first step for removing the number of channels from the mode
[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
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15    
16    - Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
17    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
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19    
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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 #include "modes.h"
51 #include "stack_alloc.h"
52
53 kiss_fftr_cfg pitch_state_alloc(int max_lag)
54 {
55    return real16_fft_alloc(max_lag);
56 }
57
58 void pitch_state_free(kiss_fftr_cfg st)
59 {
60    real16_fft_free(st);
61 }
62
63 #ifdef FIXED_POINT
64 static void normalise16(celt_word16_t *x, int len, celt_word16_t val)
65 {
66    int i;
67    celt_word16_t maxabs;
68    maxabs = celt_maxabs16(x,len);
69    if (maxabs > val)
70    {
71       int shift = 0;
72       while (maxabs > val)
73       {
74          maxabs >>= 1;
75          shift++;
76       }
77       if (shift==0)
78          return;
79       i=0;
80       do{
81          x[i] = SHR16(x[i], shift);
82       } while (++i<len);
83    } else {
84       int shift=0;
85       if (maxabs == 0)
86          return;
87       val >>= 1;
88       while (maxabs < val)
89       {
90          val >>= 1;
91          shift++;
92       }
93       if (shift==0)
94          return;
95       i=0;
96       do{
97          x[i] = SHL16(x[i], shift);
98       } while (++i<len);
99    }
100 }
101 #else
102 #define normalise16(x,len,val)
103 #endif
104
105 #define INPUT_SHIFT 15
106
107 void find_spectral_pitch(const CELTMode *m, kiss_fftr_cfg fft, const struct PsyDecay *decay, const celt_sig_t * restrict x, const celt_sig_t * restrict y, const celt_word16_t * restrict window, celt_word16_t * restrict spectrum, int len, int max_pitch, int *pitch, int _C)
108 {
109    int c, i;
110    VARDECL(celt_word16_t, _X);
111    VARDECL(celt_word16_t, _Y);
112    const celt_word16_t * restrict wptr;
113 #ifndef SHORTCUTS
114    VARDECL(celt_mask_t, curve);
115 #endif
116    celt_word16_t * restrict X, * restrict Y;
117    celt_word16_t * restrict Xptr, * restrict Yptr;
118    const celt_sig_t * restrict yptr;
119    int n2;
120    int L2;
121    const int C = CHANNELS(_C);
122    const int overlap = OVERLAP(m);
123    const int lag = MAX_PERIOD;
124    SAVE_STACK;
125    n2 = lag>>1;
126    L2 = len>>1;
127    ALLOC(_X, lag, celt_word16_t);
128    X = _X;
129 #ifndef SHORTCUTS
130    ALLOC(curve, n2, celt_mask_t);
131 #endif
132    CELT_MEMSET(X,0,lag);
133    /* Sum all channels of the current frame and copy into X in bit-reverse order */
134    for (c=0;c<C;c++)
135    {
136       const celt_sig_t * restrict xptr = &x[c];
137       for (i=0;i<L2;i++)
138       {
139          X[2*BITREV(fft,i)] += SHR32(*xptr,INPUT_SHIFT);
140          xptr += C;
141          X[2*BITREV(fft,i)+1] += SHR32(*xptr,INPUT_SHIFT);
142          xptr += C;
143       }
144    }
145    /* Applying the window in the bit-reverse domain. It's a bit weird, but it
146       can help save memory */
147    wptr = window;
148    for (i=0;i<overlap>>1;i++)
149    {
