Making the MDCT produce interleaved data
[opus.git] / libcelt / mdct.c
index 483a749..1e310ad 100644 (file)
@@ -1,21 +1,18 @@
-/* (C) 2008 Jean-Marc Valin, CSIRO
-*/
+/* Copyright (c) 2007-2008 CSIRO
+   Copyright (c) 2007-2008 Xiph.Org Foundation
+   Written by Jean-Marc Valin */
 /*
    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
    modification, are permitted provided that the following conditions
    are met:
-   
+
    - Redistributions of source code must retain the above copyright
    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
-   
+
    - Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
    documentation and/or other materials provided with the distribution.
-   
-   - Neither the name of the Xiph.org Foundation nor the names of its
-   contributors may be used to endorse or promote products derived from
-   this software without specific prior written permission.
-   
+
    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
    ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
    LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
 /* This is a simple MDCT implementation that uses a N/4 complex FFT
    to do most of the work. It should be relatively straightforward to
    plug in pretty much and FFT here.
-   
-   This replaces the Vorbis FFT (and uses the exact same API), which 
-   was a bit too messy and that was ending up duplicating code 
+
+   This replaces the Vorbis FFT (and uses the exact same API), which
+   was a bit too messy and that was ending up duplicating code
    (might as well use the same FFT everywhere).
-   
+
    The algorithm is similar to (and inspired from) Fabrice Bellard's
    MDCT implementation in FFMPEG, but has differences in signs, ordering
-   and scaling in many places. 
+   and scaling in many places.
 */
 
+#ifndef SKIP_CONFIG_H
 #ifdef HAVE_CONFIG_H
 #include "config.h"
 #endif
+#endif
 
 #include "mdct.h"
 #include "kiss_fft.h"
+#include "_kiss_fft_guts.h"
 #include <math.h>
 #include "os_support.h"
+#include "mathops.h"
+#include "stack_alloc.h"
 
-#ifndef M_PI
-#define M_PI 3.14159263
-#endif
+#ifdef CUSTOM_MODES
 
-void mdct_init(mdct_lookup *l,int N)
+int clt_mdct_init(mdct_lookup *l,int N, int maxshift)
 {
    int i;
-   int N2, N4;
+   int N4, N2;
+   kiss_twiddle_scalar *trig;
    l->n = N;
-   N2 = N/2;
-   N4 = N/4;
-   l->kfft = kiss_fft_alloc(N4, NULL, NULL);
-   l->trig = celt_alloc(N2*sizeof(float));
+   N2 = N>>1;
+   N4 = N>>2;
+   l->maxshift = maxshift;
+   for (i=0;i<=maxshift;i++)
+   {
+      if (i==0)
+         l->kfft[i] = opus_fft_alloc(N>>2>>i, 0, 0);
+      else
+         l->kfft[i] = opus_fft_alloc_twiddles(N>>2>>i, 0, 0, l->kfft[0]);
+#ifndef ENABLE_TI_DSPLIB55
+      if (l->kfft[i]==NULL)
+         return 0;
+#endif
+   }
+   l->trig = trig = (kiss_twiddle_scalar*)celt_alloc((N4+1)*sizeof(kiss_twiddle_scalar));
+   if (l->trig==NULL)
+     return 0;
    /* We have enough points that sine isn't necessary */
-   for (i=0;i<N2;i++)
-      l->trig[i] = cos(2*M_PI*(i+1./8.)/N);
-   l->scale = 1./N4;
+#if defined(FIXED_POINT)
+   for (i=0;i<=N4;i++)
+      trig[i] = TRIG_UPSCALE*celt_cos_norm(DIV32(ADD32(SHL32(EXTEND32(i),17),N2),N));
+#else
+   for (i=0;i<=N4;i++)
+      trig[i] = (kiss_twiddle_scalar)cos(2*PI*i/N);
+#endif
+   return 1;
 }
 
-void mdct_clear(mdct_lookup *l)
+void clt_mdct_clear(mdct_lookup *l)
 {
-   kiss_fft_free(l->kfft);
-   celt_free(l->trig);
+   int i;
+   for (i=0;i<=l->maxshift;i++)
+      opus_fft_free(l->kfft[i]);
+   celt_free((kiss_twiddle_scalar*)l->trig);
 }
 
