libcelt/vq.c

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  11
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  31 */
  32
  33 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  34 #include "config.h"
  35 #endif
  36
  37 #include "mathops.h"
  38 #include "cwrs.h"
  39 #include "vq.h"
  40 #include "arch.h"
  41 #include "os_support.h"
  42 #include "rate.h"
  43
  44 #ifndef M_PI
  45 #define M_PI 3.141592653
  46 #endif
  47
  48 static void exp_rotation(celt_norm *X, int len, int dir, int stride, int K)
  49 {
  50    int i, k, iter;
  51    celt_word16 c, s;
  52    celt_word16 gain, theta;
  53    celt_norm *Xptr;
  54    gain = celt_div((celt_word32)MULT16_16(Q15_ONE,len),(celt_word32)(3+len+6*K));
  55    /* FIXME: Make that HALF16 instead of HALF32 */
  56    theta = SUB16(Q15ONE, HALF32(MULT16_16_Q15(gain,gain)));
  57    /*if (len==30)
  58    {
  59    for (i=0;i<len;i++)
  60    X[i] = 0;
  61    X[14] = 1;
  62 }*/
  63    c = celt_cos_norm(EXTEND32(theta));
  64    s = dir*celt_cos_norm(EXTEND32(SUB16(Q15ONE,theta))); /*  sin(theta) */
  65    if (len > 8*stride)
  66       stride *= len/(8*stride);
  67    iter = 1;
  68    for (k=0;k<iter;k++)
  69    {
  70       /* We could use MULT16_16_P15 instead of MULT16_16_Q15 for more accuracy,
  71       but at this point, I really don't think it's necessary */
  72       Xptr = X;
  73       for (i=0;i<len-stride;i++)
  74       {
  75          celt_norm x1, x2;
  76          x1 = Xptr[0];
  77          x2 = Xptr[stride];
  78          Xptr[stride] = MULT16_16_Q15(c,x2) + MULT16_16_Q15(s,x1);
  79          *Xptr++      = MULT16_16_Q15(c,x1) - MULT16_16_Q15(s,x2);
  80       }
  81       Xptr = &X[len-2*stride-1];
  82       for (i=len-2*stride-1;i>=0;i--)
  83       {
  84          celt_norm x1, x2;
  85          x1 = Xptr[0];
  86          x2 = Xptr[stride];
  87          Xptr[stride] = MULT16_16_Q15(c,x2) + MULT16_16_Q15(s,x1);
  88          *Xptr--      = MULT16_16_Q15(c,x1) - MULT16_16_Q15(s,x2);
  89       }
  90    }
  91    /*if (len==30)
  92    {
  93    for (i=0;i<len;i++)
  94    printf ("%f ", X[i]);
  95    printf ("\n");
  96    exit(0);
  97 }*/
  98 }
  99
 100
 101 /** Takes the pitch vector and the decoded residual vector, computes the gain
 102     that will give ||p+g*y||=1 and mixes the residual with the pitch. */
 103 static void normalise_residual(int * restrict iy, celt_norm * restrict X, int N, int K, celt_word32 Ryy)
 104 {
 105    int i;
 106 #ifdef FIXED_POINT
 107    int k;
 108 #endif
 109    celt_word32 t;
 110    celt_word16 g;
 111
 112 #ifdef FIXED_POINT
 113    k = celt_ilog2(Ryy)>>1;
 114 #endif
 115    t = VSHR32(Ryy, (k-7)<<1);
 116    g = celt_rsqrt_norm(t);
 117
 118    i=0;
 119    do
 120       X[i] = EXTRACT16(PSHR32(MULT16_16(g, iy[i]), k+1));
 121    while (++i < N);
 122 }
 123
 124 void alg_quant(celt_norm *X, int N, int K, int spread, ec_enc *enc)
 125 {
 126    VARDECL(celt_norm, y);
 127    VARDECL(int, iy);
 128    VARDECL(celt_word16, signx);
 129    int j, is;
 130    celt_word16 s;
 131    int pulsesLeft;
 132    celt_word32 sum;
 133    celt_word32 xy, yy;
 134    int N_1; /* Inverse of N, in Q14 format (even for float) */
 135 #ifdef FIXED_POINT
 136    int yshift;
 137 #endif
 138    SAVE_STACK;
 139
 140    K = get_pulses(K);
 141 #ifdef FIXED_POINT
 142    yshift = 13-celt_ilog2(K);
 143 #endif
 144
 145    ALLOC(y, N, celt_norm);
 146    ALLOC(iy, N, int);
 147    ALLOC(signx, N, celt_word16);
 148    N_1 = 512/N;
 149
 150    if (spread)
