scales down even further in bit-rate
[opus.git] / libcelt / quant_bands.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
33 #include "quant_bands.h"
34 #include "laplace.h"
35 #include <math.h>
36 #include "os_support.h"
37
38 const float eMeans[24] = {45.f, -8.f, -12.f, -2.5f, 1.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f};
39
40 const int frac[24] = {8, 6, 5, 4, 3, 3, 3, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2};
41
42 static void quant_energy_mono(const CELTMode *m, float *eBands, float *oldEBands, int budget, ec_enc *enc)
43 {
44    int i;
45    int bits;
46    float prev = 0;
47    float coef = m->ePredCoef;
48    float error[m->nbEBands];
49    /* The .7 is a heuristic */
50    float beta = .7*coef;
51    bits = ec_enc_tell(enc, 0);
52    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
53    {
54       int qi;
55       float q;
56       float res;
57       float x;
58       float f;
59       float mean = (1-coef)*eMeans[i];
60       x = 20*log10(.3+eBands[i]);
61       res = 6.;
62       //res = 1;
63       f = (x-mean-coef*oldEBands[i]-prev)/res;
64       qi = (int)floor(.5+f);
65       //if (i> 4 && qi<-2)
66       //   qi = -2;
67       //ec_laplace_encode(enc, qi, i==0?11192:6192);
68       //ec_laplace_encode(enc, qi, 8500-i*200);
69       if (ec_enc_tell(enc, 0) - bits > budget)
70          qi = -1;
71       else
72          ec_laplace_encode(enc, qi, 6000-i*200);
73       q = qi*res;
74       error[i] = f - qi;
75       
76       //printf("%d ", qi);
77       //printf("%f %f ", pred+prev+q, x);
78       //printf("%f ", x-pred);
79       
80       oldEBands[i] = mean+coef*oldEBands[i]+prev+q;
81       
82       prev = mean+prev+(1-beta)*q;
83    }
84    //bits = ec_enc_tell(enc, 0) - bits;
85    //printf ("%d\n", bits);
86    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
87    {
88       int q2;
89       float offset = (error[i]+.5)*frac[i];
90       if (ec_enc_tell(enc, 0) - bits +ec_ilog(frac[i])> budget)
91          break;
92       q2 = (int)floor(offset);
93       if (q2 > frac[i]-1)
94          q2 = frac[i]-1;
95       ec_enc_uint(enc, q2, frac[i]);
96       offset = ((q2+.5)/frac[i])-.5;
97       oldEBands[i] += 6.*offset;
98       //printf ("%f ", error[i] - offset);
99    }
100    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
101    {
102       eBands[i] = pow(10, .05*oldEBands[i])-.3;
103       if (eBands[i] < 0)
104          eBands[i] = 0;
105    }
106    //printf ("%d\n", ec_enc_tell(enc, 0)-9);
107
108    //printf ("\n");
109 }
110
111 static void unquant_energy_mono(const CELTMode *m, float *eBands, float *oldEBands, int budget, ec_dec *dec)
112 {
113    int i;
114    int bits;
115    float prev = 0;
116    float coef = m->ePredCoef;
117    /* The .7 is a heuristic */
118    float beta = .7*coef;
119    bits = ec_dec_tell(dec, 0);
120    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
121    {
122       int qi;
123       float q;
124       float res;
125       float mean = (1-coef)*eMeans[i];
126       res = 6.;
127       if (ec_dec_tell(dec, 0) - bits > budget)
128          qi = -1;
129       else
130          qi = ec_laplace_decode(dec, 6000-i*200);
131       q = qi*res;
132       
133       oldEBands[i] = mean+coef*oldEBands[i]+prev+q;
134       
135       prev = mean+prev+(1-beta)*q;
136    }
137    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
138    {
139       int q2;
140       float offset;
141       if (ec_dec_tell(dec, 0) - bits +ec_ilog(frac[i])> budget)
142          break;
143       q2 = ec_dec_uint(dec, frac[i]);
144       offset = ((q2+.5)/frac[i])-.5;
145       oldEBands[i] += 6.*offset;
146    }
147    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
148    {
149       //printf ("%f ", error[i] - offset);
150       eBands[i] = pow(10, .05*oldEBands[i])-.3;
151       if (eBands[i] < 0)
152          eBands[i] = 0;
153    }
154    //printf ("\n");
155 }
156
157
158
159 void quant_energy(const CELTMode *m, float *eBands, float *oldEBands, int budget, ec_enc *enc)
160 {
161    int C;
162    
163    C = m->nbChannels;
164
165    if (C==1)
166       quant_energy_mono(m, eBands, oldEBands, budget, enc);
167    else 
168 #if 1
169    {
170       int c;
171       for (c=0;c<C;c++)
172       {
173          int i;
174          float E[m->nbEBands];
175          for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
176             E[i] = eBands[C*i+c];
177          quant_energy_mono(m, E, oldEBands+c*m->nbEBands, budget/C, enc);
178          for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
179             eBands[C*i+c] = E[i];
180       }
181    }
182 #else
183       if (C==2)
184    {
185       int i;
186       int NB = m->nbEBands;
187       float mid[NB];
188       float side[NB];
189       float left;
190       float right;
191       for (i=0;i<NB;i++)
192       {
193          //left = eBands[C*i];
194          //right = eBands[C*i+1];
195          mid[i] = sqrt(eBands[C*i]*eBands[C*i] + eBands[C*i+1]*eBands[C*i+1]);
196          side[i] = 20*log10((eBands[2*i]+.3)/(eBands[2*i+1]+.3));
197          //printf ("%f %f ", mid[i], side[i]);
198       }
199       //printf ("\n");
200       quant_energy_mono(m, mid, oldEBands, enc);
201       for (i=0;i<NB;i++)
202          side[i] = pow(10.f,floor(.5f+side[i])/10.f);
203          
204       //quant_energy_side(m, side, oldEBands+NB, enc);
205       for (i=0;i<NB;i++)
206       {
207          eBands[C*i] = mid[i]*sqrt(side[i]/(1.f+side[i]));
208          eBands[C*i+1] = mid[i]*sqrt(1.f/(1.f+side[i]));
209          //printf ("%f %f ", mid[i], side[i]);
210       }
211
212    } else {
213       celt_fatal("more than 2 channels not supported");
214    }
215 #endif
216 }
217
218
219
220 void unquant_energy(const CELTMode *m, float *eBands, float *oldEBands, int budget, ec_dec *dec)
221 {
222    int C;   
223    C = m->nbChannels;
224
225    if (C==1)
226       unquant_energy_mono(m, eBands, oldEBands, budget, dec);
227    else {
228       int c;
229       for (c=0;c<C;c++)
230       {
231          int i;
232          float E[m->nbEBands];
233          unquant_energy_mono(m, E, oldEBands+c*m->nbEBands, budget/C, dec);
234          for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
235             eBands[C*i+c] = E[i];
236       }
237    }
238 }