Fixing silk fixed point
[opus.git] / silk / silk_NLSF_encode.c
1 /***********************************************************************\r
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26 ***********************************************************************/\r
27 \r
28 #include "silk_main.h"\r
29 \r
30 #define STORE_LSF_DATA_FOR_TRAINING          0\r
31 \r
32 /***********************/\r
33 /* NLSF vector encoder */\r
34 /***********************/\r
35 SKP_int32 silk_NLSF_encode(                             /* O    Returns RD value in Q25                 */\r
36           SKP_int8                  *NLSFIndices,           /* I    Codebook path vector [ LPC_ORDER + 1 ]  */\r
37           SKP_int16                 *pNLSF_Q15,             /* I/O  Quantized NLSF vector [ LPC_ORDER ]     */\r
38     const silk_NLSF_CB_struct   *psNLSF_CB,             /* I    Codebook object                         */\r
39     const SKP_int16                 *pW_Q5,                 /* I    NLSF weight vector [ LPC_ORDER ]        */\r
40     const SKP_int                   NLSF_mu_Q20,            /* I    Rate weight for the RD optimization     */\r
41     const SKP_int                   nSurvivors,             /* I    Max survivors after first stage         */\r
42     const SKP_int                   signalType              /* I    Signal type: 0/1/2                      */\r
43 )\r
44 {\r
45     SKP_int         i, s, ind1, bestIndex, prob_Q8, bits_q7;\r
46     SKP_int32       W_tmp_Q9;\r
47     SKP_int32       err_Q26[      NLSF_VQ_MAX_VECTORS ];\r
48     SKP_int32       RD_Q25[       NLSF_VQ_MAX_SURVIVORS ];\r
49     SKP_int         tempIndices1[ NLSF_VQ_MAX_SURVIVORS ];\r
50     SKP_int8        tempIndices2[ NLSF_VQ_MAX_SURVIVORS * MAX_LPC_ORDER ];\r
51     SKP_int16       res_Q15[      MAX_LPC_ORDER ];\r
52     SKP_int16       res_Q10[      MAX_LPC_ORDER ];\r
53     SKP_int16       NLSF_tmp_Q15[ MAX_LPC_ORDER ];\r
54     SKP_int16       W_tmp_Q5[     MAX_LPC_ORDER ];\r
55     SKP_int16       W_adj_Q5[     MAX_LPC_ORDER ];\r
56     SKP_uint8       pred_Q8[      MAX_LPC_ORDER ];\r
57     SKP_int16       ec_ix[        MAX_LPC_ORDER ];\r
58     const SKP_uint8 *pCB_element, *iCDF_ptr;\r
59 \r
60 #if STORE_LSF_DATA_FOR_TRAINING\r
61     SKP_int16       pNLSF_Q15_orig[MAX_LPC_ORDER ];\r
62     DEBUG_STORE_DATA( NLSF.dat,    pNLSF_Q15,    psNLSF_CB->order * sizeof( SKP_int16 ) );\r
63     DEBUG_STORE_DATA( WNLSF.dat,   pW_Q5,        psNLSF_CB->order * sizeof( SKP_int16 ) );\r
64     DEBUG_STORE_DATA( NLSF_mu.dat, &NLSF_mu_Q20,                    sizeof( SKP_int   ) );\r
65     DEBUG_STORE_DATA( sigType.dat, &signalType,                     sizeof( SKP_int   ) );\r
66     SKP_memcpy(pNLSF_Q15_orig, pNLSF_Q15, sizeof( pNLSF_Q15_orig ));\r
67 #endif\r
68 \r
69     SKP_assert( nSurvivors <= NLSF_VQ_MAX_SURVIVORS );\r
70     SKP_assert( signalType >= 0 && signalType <= 2 );\r
71     SKP_assert( NLSF_mu_Q20 <= 32767 && NLSF_mu_Q20 >= 0 );\r
