cwrs.c links to derf's article on pulse vector encoding.
[opus.git] / libcelt / psy.c
1 /* (C) 2007 Jean-Marc Valin, CSIRO
2 */
3 /*
4    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
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    
15    - Neither the name of the Xiph.org Foundation nor the names of its
16    contributors may be used to endorse or promote products derived from
17    this software without specific prior written permission.
18    
19    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
20    ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
21    LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
22    A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE FOUNDATION OR
23    CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
24    EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
25    PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
26    PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
27    LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
28    NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
29    SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
30 */
31
32 #include "psy.h"
33 #include <math.h>
34 #include "os_support.h"
35
36 /* The Vorbis freq<->Bark mapping */
37 #define toBARK(n)   (13.1f*atan(.00074f*(n))+2.24f*atan((n)*(n)*1.85e-8f)+1e-4f*(n))
38 #define fromBARK(z) (102.f*(z)-2.f*pow(z,2.f)+.4f*pow(z,3.f)+pow(1.46f,z)-1.f)
39
40
41 /* Psychoacoustic spreading function. The idea here is compute a first order 
42    recursive filter. The filter coefficient is frequency dependent and 
43    chosen such that we have a -10dB/Bark slope on the right side and a -25dB/Bark
44    slope on the left side. */
45 void psydecay_init(struct PsyDecay *decay, int len, int Fs)
46 {
47    int i;
48    decay->decayR = celt_alloc(sizeof(float)*len);
49    decay->decayL = celt_alloc(sizeof(float)*len);
50    for (i=0;i<len;i++)
51    {
52       float f;
53       float deriv;
54       /* Real frequency (in Hz) */
55       f = Fs*i*(1/(2.f*len));
56       /* This is the derivative of the Vorbis freq->Bark function (see above) */
57       deriv = (8.288e-8 * f)/(3.4225e-16 *f*f*f*f + 1) +  .009694/(5.476e-7 *f*f + 1) + 1e-4;
58       /* Back to FFT bin units */
59       deriv *= Fs*(1/(2.f*len));
60       /* decay corresponding to -10dB/Bark */
61       decay->decayR[i] = pow(.1f, deriv);
62       /* decay corresponding to -25dB/Bark */
63       decay->decayL[i] = pow(0.0031623f, deriv);
64       //printf ("%f %f\n", decayL[i], decayR[i]);
65    }
66 }
67
68 void psydecay_clear(struct PsyDecay *decay)
69 {
70    celt_free(decay->decayR);
71    celt_free(decay->decayL);
72 }
73
74 static void spreading_func(struct PsyDecay *d, float *psd, float *mask, int len, int Fs)
75 {
76    int i;
77    float mem;
78    //for (i=0;i<len;i++) printf ("%f ", psd[i]);
79    /* Compute right slope (-10 dB/Bark) */
80    mem=psd[0];
81    for (i=0;i<len;i++)
82    {
83       mask[i] = (1-d->decayR[i])*psd[i] + d->decayR[i]*mem;
84       mem = mask[i];
85    }
86    /* Compute left slope (-25 dB/Bark) */
87    mem=mask[len-1];
88    for (i=len-1;i>=0;i--)
89    {
90       mask[i] = (1-d->decayR[i])*mask[i] + d->decayL[i]*mem;
91       mem = mask[i];
92    }
93    //for (i=0;i<len;i++) printf ("%f ", mask[i]); printf ("\n");
94 #if 0 /* Prints signal and mask energy per critical band */
95    for (i=0;i<25;i++)
96    {
97       int start,end;
98       int j;
99       float Esig=0, Emask=0;
100       start = (int)floor(fromBARK((float)i)*(2*len)/Fs);
101       if (start<0)
102          start = 0;
103       end = (int)ceil(fromBARK((float)(i+1))*(2*len)/Fs);
104       if (end<=start)
105          end = start+1;
106       if (end>len-1)
107          end = len-1;
108       for (j=start;j<end;j++)
109       {
110          Esig += psd[j];
111          Emask += mask[j];
112       }
113       printf ("%f %f ", Esig, Emask);
114    }
115    printf ("\n");
116 #endif
117 }
118
119 /* Compute a marking threshold from the spectrum X. */
120 void compute_masking(struct PsyDecay *decay, float *X, float *mask, int len, int Fs)
121 {
122    int i;
123    int N=len/2;
124    float psd[N];
125    psd[0] = X[0]*X[0];
126    for (i=1;i<N;i++)
127       psd[i] = X[i*2]*X[i*2] + X[i*2+1]*X[i*2+1];
128    /* TODO: Do tone masking */
129    /* Noise masking */
130    spreading_func(decay, psd, mask, N, Fs);
131    
132 }
133
134 void compute_mdct_masking(struct PsyDecay *decay, float *X, float *mask, int len, int Fs)
135 {
136    int i;
137    float psd[len];
138    for (i=0;i<len;i++)
139       mask[i] = X[i]*X[i];
140    for (i=1;i<len-1;i++)
141       psd[i] = .5*mask[i] + .25*(mask[i-1]+mask[i+1]);
142    //psd[0] = .5*mask[0]+.25*(mask[1]+mask[2]);
143    psd[0] = .5*mask[0]+.5*mask[1];
144    psd[len-1] = .5*(mask[len-1]+mask[len-2]);
145    /* TODO: Do tone masking */
146    /* Noise masking */
147    spreading_func(decay, psd, mask, len, Fs);
148    
149 }