Delaying SILK stereo->mono transitions by two frames
[opus.git] / silk / NLSF2A.c
1 /***********************************************************************
2 Copyright (c) 2006-2011, Skype Limited. All rights reserved.
3 Redistribution and use in source and binary forms, with or without
4 modification, (subject to the limitations in the disclaimer below)
5 are permitted provided that the following conditions are met:
6 - Redistributions of source code must retain the above copyright notice,
7 this list of conditions and the following disclaimer.
8 - Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
9 notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
10 documentation and/or other materials provided with the distribution.
11 - Neither the name of Skype Limited, nor the names of specific
12 contributors, may be used to endorse or promote products derived from
13 this software without specific prior written permission.
14 NO EXPRESS OR IMPLIED LICENSES TO ANY PARTY'S PATENT RIGHTS ARE GRANTED
15 BY THIS LICENSE. THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND
16 CONTRIBUTORS ''AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING,
17 BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND
18 FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE
19 COPYRIGHT OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
20 INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
21 NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF
22 USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON
23 ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
24 (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
25 OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
26 ***********************************************************************/
27
28 #ifdef HAVE_CONFIG_H
29 #include "config.h"
30 #endif
31
32 /* conversion between prediction filter coefficients and LSFs   */
33 /* order should be even                                         */
34 /* a piecewise linear approximation maps LSF <-> cos(LSF)       */
35 /* therefore the result is not accurate LSFs, but the two       */
36 /* functions are accurate inverses of each other                */
37
38 #include "SigProc_FIX.h"
39 #include "tables.h"
40
41 #define QA      16
42
43 /* helper function for NLSF2A(..) */
44 static inline void silk_NLSF2A_find_poly(
45     opus_int32          *out,      /* O    intermediate polynomial, QA [dd+1]        */
46     const opus_int32    *cLSF,     /* I    vector of interleaved 2*cos(LSFs), QA [d] */
47     opus_int            dd         /* I    polynomial order (= 1/2 * filter order)   */
48 )
49 {
50     opus_int   k, n;
51     opus_int32 ftmp;
52
53     out[0] = silk_LSHIFT( 1, QA );
54     out[1] = -cLSF[0];
55     for( k = 1; k < dd; k++ ) {
56         ftmp = cLSF[2*k];            /* QA*/
57         out[k+1] = silk_LSHIFT( out[k-1], 1 ) - (opus_int32)silk_RSHIFT_ROUND64( silk_SMULL( ftmp, out[k] ), QA );
58         for( n = k; n > 1; n-- ) {
59             out[n] += out[n-2] - (opus_int32)silk_RSHIFT_ROUND64( silk_SMULL( ftmp, out[n-1] ), QA );
60         }
61         out[1] -= ftmp;
62     }
63 }
64
65 /* compute whitening filter coefficients from normalized line spectral frequencies */
66 void silk_NLSF2A(
67     opus_int16        *a_Q12,            /* O    monic whitening filter coefficients in Q12,  [ d ]  */
68     const opus_int16  *NLSF,             /* I    normalized line spectral frequencies in Q15, [ d ]  */
69     const opus_int    d                  /* I    filter order (should be even)                       */
70 )
71 {
72     opus_int   k, i, dd;
73     opus_int32 cos_LSF_QA[ SILK_MAX_ORDER_LPC ];
74     opus_int32 P[ SILK_MAX_ORDER_LPC / 2 + 1 ], Q[ SILK_MAX_ORDER_LPC / 2 + 1 ];
75     opus_int32 Ptmp, Qtmp, f_int, f_frac, cos_val, delta;
76     opus_int32 a32_QA1[ SILK_MAX_ORDER_LPC ];
77     opus_int32 maxabs, absval, idx=0, sc_Q16, invGain_Q30;
78
79     silk_assert( LSF_COS_TAB_SZ_FIX == 128 );
80
81     /* convert LSFs to 2*cos(LSF), using piecewise linear curve from table */
