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
25    ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
26    LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
27    A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE FOUNDATION OR
28    CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
29    EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
30    PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
31    PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
32    LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
33    NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
34    SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
35 */
36
37
38 #ifdef HAVE_CONFIG_H
39 #include "config.h"
40 #endif
41
42 /*#include "_kiss_fft_guts.h"
43 #include "kiss_fftr.h"*/
44 #include "kfft_single.h"
45
46 #include "pitch.h"
47 #include "psy.h"
48 #include "os_support.h"
49 #include "mathops.h"
50
51 kiss_fftr_cfg pitch_state_alloc(int max_lag)
52 {
53    return kiss_fftr_alloc_celt_single(max_lag, 0, 0);
54 }
55
56 void pitch_state_free(kiss_fftr_cfg st)
57 {
58    kiss_fft_free(st);
59 }
60
61 #ifdef FIXED_POINT
62 static void normalise16(celt_word16_t *x, int len, celt_word16_t val)
63 {
64    int i;
65    celt_word16_t maxval = 0;
66    for (i=0;i<len;i++)
67       maxval = MAX16(maxval, ABS16(x[i]));
68    if (maxval > val)
69    {
70       int shift = 0;
71       while (maxval > val)
72       {
73          maxval >>= 1;
74          shift++;
75       }
76       if (shift==0)
77          return;
78       for (i=0;i<len;i++)
79          x[i] = SHR16(x[i], shift);
80    } else {
81       int shift=0;
82       if (maxval == 0)
83          return;
84       val >>= 1;
85       while (maxval < val)
86       {
87          val >>= 1;
88          shift++;
89       }
90       if (shift==0)
91          return;
92       for (i=0;i<len;i++)
93          x[i] = SHL16(x[i], shift);
94    }
95 }
96 #else
97 #define normalise16(x,len,val)
98 #endif
99
100 #define INPUT_SHIFT 15
101
102 void find_spectral_pitch(kiss_fftr_cfg fft, const struct PsyDecay *decay, const celt_sig_t *x, const celt_sig_t *y, const celt_word16_t *window, int overlap, int lag, int len, int C, int *pitch)
103 {
104    int c, i;
105    celt_word32_t max_corr;
106    VARDECL(celt_word16_t, X);
107    VARDECL(celt_word16_t, Y);
108    VARDECL(celt_mask_t, curve);
109    int n2;
110    int L2;
111    const int *bitrev;
112    SAVE_STACK;
113    n2 = lag/2;
114    L2 = len/2;
115    ALLOC(X, lag, celt_word16_t);
116    ALLOC(curve, n2, celt_mask_t);
117
118    bitrev = fft->substate->bitrev;
119    for (i=0;i<lag;i++)
120       X[i] = 0;
121    /* Sum all channels of the current frame and copy into X in bit-reverse order */
122    for (c=0;c<C;c++)
123    {
124       for (i=0;i<L2;i++)
125       {
126          X[2*bitrev[i]] += SHR32(x[C*(2*i)+c],INPUT_SHIFT);
127          X[2*bitrev[i]+1] += SHR32(x[C*(2*i+1)+c],INPUT_SHIFT);
128       }
129    }
130    /* Applying the window in the bit-reverse domain. It's a bit weird, but it
131       can help save memory */
132    for (i=0;i<overlap/2;i++)
133    {
134       X[2*bitrev[i]] = MULT16_32_Q15(window[2*i], X[2*bitrev[i]]);
135       X[2*bitrev[i]+1] = MULT16_32_Q15(window[2*i+1], X[2*bitrev[i]+1]);
136       X[2*bitrev[L2-i-1]] = MULT16_32_Q15(window[2*i+1], X[2*bitrev[L2-i-1]]);
137       X[2*bitrev[L2-i-1]+1] = MULT16_32_Q15(window[2*i], X[2*bitrev[L2-i-1]+1]);
138    }
139    normalise16(X, lag, 8192);
140    /*for (i=0;i<lag;i++) printf ("%d ", X[i]);printf ("\n");*/
141    /* Forward real FFT (in-place) */
142    kf_work((kiss_fft_cpx*)X, NULL, 1,1, fft->substate->factors,fft->substate, 1, 1, 1);
143    kiss_fftr_twiddles(fft,X);
144
145    compute_masking(decay, X, curve, lag);
146
147    /* Deferred allocation to reduce peak stack usage */
148    ALLOC(Y, lag, celt_word16_t);
149    for (i=0;i<lag;i++)
150       Y[i] = 0;
151    /* Sum all channels of the past audio and copy into Y in bit-reverse order */
152    for (c=0;c<C;c++)
153    {
154       for (i=0;i<n2;i++)
155       {
156          Y[2*bitrev[i]] += SHR32(y[C*(2*i)+c],INPUT_SHIFT);
157          Y[2*bitrev[i]+1] += SHR32(y[C*(2*i+1)+c],INPUT_SHIFT);
158       }
159    }
160    normalise16(Y, lag, 8192);
161    /* Forward real FFT (in-place) */
162    kf_work((kiss_fft_cpx*)Y, NULL, 1,1, fft->substate->factors,fft->substate, 1, 1, 1);
163    kiss_fftr_twiddles(fft,Y);
164
165    /* Compute cross-spectrum using the inverse masking curve as weighting */
166    for (i=1;i<n2;i++)
167    {
168       celt_word16_t n;
169       celt_word32_t tmp;
170       /*printf ("%d %d ", X[2*i]*X[2*i]+X[2*i+1]*X[2*i+1], Y[2*i]*Y[2*i]+Y[2*i+1]*Y[2*i+1]);*/
171       /*n = DIV32_16(Q15ONE,celt_sqrt(EPSILON+curve[i]));*/
172       n = ROUND(celt_rcp(celt_sqrt(EPSILON+curve[i])),16);
173       /*printf ("%f ", n);*/
174       tmp = X[2*i];
175       X[2*i] = MULT16_32_Q15(n, ADD32(MULT16_16(X[2*i  ],Y[2*i  ]), MULT16_16(X[2*i+1],Y[2*i+1])));
176       X[2*i+1] = MULT16_32_Q15(n, SUB32(MULT16_16(tmp,Y[2*i+1]), MULT16_16(X[2*i+1],Y[2*i  ])));
177    }
178    /*printf ("\n");*/
179    X[0] = X[1] = 0;
180    /*for (i=0;i<lag;i++) printf ("%d ", X[i]);printf ("\n");*/
181    normalise16(X, lag, 50);
182    /* Inverse half-complex to real FFT gives us the correlation */
183    kiss_fftri(fft, X, Y);
184    
185    /* The peak in the correlation gives us the pitch */
186    max_corr=-VERY_LARGE32;
187    *pitch = 0;
188    for (i=0;i<lag-len;i++)
189    {
190       /*printf ("%f ", xx[i]);*/
191       if (Y[i] > max_corr)
192       {
193          *pitch = i;
194          max_corr = Y[i];
195       }
196    }
197    RESTORE_STACK;
198 }