212beb135c0324c6b3af51454e27b45c20d8307f
[opus.git] / silk / silk_stereo_LR_to_MS.c
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26 ***********************************************************************/
27
28 #ifdef HAVE_CONFIG_H
29 #include "config.h"
30 #endif
31
32 #include "silk_main.h"
33
34 /* Convert Left/Right stereo signal to adaptive Mid/Side representation */
35 void silk_stereo_LR_to_MS(
36     stereo_enc_state    *state,                         /* I/O  State                                       */
37     opus_int16           x1[],                           /* I/O  Left input signal, becomes mid signal       */
38     opus_int16           x2[],                           /* I/O  Right input signal, becomes side signal     */
39     opus_int8            ix[ 2 ][ 4 ],                   /* O    Quantization indices                        */
40     opus_int32           mid_side_rates_bps[],           /* O    Bitrates for mid and side signals           */
41     opus_int32           total_rate_bps,                 /* I    Total bitrate                               */
42     opus_int             prev_speech_act_Q8,             /* I    Speech activity level in previous frame     */
43     opus_int             fs_kHz,                         /* I    Sample rate (kHz)                           */
44     opus_int             frame_length                    /* I    Number of samples                           */
45 )
46 {
47     opus_int   n, is10msFrame, denom_Q16, delta0_Q13, delta1_Q13;
48     opus_int32 sum, diff, smooth_coef_Q16, pred_Q13[ 2 ], pred0_Q13, pred1_Q13;
49     opus_int32 LP_ratio_Q14, HP_ratio_Q14, frac_Q16, frac_3_Q16, min_mid_rate_bps, width_Q14, w_Q24, deltaw_Q24;
50     opus_int16 side[ MAX_FRAME_LENGTH + 2 ];
51     opus_int16 LP_mid[  MAX_FRAME_LENGTH ], HP_mid[  MAX_FRAME_LENGTH ];
52     opus_int16 LP_side[ MAX_FRAME_LENGTH ], HP_side[ MAX_FRAME_LENGTH ];
53     opus_int16 *mid = &x1[ -2 ];
54
55     /* Convert to basic mid/side signals */
56     for( n = 0; n < frame_length + 2; n++ ) {
57         sum  = x1[ n - 2 ] + (opus_int32)x2[ n - 2 ];
58         diff = x1[ n - 2 ] - (opus_int32)x2[ n - 2 ];
59         mid[  n ] = (opus_int16)SKP_RSHIFT_ROUND( sum, 1 );
60         side[ n ] = (opus_int16)SKP_SAT16( SKP_RSHIFT_ROUND( diff, 1 ) );
61     }
62
63     /* Buffering */
64     SKP_memcpy( mid,  state->sMid,  2 * sizeof( opus_int16 ) );
65     SKP_memcpy( side, state->sSide, 2 * sizeof( opus_int16 ) );
66     SKP_memcpy( state->sMid,  &mid[  frame_length ], 2 * sizeof( opus_int16 ) );
67     SKP_memcpy( state->sSide, &side[ frame_length ], 2 * sizeof( opus_int16 ) );
68
69     /* LP and HP filter mid signal */
70     for( n = 0; n < frame_length; n++ ) {
71         sum = SKP_RSHIFT_ROUND( SKP_ADD_LSHIFT( mid[ n ] + mid[ n + 2 ], mid[ n + 1 ], 1 ), 2 );
72         LP_mid[ n ] = sum;
73         HP_mid[ n ] = mid[ n + 1 ] - sum;
74     }
75
76     /* LP and HP filter side signal */
77     for( n = 0; n < frame_length; n++ ) {
78         sum = SKP_RSHIFT_ROUND( SKP_ADD_LSHIFT( side[ n ] + side[ n + 2 ], side[ n + 1 ], 1 ), 2 );
79         LP_side[ n ] = sum;
80         HP_side[ n ] = side[ n + 1 ] - sum;
81     }
82
83     /* Find energies and predictors */
84     is10msFrame = frame_length == 10 * fs_kHz;
85     smooth_coef_Q16 = is10msFrame ?