82     for( k = 0; k < d; k++ ) {
83         silk_assert(NLSF[k] >= 0 );
84         silk_assert(NLSF[k] <= 32767 );
85
86         /* f_int on a scale 0-127 (rounded down) */
87         f_int = silk_RSHIFT( NLSF[k], 15 - 7 );
88
89         /* f_frac, range: 0..255 */
90         f_frac = NLSF[k] - silk_LSHIFT( f_int, 15 - 7 );
91
92         silk_assert(f_int >= 0);
93         silk_assert(f_int < LSF_COS_TAB_SZ_FIX );
94
95         /* Read start and end value from table */
96         cos_val = silk_LSFCosTab_FIX_Q12[ f_int ];                /* Q12 */
97         delta   = silk_LSFCosTab_FIX_Q12[ f_int + 1 ] - cos_val;  /* Q12, with a range of 0..200 */
98
99         /* Linear interpolation */
100         cos_LSF_QA[k] = silk_RSHIFT_ROUND( silk_LSHIFT( cos_val, 8 ) + silk_MUL( delta, f_frac ), 20 - QA ); /* QA */
101     }
102
103     dd = silk_RSHIFT( d, 1 );
104
105     /* generate even and odd polynomials using convolution */
106     silk_NLSF2A_find_poly( P, &cos_LSF_QA[ 0 ], dd );
107     silk_NLSF2A_find_poly( Q, &cos_LSF_QA[ 1 ], dd );
108
109     /* convert even and odd polynomials to opus_int32 Q12 filter coefs */
110     for( k = 0; k < dd; k++ ) {
111         Ptmp = P[ k+1 ] + P[ k ];
112         Qtmp = Q[ k+1 ] - Q[ k ];
113
114         /* the Ptmp and Qtmp values at this stage need to fit in int32 */
115         a32_QA1[ k ]     = -Qtmp - Ptmp;        /* QA+1 */
116         a32_QA1[ d-k-1 ] =  Qtmp - Ptmp;        /* QA+1 */
117     }
118
119     /* Limit the maximum absolute value of the prediction coefficients, so that they'll fit in int16 */
120     for( i = 0; i < 10; i++ ) {
121         /* Find maximum absolute value and its index */
122         maxabs = 0;
123         for( k = 0; k < d; k++ ) {
124             absval = silk_abs( a32_QA1[k] );
125             if( absval > maxabs ) {
126                 maxabs = absval;
127                 idx    = k;
128             }
129         }
130         maxabs = silk_RSHIFT_ROUND( maxabs, QA + 1 - 12 );       /* QA+1 -> Q12 */
131
132         if( maxabs > silk_int16_MAX ) {
133             /* Reduce magnitude of prediction coefficients */
134             maxabs = silk_min( maxabs, 163838 );  /* ( silk_int32_MAX >> 14 ) + silk_int16_MAX = 163838 */
135             sc_Q16 = SILK_FIX_CONST( 0.999, 16 ) - silk_DIV32( silk_LSHIFT( maxabs - silk_int16_MAX, 14 ),
136                                         silk_RSHIFT32( silk_MUL( maxabs, idx + 1), 2 ) );
137             silk_bwexpander_32( a32_QA1, d, sc_Q16 );
138         } else {
139             break;
140         }
141     }
142
143     if( i == 10 ) {
144         /* Reached the last iteration, clip the coefficients */
145         for( k = 0; k < d; k++ ) {
146             a_Q12[ k ] = (opus_int16)silk_SAT16( silk_RSHIFT_ROUND( a32_QA1[ k ], QA + 1 - 12 ) ); /* QA+1 -> Q12 */
147             a32_QA1[ k ] = silk_LSHIFT( (opus_int32)a_Q12[ k ], QA + 1 - 12 );
148         }
149     } else {
150         for( k = 0; k < d; k++ ) {
151             a_Q12[ k ] = (opus_int16)silk_RSHIFT_ROUND( a32_QA1[ k ], QA + 1 - 12 );       /* QA+1 -> Q12 */
152         }
153     }
154
155     for( i = 1; i < MAX_LPC_STABILIZE_ITERATIONS; i++ ) {
156         if( silk_LPC_inverse_pred_gain( &invGain_Q30, a_Q12, d ) == 1 ) {
157             /* Prediction coefficients are (too close to) unstable; apply bandwidth expansion   */
158             /* on the unscaled coefficients, convert to Q12 and measure again                   */
159             silk_bwexpander_32( a32_QA1, d, 65536 - silk_SMULBB( 9 + i, i ) );            /* 10_Q16 = 0.00015 */
160             for( k = 0; k < d; k++ ) {
161                 a_Q12[ k ] = (opus_int16)silk_RSHIFT_ROUND( a32_QA1[ k ], QA + 1 - 12 );  /* QA+1 -> Q12 */
162             }
163         } else {
164             break;
165         }
166     }
167
168     if( i == MAX_LPC_STABILIZE_ITERATIONS ) {
169         /* Reached the last iteration, set coefficients to zero */
170         for( k = 0; k < d; k++ ) {
171             a_Q12[ k ] = 0;
172         }
173     }
174 }
175