 151       exp_rotation(X, N, 1, spread, K);
 152
 153    sum = 0;
 154    j=0; do {
 155       if (X[j]>0)
 156          signx[j]=1;
 157       else {
 158          signx[j]=-1;
 159          X[j]=-X[j];
 160       }
 161       iy[j] = 0;
 162       y[j] = 0;
 163    } while (++j<N);
 164
 165    xy = yy = 0;
 166
 167    pulsesLeft = K;
 168
 169    /* Do a pre-search by projecting on the pyramid */
 170    if (K > (N>>1))
 171    {
 172       celt_word16 rcp;
 173       j=0; do {
 174          sum += X[j];
 175       }  while (++j<N);
 176
 177 #ifdef FIXED_POINT
 178       if (sum <= K)
 179 #else
 180       if (sum <= EPSILON)
 181 #endif
 182       {
 183          X[0] = QCONST16(1.f,14);
 184          j=1; do
 185             X[j]=0;
 186          while (++j<N);
 187          sum = QCONST16(1.f,14);
 188       }
 189       /* Do we have sufficient accuracy here? */
 190       rcp = EXTRACT16(MULT16_32_Q16(K-1, celt_rcp(sum)));
 191       j=0; do {
 192 #ifdef FIXED_POINT
 193          /* It's really important to round *towards zero* here */
 194          iy[j] = MULT16_16_Q15(X[j],rcp);
 195 #else
 196          iy[j] = floor(rcp*X[j]);
 197 #endif
 198          y[j] = SHL16(iy[j],yshift);
 199          yy = MAC16_16(yy, y[j],y[j]);
 200          xy = MAC16_16(xy, X[j],y[j]);
 201          y[j] *= 2;
 202          pulsesLeft -= iy[j];
 203       }  while (++j<N);
 204    }
 205    celt_assert2(pulsesLeft>=1, "Allocated too many pulses in the quick pass");
 206
 207    while (pulsesLeft > 0)
 208    {
 209       int pulsesAtOnce=1;
 210       int best_id;
 211       celt_word16 magnitude;
 212       celt_word32 best_num = -VERY_LARGE16;
 213       celt_word16 best_den = 0;
 214 #ifdef FIXED_POINT
 215       int rshift;
 216 #endif
 217       /* Decide on how many pulses to find at once */
 218       pulsesAtOnce = (pulsesLeft*N_1)>>9; /* pulsesLeft/N */
 219       if (pulsesAtOnce<1)
 220          pulsesAtOnce = 1;
 221 #ifdef FIXED_POINT
 222       rshift = yshift+1+celt_ilog2(K-pulsesLeft+pulsesAtOnce);
 223 #endif
 224       magnitude = SHL16(pulsesAtOnce, yshift);
 225
 226       best_id = 0;
 227       /* The squared magnitude term gets added anyway, so we might as well
 228          add it outside the loop */
 229       yy = MAC16_16(yy, magnitude,magnitude);
 230       /* Choose between fast and accurate strategy depending on where we are in the search */
 231          /* This should ensure that anything we can process will have a better score */
 232       j=0;
 233       do {
 234          celt_word16 Rxy, Ryy;
 235          /* Select sign based on X[j] alone */
 236          s = magnitude;
 237          /* Temporary sums of the new pulse(s) */
 238          Rxy = EXTRACT16(SHR32(MAC16_16(xy, s,X[j]),rshift));
 239          /* We're multiplying y[j] by two so we don't have to do it here */
 240          Ryy = EXTRACT16(SHR32(MAC16_16(yy, s,y[j]),rshift));
 241
 242             /* Approximate score: we maximise Rxy/sqrt(Ryy) (we're guaranteed that
 243          Rxy is positive because the sign is pre-computed) */
 244          Rxy = MULT16_16_Q15(Rxy,Rxy);
 245             /* The idea is to check for num/den >= best_num/best_den, but that way
 246          we can do it without any division */
 247          /* OPT: Make sure to use conditional moves here */
 248          if (MULT16_16(best_den, Rxy) > MULT16_16(Ryy, best_num))
 249          {
 250             best_den = Ryy;
 251             best_num = Rxy;
 252             best_id = j;
 253          }
