Introducing a (very) crude budget for the energy encoder.
[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       ec_laplace_encode(enc, qi, 6000-i*200);
70       q = qi*res;
71       error[i] = f - qi;
72       
73       //printf("%d ", qi);
74       //printf("%f %f ", pred+prev+q, x);
75       //printf("%f ", x-pred);
76       
77       oldEBands[i] = mean+coef*oldEBands[i]+prev+q;
78       
79       prev = mean+prev+(1-beta)*q;
80    }
81    //bits = ec_enc_tell(enc, 0) - bits;
82    //printf ("%d\n", bits);
83    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
84    {
85       int q2;
86       float offset = (error[i]+.5)*frac[i];
87       if (ec_enc_tell(enc, 0) - bits +ec_ilog(frac[i])> budget)
88          break;
89       q2 = (int)floor(offset);
90       if (q2 > frac[i]-1)
91          q2 = frac[i]-1;
92       ec_enc_uint(enc, q2, frac[i]);
93       offset = ((q2+.5)/frac[i])-.5;
94       oldEBands[i] += 6.*offset;
95       //printf ("%f ", error[i] - offset);
96    }
97    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
98    {
99       eBands[i] = pow(10, .05*oldEBands[i])-.3;
100       if (eBands[i] < 0)
101          eBands[i] = 0;
102    }
103    //printf ("%d\n", ec_enc_tell(enc, 0)-9);
104
105    //printf ("\n");
106 }
107
108 static void unquant_energy_mono(const CELTMode *m, float *eBands, float *oldEBands, int budget, ec_dec *dec)
109 {
110    int i;
111    int bits;
112    float prev = 0;
113    float coef = m->ePredCoef;
114    /* The .7 is a heuristic */
115    float beta = .7*coef;
116    bits = ec_dec_tell(dec, 0);
117    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
118    {
119       int qi;
120       float q;
121       float res;
122       float mean = (1-coef)*eMeans[i];
123       res = 6.;
124       qi = ec_laplace_decode(dec, 6000-i*200);
125       q = qi*res;
126       
127       oldEBands[i] = mean+coef*oldEBands[i]+prev+q;
128       
129       prev = mean+prev+(1-beta)*q;
130    }
131    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
132    {
133       int q2;
134       float offset;
135       if (ec_dec_tell(dec, 0) - bits +ec_ilog(frac[i])> budget)
136          break;
137       q2 = ec_dec_uint(dec, frac[i]);
138       offset = ((q2+.5)/frac[i])-.5;
139       oldEBands[i] += 6.*offset;
140    }
141    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
142    {
143       //printf ("%f ", error[i] - offset);
144       eBands[i] = pow(10, .05*oldEBands[i])-.3;
145       if (eBands[i] < 0)
146          eBands[i] = 0;
147    }
148    //printf ("\n");
149 }
150
151
152
153 void quant_energy(const CELTMode *m, float *eBands, float *oldEBands, int budget, ec_enc *enc)
154 {
155    int C;
156    
157    C = m->nbChannels;
158
159    if (C==1)
160       quant_energy_mono(m, eBands, oldEBands, budget, enc);
161    else 
162 #if 1
163    {
164       int c;
165       for (c=0;c<C;c++)
166       {
167          int i;
168          float E[m->nbEBands];
169          for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
170             E[i] = eBands[C*i+c];
171          quant_energy_mono(m, E, oldEBands+c*m->nbEBands, budget/C, enc);
172          for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
173             eBands[C*i+c] = E[i];
174       }
175    }
176 #else
177       if (C==2)
178    {
179       int i;
180       int NB = m->nbEBands;
181       float mid[NB];
182       float side[NB];
183       float left;
184       float right;
185       for (i=0;i<NB;i++)
186       {
187          //left = eBands[C*i];
188          //right = eBands[C*i+1];
189          mid[i] = sqrt(eBands[C*i]*eBands[C*i] + eBands[C*i+1]*eBands[C*i+1]);
190          side[i] = 20*log10((eBands[2*i]+.3)/(eBands[2*i+1]+.3));
191          //printf ("%f %f ", mid[i], side[i]);
192       }
193       //printf ("\n");
194       quant_energy_mono(m, mid, oldEBands, enc);
195       for (i=0;i<NB;i++)
196          side[i] = pow(10.f,floor(.5f+side[i])/10.f);
197          
198       //quant_energy_side(m, side, oldEBands+NB, enc);
199       for (i=0;i<NB;i++)
200       {
201          eBands[C*i] = mid[i]*sqrt(side[i]/(1.f+side[i]));
202          eBands[C*i+1] = mid[i]*sqrt(1.f/(1.f+side[i]));
203          //printf ("%f %f ", mid[i], side[i]);
204       }
205
206    } else {
207       celt_fatal("more than 2 channels not supported");
208    }
209 #endif
210 }
211
212
213
214 void unquant_energy(const CELTMode *m, float *eBands, float *oldEBands, int budget, ec_dec *dec)
215 {
216    int C;   
217    C = m->nbChannels;
218
219    if (C==1)
220       unquant_energy_mono(m, eBands, oldEBands, budget, dec);
221    else {
222       int c;
223       for (c=0;c<C;c++)
224       {
225          int i;
226          float E[m->nbEBands];
227          unquant_energy_mono(m, E, oldEBands+c*m->nbEBands, budget/C, dec);
228          for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
229             eBands[C*i+c] = E[i];
230       }
231    }
232 }