150       X[2*BITREV(fft,i)]        = MULT16_16_Q15(wptr[0], X[2*BITREV(fft,i)]);
151       X[2*BITREV(fft,i)+1]      = MULT16_16_Q15(wptr[1], X[2*BITREV(fft,i)+1]);
152       X[2*BITREV(fft,L2-i-1)]   = MULT16_16_Q15(wptr[1], X[2*BITREV(fft,L2-i-1)]);
153       X[2*BITREV(fft,L2-i-1)+1] = MULT16_16_Q15(wptr[0], X[2*BITREV(fft,L2-i-1)+1]);
154       wptr += 2;
155    }
156    normalise16(X, lag, 8192);
157    /*for (i=0;i<lag;i++) printf ("%d ", X[i]);printf ("\n");*/
158    /* Forward real FFT (in-place) */
159    real16_fft_inplace(fft, X, lag);
160
161    if (spectrum)
162    {
163       for (i=0;i<lag/4;i++)
164       {
165          spectrum[2*i] = X[4*i];
166          spectrum[2*i+1] = X[4*i+1];
167       }
168    }
169 #ifndef SHORTCUTS
170    compute_masking(decay, X, curve, lag);
171 #endif
172    
173    /* Deferred allocation to reduce peak stack usage */
174    ALLOC(_Y, lag, celt_word16_t);
175    Y = _Y;
176    yptr = &y[0];
177    /* Copy first channel of the past audio into Y in bit-reverse order */
178    for (i=0;i<n2;i++)
179    {
180       Y[2*BITREV(fft,i)] = SHR32(*yptr,INPUT_SHIFT);
181       yptr += C;
182       Y[2*BITREV(fft,i)+1] = SHR32(*yptr,INPUT_SHIFT);
183       yptr += C;
184    }
185    /* Add remaining channels into Y in bit-reverse order */
186    for (c=1;c<C;c++)
187    {
188       yptr = &y[c];
189       for (i=0;i<n2;i++)
190       {
191          Y[2*BITREV(fft,i)] += SHR32(*yptr,INPUT_SHIFT);
192          yptr += C;
193          Y[2*BITREV(fft,i)+1] += SHR32(*yptr,INPUT_SHIFT);
194          yptr += C;
195       }
196    }
197    normalise16(Y, lag, 8192);
198    /* Forward real FFT (in-place) */
199    real16_fft_inplace(fft, Y, lag);
200
201    /* Compute cross-spectrum using the inverse masking curve as weighting */
202    Xptr = &X[2];
203    Yptr = &Y[2];
204    for (i=1;i<n2;i++)
205    {
206       celt_word16_t Xr, Xi, n;
207       /* weight = 1/sqrt(curve) */
208       Xr = Xptr[0];
209       Xi = Xptr[1];
210 #ifdef SHORTCUTS
211       /*n = SHR32(32767,(celt_ilog2(EPSILON+curve[i])>>1));*/
212       n = 1+(8192>>(celt_ilog2(1+MULT16_16(Xr,Xr)+MULT16_16(Xi,Xi))>>1));
213       /* Pre-multiply X by n, so we can keep everything in 16 bits */
214       Xr = MULT16_16_16(n, Xr);
215       Xi = MULT16_16_16(n, Xi);
216 #else
217       n = celt_rsqrt(EPSILON+curve[i]);
218       /* Pre-multiply X by n, so we can keep everything in 16 bits */
219       Xr = EXTRACT16(SHR32(MULT16_16(n, Xr),3));
220       Xi = EXTRACT16(SHR32(MULT16_16(n, Xi),3));
221 #endif
222       /* Cross-spectrum between X and conj(Y) */
223       *Xptr++ = ADD16(MULT16_16_Q15(Xr, Yptr[0]), MULT16_16_Q15(Xi,Yptr[1]));
224       *Xptr++ = SUB16(MULT16_16_Q15(Xr, Yptr[1]), MULT16_16_Q15(Xi,Yptr[0]));
225       Yptr += 2;
226    }
227    /*printf ("\n");*/
228    X[0] = X[1] = 0;
229    /*for (i=0;i<lag;i++) printf ("%d ", X[i]);printf ("\n");*/
230    normalise16(X, lag, 50);
231    /* Inverse half-complex to real FFT gives us the correlation */
232    real16_ifft(fft, X, Y, lag);
233    
234    /* The peak in the correlation gives us the pitch */
235    *pitch = find_max16(Y, max_pitch);
236    RESTORE_STACK;
237 }