72 \r
73     /* NLSF stabilization */\r
74     silk_NLSF_stabilize( pNLSF_Q15, psNLSF_CB->deltaMin_Q15, psNLSF_CB->order );\r
75 \r
76     /* First stage: VQ */\r
77     silk_NLSF_VQ( err_Q26, pNLSF_Q15, psNLSF_CB->CB1_NLSF_Q8, psNLSF_CB->nVectors, psNLSF_CB->order );\r
78 \r
79     /* Sort the quantization errors */\r
80     silk_insertion_sort_increasing( err_Q26, tempIndices1, psNLSF_CB->nVectors, nSurvivors );\r
81 \r
82     /* Loop over survivors */\r
83     for( s = 0; s < nSurvivors; s++ ) {\r
84         ind1 = tempIndices1[ s ]; \r
85 \r
86         /* Residual after first stage */\r
87         pCB_element = &psNLSF_CB->CB1_NLSF_Q8[ ind1 * psNLSF_CB->order ];\r
88         for( i = 0; i < psNLSF_CB->order; i++ ) {\r
89             NLSF_tmp_Q15[ i ] = SKP_LSHIFT16( ( SKP_int16 )pCB_element[ i ], 7 );\r
90             res_Q15[ i ] = pNLSF_Q15[ i ] - NLSF_tmp_Q15[ i ];\r
91         }\r
92 \r
93         /* Weights from codebook vector */\r
94         silk_NLSF_VQ_weights_laroia( W_tmp_Q5, NLSF_tmp_Q15, psNLSF_CB->order );\r
95 \r
96         /* Apply square-rooted weights */\r
97         for( i = 0; i < psNLSF_CB->order; i++ ) {\r
98             W_tmp_Q9 = silk_SQRT_APPROX( SKP_LSHIFT( ( SKP_int32 )W_tmp_Q5[ i ], 13 ) );\r
99             res_Q10[ i ] = ( SKP_int16 )SKP_RSHIFT( SKP_SMULBB( res_Q15[ i ], W_tmp_Q9 ), 14 );\r
100         }\r
101 \r
102         /* Modify input weights accordingly */\r
103         for( i = 0; i < psNLSF_CB->order; i++ ) {\r
104             W_adj_Q5[ i ] = SKP_DIV32_16( SKP_LSHIFT( ( SKP_int32 )pW_Q5[ i ], 5 ), W_tmp_Q5[ i ] );\r
105         }\r
106 \r
107         /* Unpack entropy table indices and predictor for current CB1 index */\r
108         silk_NLSF_unpack( ec_ix, pred_Q8, psNLSF_CB, ind1 );\r
109 \r
110         /* Trellis quantizer */\r
111         RD_Q25[ s ] = silk_NLSF_del_dec_quant( &tempIndices2[ s * MAX_LPC_ORDER ], res_Q10, W_adj_Q5, pred_Q8, ec_ix, \r
112             psNLSF_CB->ec_Rates_Q5, psNLSF_CB->quantStepSize_Q16, psNLSF_CB->invQuantStepSize_Q6, NLSF_mu_Q20, psNLSF_CB->order );\r
113 \r
114         /* Add rate for first stage */\r
115         iCDF_ptr = &psNLSF_CB->CB1_iCDF[ ( signalType >> 1 ) * psNLSF_CB->nVectors ];\r
116         if( ind1 == 0 ) {\r
117             prob_Q8 = 256 - iCDF_ptr[ ind1 ];\r
118         } else {\r
119             prob_Q8 = iCDF_ptr[ ind1 - 1 ] - iCDF_ptr[ ind1 ];\r
120         }\r
121         bits_q7 = ( 8 << 7 ) - silk_lin2log( prob_Q8 );\r
122         RD_Q25[ s ] = SKP_SMLABB( RD_Q25[ s ], bits_q7, SKP_RSHIFT( NLSF_mu_Q20, 2 ) );\r
123     }\r
124 \r
125     /* Find the lowest rate-distortion error */\r
126     silk_insertion_sort_increasing( RD_Q25, &bestIndex, nSurvivors, 1 );\r
127 \r
128     NLSFIndices[ 0 ] = ( SKP_int8 )tempIndices1[ bestIndex ];\r
129     SKP_memcpy( &NLSFIndices[ 1 ], &tempIndices2[ bestIndex * MAX_LPC_ORDER ], psNLSF_CB->order * sizeof( SKP_int8 ) );\r
130 \r
131     /* Decode */\r