86         SILK_FIX_CONST( STEREO_RATIO_SMOOTH_COEF / 2, 16 ) :
87         SILK_FIX_CONST( STEREO_RATIO_SMOOTH_COEF,     16 );
88     smooth_coef_Q16 = SKP_SMULWB( SKP_SMULBB( prev_speech_act_Q8 , prev_speech_act_Q8 ), smooth_coef_Q16 );
89
90     pred_Q13[ 0 ] = silk_stereo_find_predictor( &LP_ratio_Q14, LP_mid, LP_side, &state->mid_side_amp_Q0[ 0 ], frame_length, smooth_coef_Q16 );
91     pred_Q13[ 1 ] = silk_stereo_find_predictor( &HP_ratio_Q14, HP_mid, HP_side, &state->mid_side_amp_Q0[ 2 ], frame_length, smooth_coef_Q16 );
92     /* Ratio of the norms of residual and mid signals */
93     frac_Q16 = SKP_SMLABB( HP_ratio_Q14, LP_ratio_Q14, 3 );
94     frac_Q16 = SKP_min( frac_Q16, SILK_FIX_CONST( 1, 16 ) );
95
96     /* Determine bitrate distribution between mid and side, and possibly reduce stereo width */
97     total_rate_bps -= is10msFrame ? 1200 : 600;      /* Subtract approximate bitrate for coding stereo parameters */
98     min_mid_rate_bps = SKP_SMLABB( 2000, fs_kHz, 900 );
99     SKP_assert( min_mid_rate_bps < 32767 );
100     /* Default bitrate distribution: 8 parts for Mid and (5+3*frac) parts for Side. so: mid_rate = ( 8 / ( 13 + 3 * frac ) ) * total_ rate */
101     frac_3_Q16 = SKP_MUL( 3, frac_Q16 );
102     mid_side_rates_bps[ 0 ] = silk_DIV32_varQ( total_rate_bps, SILK_FIX_CONST( 8 + 5, 16 ) + frac_3_Q16, 16+3 );
103     /* If Mid bitrate below minimum, reduce stereo width */
104     if( mid_side_rates_bps[ 0 ] < min_mid_rate_bps ) {
105         mid_side_rates_bps[ 0 ] = min_mid_rate_bps;
106         mid_side_rates_bps[ 1 ] = total_rate_bps - mid_side_rates_bps[ 0 ];
107         /* width = 4 * ( 2 * side_rate - min_rate ) / ( ( 1 + 3 * frac ) * min_rate ) */
108         width_Q14 = silk_DIV32_varQ( SKP_LSHIFT( mid_side_rates_bps[ 1 ], 1 ) - min_mid_rate_bps,
109             SKP_SMULWB( SILK_FIX_CONST( 1, 16 ) + frac_3_Q16, min_mid_rate_bps ), 14+2 );
110         width_Q14 = SKP_LIMIT( width_Q14, 0, SILK_FIX_CONST( 1, 14 ) );
111     } else {
112         mid_side_rates_bps[ 1 ] = total_rate_bps - mid_side_rates_bps[ 0 ];
113         width_Q14 = SILK_FIX_CONST( 1, 14 );
114     }
115
116     /* Smoother */
117     state->smth_width_Q14 = (opus_int16)SKP_SMLAWB( state->smth_width_Q14, width_Q14 - state->smth_width_Q14, smooth_coef_Q16 );
118
119     /* Reduce predictors */
120     pred_Q13[ 0 ] = SKP_RSHIFT( SKP_SMULBB( state->smth_width_Q14, pred_Q13[ 0 ] ), 14 );
121     pred_Q13[ 1 ] = SKP_RSHIFT( SKP_SMULBB( state->smth_width_Q14, pred_Q13[ 1 ] ), 14 );
122
123     ix[ 0 ][ 3 ] = 0;
124     if( state->width_prev_Q14 == 0 &&
125         ( 8 * total_rate_bps < 13 * min_mid_rate_bps || SKP_SMULWB( frac_Q16, state->smth_width_Q14 ) < SILK_FIX_CONST( 0.05, 14 ) ) )
126     {
127         width_Q14 = 0;
128         /* Only encode mid channel */
129         mid_side_rates_bps[ 0 ] = total_rate_bps;
130         mid_side_rates_bps[ 1 ] = 0;
