Everything converted to use kiss-fft. Got rid of smallft and fftwrap.
[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
35 /* The Vorbis freq<->Bark mapping */
36 #define toBARK(n)   (13.1f*atan(.00074f*(n))+2.24f*atan((n)*(n)*1.85e-8f)+1e-4f*(n))
37 #define fromBARK(z) (102.f*(z)-2.f*pow(z,2.f)+.4f*pow(z,3.f)+pow(1.46f,z)-1.f)
38
39 /* Psychoacoustic spreading function. The idea here is compute a first order 
40    recursive filter. The filter coefficient is frequency dependent and 
41    chosen such that we have a -10dB/Bark slope on the right side and a -25dB/Bark
42    slope on the left side. */
43 static void spreading_func(float *psd, float *mask, int len, int Fs)
44 {
45    int i;
46    float decayL[len], decayR[len];
47    float mem;
48    //for (i=0;i<len;i++) printf ("%f ", psd[i]);
49    /* This can easily be tabulated, which makes the function very fast. */
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       decayR[i] = pow(.1f, deriv);
62       /* decay corresponding to -25dB/Bark */
63       decayL[i] = pow(0.0031623f, deriv);
64       //printf ("%f %f\n", decayL[i], decayR[i]);
65    }
66    /* Compute right slope (-10 dB/Bark) */
67    mem=psd[0];
68    for (i=0;i<len;i++)
69    {
70       mask[i] = (1-decayR[i])*psd[i] + decayR[i]*mem;
71       mem = mask[i];
72    }
73    /* Compute left slope (-25 dB/Bark) */
74    mem=mask[len-1];
75    for (i=len-1;i>=0;i--)
76    {
77       mask[i] = (1-decayR[i])*mask[i] + decayL[i]*mem;
78       mem = mask[i];
79    }
80    //for (i=0;i<len;i++) printf ("%f ", mask[i]); printf ("\n");
81 #if 0 /* Prints signal and mask energy per critical band */
82    for (i=0;i<25;i++)
83    {
84       int start,end;
85       int j;
86       float Esig=0, Emask=0;
87       start = (int)floor(fromBARK((float)i)*(2*len)/Fs);
88       if (start<0)
89          start = 0;
90       end = (int)ceil(fromBARK((float)(i+1))*(2*len)/Fs);
91       if (end<=start)
92          end = start+1;
93       if (end>len-1)
94          end = len-1;
95       for (j=start;j<end;j++)
96       {
97          Esig += psd[j];
98          Emask += mask[j];
99       }
100       printf ("%f %f ", Esig, Emask);
101    }
102    printf ("\n");
103 #endif
104 }
105
106 /* Compute a marking threshold from the spectrum X. */
107 void compute_masking(float *X, float *mask, int len, int Fs)
108 {
109    int i;
110    int N=len/2;
111    float psd[N];
112    psd[0] = X[0]*X[0];
113    for (i=1;i<N;i++)
114       psd[i] = X[i*2]*X[i*2] + X[i*2+1]*X[i*2+1];
115    /* TODO: Do tone masking */
116    /* Noise masking */
117    spreading_func(psd, mask, N, Fs);
118    
119 }
120
121 void compute_mdct_masking(float *X, float *mask, int len, int Fs)
122 {
123    int i;
124    float psd[len];
125    float mem;
126    for (i=0;i<len;i++)
127       mask[i] = X[i]*X[i];
128    for (i=1;i<len-1;i++)
129       psd[i] = .5*mask[i] + .25*(mask[i-1]+mask[i+1]);
130    //psd[0] = .5*mask[0]+.25*(mask[1]+mask[2]);
131    psd[0] = .5*mask[0]+.5*mask[1];
132    psd[len-1] = .5*(mask[len-1]+mask[len-2]);
133    /* TODO: Do tone masking */
134    /* Noise masking */
135    spreading_func(psd, mask, len, Fs);
136    
137 }