 254       } while (++j<N);
 255
 256       j = best_id;
 257       is = pulsesAtOnce;
 258       s = SHL16(is, yshift);
 259
 260       /* Updating the sums of the new pulse(s) */
 261       xy = xy + MULT16_16(s,X[j]);
 262       /* We're multiplying y[j] by two so we don't have to do it here */
 263       yy = yy + MULT16_16(s,y[j]);
 264
 265       /* Only now that we've made the final choice, update y/iy */
 266       /* Multiplying y[j] by 2 so we don't have to do it everywhere else */
 267       y[j] += 2*s;
 268       iy[j] += is;
 269       pulsesLeft -= pulsesAtOnce;
 270    }
 271    j=0;
 272    do {
 273       X[j] = MULT16_16(signx[j],X[j]);
 274       if (signx[j] < 0)
 275          iy[j] = -iy[j];
 276    } while (++j<N);
 277    encode_pulses(iy, N, K, enc);
 278
 279    /* Recompute the gain in one pass to reduce the encoder-decoder mismatch
 280    due to the recursive computation used in quantisation. */
 281    normalise_residual(iy, X, N, K, EXTRACT16(SHR32(yy,2*yshift)));
 282    if (spread)
 283       exp_rotation(X, N, -1, spread, K);
 284    RESTORE_STACK;
 285 }
 286
 287
 288 /** Decode pulse vector and combine the result with the pitch vector to produce
 289     the final normalised signal in the current band. */
 290 void alg_unquant(celt_norm *X, int N, int K, int spread, ec_dec *dec)
 291 {
 292    int i;
 293    celt_word32 Ryy;
 294    VARDECL(int, iy);
 295    SAVE_STACK;
 296    K = get_pulses(K);
 297    ALLOC(iy, N, int);
 298    decode_pulses(iy, N, K, dec);
 299    Ryy = 0;
 300    i=0;
 301    do {
 302       Ryy = MAC16_16(Ryy, iy[i], iy[i]);
 303    } while (++i < N);
 304    normalise_residual(iy, X, N, K, Ryy);
 305    if (spread)
 306       exp_rotation(X, N, -1, spread, K);
 307    RESTORE_STACK;
 308 }
 309
 310 celt_word16 renormalise_vector(celt_norm *X, celt_word16 value, int N, int stride)
 311 {
 312    int i;
 313    celt_word32 E = EPSILON;
 314    celt_word16 rE;
 315    celt_word16 g;
 316    celt_norm *xptr = X;
 317    for (i=0;i<N;i++)
 318    {
 319       E = MAC16_16(E, *xptr, *xptr);
 320       xptr += stride;
 321    }
 322
 323    rE = celt_sqrt(E);
 324 #ifdef FIXED_POINT
 325    if (rE <= 128)
 326       g = Q15ONE;
 327    else
 328 #endif
 329       g = MULT16_16_Q15(value,celt_rcp(SHL32(rE,9)));
 330    xptr = X;
 331    for (i=0;i<N;i++)
 332    {
 333       *xptr = PSHR32(MULT16_16(g, *xptr),8);
 334       xptr += stride;
 335    }
 336    return rE;
 337 }
 338
 339 static void fold(const CELTMode *m, int N, const celt_norm * restrict Y, celt_norm * restrict P, int N0, int B)
 340 {
 341    int j;
 342    int id = N0 % B;
 343    /* Here, we assume that id will never be greater than N0, i.e. that
 344       no band is wider than N0. In the unlikely case it happens, we set
 345       everything to zero */
 346    /*{
 347            int offset = (N0*C - (id+C*N))/2;
 348            if (offset > C*N0/16)
 349                    offset = C*N0/16;
 350            offset -= offset % (C*B);
 351            if (offset < 0)
 352                    offset = 0;
 353            //printf ("%d\n", offset);
 354            id += offset;
 355    }*/
 356    if (id+N>N0)
 357       for (j=0;j<N;j++)
 358          P[j] = 0;
 359    else
 360       for (j=0;j<N;j++)
 361          P[j] = Y[id++];
 362 }
 363
 364 void intra_fold(const CELTMode *m, int N, const celt_norm * restrict Y, celt_norm * restrict P, int N0, int B)
 365 {
 366    fold(m, N, Y, P, N0, B);
 367    renormalise_vector(P, Q15ONE, N, 1);
 368 }
 369