131         ix[ 0 ][ 3 ] = 1;
132     } else if( state->width_prev_Q14 != 0 &&
133         ( 8 * total_rate_bps < 11 * min_mid_rate_bps || SKP_SMULWB( frac_Q16, state->smth_width_Q14 ) < SILK_FIX_CONST( 0.02, 14 ) ) )
134     {
135         width_Q14 = 0;
136     } else if( state->smth_width_Q14 > SILK_FIX_CONST( 0.95, 14 ) ) {
137         width_Q14 = SILK_FIX_CONST( 1, 14 );
138     } else {
139         width_Q14 = state->smth_width_Q14;
140     }
141
142 #if 0
143     DEBUG_STORE_DATA( midside.dat, &mid_side_rates_bps[ 0 ], 8 );
144     DEBUG_STORE_DATA( norms0.pcm, &state->mid_side_amp_Q0[0], 8 );
145     DEBUG_STORE_DATA( norms1.pcm, &state->mid_side_amp_Q0[2], 8 );
146     DEBUG_STORE_DATA( width.pcm, &width_Q14, 4 );
147 #endif
148
149     /* Quantize predictors */
150     silk_stereo_quant_pred( state, pred_Q13, ix );
151
152     /* Interpolate predictors and subtract prediction from side channel */
153     pred0_Q13  = -state->pred_prev_Q13[ 0 ];
154     pred1_Q13  = -state->pred_prev_Q13[ 1 ];
155     w_Q24      =  SKP_LSHIFT( state->width_prev_Q14, 10 );
156     denom_Q16  = SKP_DIV32_16( 1 << 16, STEREO_INTERP_LEN_MS * fs_kHz );
157     delta0_Q13 = -SKP_RSHIFT_ROUND( SKP_SMULBB( pred_Q13[ 0 ] - state->pred_prev_Q13[ 0 ], denom_Q16 ), 16 );
158     delta1_Q13 = -SKP_RSHIFT_ROUND( SKP_SMULBB( pred_Q13[ 1 ] - state->pred_prev_Q13[ 1 ], denom_Q16 ), 16 );
159     deltaw_Q24 =  SKP_LSHIFT( SKP_SMULWB( width_Q14 - state->width_prev_Q14, denom_Q16 ), 10 );
160     for( n = 0; n < STEREO_INTERP_LEN_MS * fs_kHz; n++ ) {
161         pred0_Q13 += delta0_Q13;
162         pred1_Q13 += delta1_Q13;
163         w_Q24   += deltaw_Q24;
164         sum = SKP_LSHIFT( SKP_ADD_LSHIFT( mid[ n ] + mid[ n + 2 ], mid[ n + 1 ], 1 ), 9 );      /* Q11 */
165         sum = SKP_SMLAWB( SKP_SMULWB( w_Q24, side[ n + 1 ] ), sum, pred0_Q13 );                 /* Q8  */
166         sum = SKP_SMLAWB( sum, SKP_LSHIFT( ( opus_int32 )mid[ n + 1 ], 11 ), pred1_Q13 );        /* Q8  */
167         x2[ n - 1 ] = (opus_int16)SKP_SAT16( SKP_RSHIFT_ROUND( sum, 8 ) );
168     }
169     pred0_Q13 = -pred_Q13[ 0 ];
170     pred1_Q13 = -pred_Q13[ 1 ];
171     w_Q24     =  SKP_LSHIFT( width_Q14, 10 );
172     for( n = STEREO_INTERP_LEN_MS * fs_kHz; n < frame_length; n++ ) {
173         sum = SKP_LSHIFT( SKP_ADD_LSHIFT( mid[ n ] + mid[ n + 2 ], mid[ n + 1 ], 1 ), 9 );      /* Q11 */
174         sum = SKP_SMLAWB( SKP_SMULWB( w_Q24, side[ n + 1 ] ), sum, pred0_Q13 );                 /* Q8  */
175         sum = SKP_SMLAWB( sum, SKP_LSHIFT( ( opus_int32 )mid[ n + 1 ], 11 ), pred1_Q13 );        /* Q8  */
176         x2[ n - 1 ] = (opus_int16)SKP_SAT16( SKP_RSHIFT_ROUND( sum, 8 ) );
177     }
178     state->pred_prev_Q13[ 0 ] = (opus_int16)pred_Q13[ 0 ];
179     state->pred_prev_Q13[ 1 ] = (opus_int16)pred_Q13[ 1 ];
180     state->width_prev_Q14     = (opus_int16)width_Q14;
181 }