132     silk_NLSF_decode( pNLSF_Q15, NLSFIndices, psNLSF_CB );\r
133 \r
134 #if STORE_LSF_DATA_FOR_TRAINING\r
135     {\r
136                 /* code for training the codebooks */\r
137         SKP_int32 RD_dec_Q22, Dist_Q22_dec, Rate_Q7, diff_Q15;\r
138         ind1 = NLSFIndices[ 0 ];\r
139         silk_NLSF_unpack( ec_ix, pred_Q8, psNLSF_CB, ind1 );\r
140 \r
141         pCB_element = &psNLSF_CB->CB1_NLSF_Q8[ ind1 * psNLSF_CB->order ];\r
142         for( i = 0; i < psNLSF_CB->order; i++ ) {\r
143             NLSF_tmp_Q15[ i ] = SKP_LSHIFT16( ( SKP_int16 )pCB_element[ i ], 7 );\r
144         }\r
145         silk_NLSF_VQ_weights_laroia( W_tmp_Q5, NLSF_tmp_Q15, psNLSF_CB->order );\r
146         for( i = 0; i < psNLSF_CB->order; i++ ) {\r
147             W_tmp_Q9 = silk_SQRT_APPROX( SKP_LSHIFT( ( SKP_int32 )W_tmp_Q5[ i ], 13 ) );\r
148             res_Q15[ i ] = pNLSF_Q15_orig[ i ] - NLSF_tmp_Q15[ i ];\r
149             res_Q10[ i ] = (SKP_int16)SKP_RSHIFT( SKP_SMULBB( res_Q15[ i ], W_tmp_Q9 ), 14 );\r
150             DEBUG_STORE_DATA( NLSF_res_q10.dat, &res_Q10[ i ], sizeof( SKP_int16 ) );\r
151             res_Q15[ i ] = pNLSF_Q15[ i ] - NLSF_tmp_Q15[ i ];\r
152             res_Q10[ i ] = (SKP_int16)SKP_RSHIFT( SKP_SMULBB( res_Q15[ i ], W_tmp_Q9 ), 14 );\r
153             DEBUG_STORE_DATA( NLSF_resq_q10.dat, &res_Q10[ i ], sizeof( SKP_int16 ) );\r
154         }\r
155 \r
156         Dist_Q22_dec = 0;\r
157         for( i = 0; i < psNLSF_CB->order; i++ ) {\r
158             diff_Q15 = pNLSF_Q15_orig[ i ] - pNLSF_Q15[ i ];\r
159             Dist_Q22_dec += ( ( (diff_Q15 >> 5) * (diff_Q15 >> 5) ) * pW_Q5[ i ] ) >> 3;\r
160         }\r
161         iCDF_ptr = &psNLSF_CB->CB1_iCDF[ ( signalType >> 1 ) * psNLSF_CB->nVectors ];\r
162         if( ind1 == 0 ) {\r
163             prob_Q8 = 256 - iCDF_ptr[ ind1 ];\r
164         } else {\r
165             prob_Q8 = iCDF_ptr[ ind1 - 1 ] - iCDF_ptr[ ind1 ];\r
166         }\r
167         Rate_Q7 = ( 8 << 7 ) - silk_lin2log( prob_Q8 );\r
168         for( i = 0; i < psNLSF_CB->order; i++ ) {\r
169             Rate_Q7 += ((int)psNLSF_CB->ec_Rates_Q5[ ec_ix[ i ] + SKP_LIMIT( NLSFIndices[ i + 1 ] + NLSF_QUANT_MAX_AMPLITUDE, 0, 2 * NLSF_QUANT_MAX_AMPLITUDE ) ] ) << 2;\r
170             if( SKP_abs( NLSFIndices[ i + 1 ] ) >= NLSF_QUANT_MAX_AMPLITUDE ) {\r
171                 Rate_Q7 += 128 << ( SKP_abs( NLSFIndices[ i + 1 ] ) - NLSF_QUANT_MAX_AMPLITUDE );\r
172             }\r
173         }\r
174         RD_dec_Q22 = Dist_Q22_dec + Rate_Q7 * NLSF_mu_Q20 >> 5;\r
175         DEBUG_STORE_DATA( dec_dist_q22.dat, &Dist_Q22_dec, sizeof( SKP_int32 ) );\r
176         DEBUG_STORE_DATA( dec_rate_q7.dat, &Rate_Q7, sizeof( SKP_int32 ) );\r
177         DEBUG_STORE_DATA( dec_rd_q22.dat, &RD_dec_Q22, sizeof( SKP_int32 ) );\r
178     }\r
179     DEBUG_STORE_DATA( NLSF_ind.dat, NLSFIndices, (psNLSF_CB->order+1) * sizeof( SKP_int8 ) );\r
180 #endif\r
181 \r
182     return RD_Q25[ 0 ];\r
183 }\r