-void mdct_forward(mdct_lookup *l, float *in, float *out)
+#endif /* CUSTOM_MODES */
+
+void clt_mdct_forward(const mdct_lookup *l, kiss_fft_scalar *in, kiss_fft_scalar * restrict out,
+      const opus_val16 *window, int overlap, int shift, int stride)
 {
    int i;
-   int N, N2, N4, N8;
-   VARDECL(float *f);
+   int N, N2, N4;
+   kiss_twiddle_scalar sine;
+   VARDECL(kiss_fft_scalar, f);
+   SAVE_STACK;
    N = l->n;
-   N2 = N/2;
-   N4 = N/4;
-   N8 = N/8;
-   ALLOC(f, N2, float);
-   
-   /* Consider the input to be compused of four blocks: [a, b, c, d] */
-   /* Shuffle, fold, pre-rotate (part 1) */
-   for(i=0;i<N8;i++)
+   N >>= shift;
+   N2 = N>>1;
+   N4 = N>>2;
+   ALLOC(f, N2, kiss_fft_scalar);
+   /* sin(x) ~= x here */
+#ifdef FIXED_POINT
+   sine = TRIG_UPSCALE*(QCONST16(0.7853981f, 15)+N2)/N;
+#else
+   sine = (kiss_twiddle_scalar)2*PI*(.125f)/N;
+#endif
+
+   /* Consider the input to be composed of four blocks: [a, b, c, d] */
+   /* Window, shuffle, fold */
    {
-      float re, im;
-      /* Real part arranged as -d-cR, Imag part arranged as -b+aR*/
-      re = -in[N2+N4+2*i] - in[N2+N4-2*i-1];
-      im = -in[N4+2*i]    + in[N4-2*i-1];
-      out[2*i]   = re*l->trig[i]  -  im*l->trig[i+N4];
-      out[2*i+1] = im*l->trig[i]  +  re*l->trig[i+N4];
+      /* Temp pointers to make it really clear to the compiler what we're doing */
+      const kiss_fft_scalar * restrict xp1 = in+(overlap>>1);
+      const kiss_fft_scalar * restrict xp2 = in+N2-1+(overlap>>1);
+      kiss_fft_scalar * restrict yp = f;
+      const opus_val16 * restrict wp1 = window+(overlap>>1);
+      const opus_val16 * restrict wp2 = window+(overlap>>1)-1;
+      for(i=0;i<(overlap>>2);i++)
+      {
+         /* Real part arranged as -d-cR, Imag part arranged as -b+aR*/
+         *yp++ = MULT16_32_Q15(*wp2, xp1[N2]) + MULT16_32_Q15(*wp1,*xp2);
+         *yp++ = MULT16_32_Q15(*wp1, *xp1)    - MULT16_32_Q15(*wp2, xp2[-N2]);
+         xp1+=2;
+         xp2-=2;
+         wp1+=2;
+         wp2-=2;
+      }
+      wp1 = window;
+      wp2 = window+overlap-1;
+      for(;i<N4-(overlap>>2);i++)
+      {
+         /* Real part arranged as a-bR, Imag part arranged as -c-dR */
+         *yp++ = *xp2;
+         *yp++ = *xp1;
+         xp1+=2;
+         xp2-=2;
+      }
+      for(;i<N4;i++)
+      {
+         /* Real part arranged as a-bR, Imag part arranged as -c-dR */
+         *yp++ =  -MULT16_32_Q15(*wp1, xp1[-N2]) + MULT16_32_Q15(*wp2, *xp2);
+         *yp++ = MULT16_32_Q15(*wp2, *xp1)     + MULT16_32_Q15(*wp1, xp2[N2]);
+         xp1+=2;
+         xp2-=2;
+         wp1+=2;
+         wp2-=2;
+      }
    }
-   for(;i<N4;i++)
+   /* Pre-rotation */
    {
-      float re, im;
-      /* Real part arranged as a-bR, Imag part arranged as -c-dR */
-      re =   in[2*i-N4] - in[N2+N4-2*i-1];
-      im = -(in[N4+2*i] + in[N+N4-2*i-1]);
-      out[2*i]   = re*l->trig[i]  -  im*l->trig[i+N4];
-      out[2*i+1] = im*l->trig[i]  +  re*l->trig[i+N4];
+      kiss_fft_scalar * restrict yp = f;
+      const kiss_twiddle_scalar *t = &l->trig[0];
+      for(i=0;i<N4;i++)
+      {
+         kiss_fft_scalar re, im, yr, yi;
+         re = yp[0];
+         im = yp[1];
+         yr = -S_MUL(re,t[i<<shift])  -  S_MUL(im,t[(N4-i)<<shift]);
+         yi = -S_MUL(im,t[i<<shift])  +  S_MUL(re,t[(N4-i)<<shift]);
+         /* works because the cos is nearly one */
+         *yp++ = yr + S_MUL(yi,sine);
+         *yp++ = yi - S_MUL(yr,sine);
+      }
    }
 
-   /* N/4 complex FFT, which should normally down-scale by 4/N (but doesn't now) */
-   kiss_fft(l->kfft, (const kiss_fft_cpx *)out, (kiss_fft_cpx *)f);
+   /* N/4 complex FFT, down-scales by 4/N */
+   opus_fft(l->kfft[shift], (kiss_fft_cpx *)f, (kiss_fft_cpx *)in);
 
-   /* Post-rotate and apply the scaling if the FFT doesn't to it itself */
-   for(i=0;i<N4;i++)
+   /* Post-rotate */
    {
-      out[2*i]      = l->scale * (-f[2*i+1]*l->trig[i+N4] + f[2*i]  *l->trig[i]);
-      out[N2-1-2*i] = l->scale * (-f[2*i]  *l->trig[i+N4] - f[2*i+1]*l->trig[i]);
+      /* Temp pointers to make it really clear to the compiler what we're doing */
+      const kiss_fft_scalar * restrict fp = in;
+      kiss_fft_scalar * restrict yp1 = out;
+      kiss_fft_scalar * restrict yp2 = out+stride*(N2-1);
+      const kiss_twiddle_scalar *t = &l->trig[0];
+      /* Temp pointers to make it really clear to the compiler what we're doing */
+      for(i=0;i<N4;i++)
+      {
+         kiss_fft_scalar yr, yi;
+         yr = S_MUL(fp[1],t[(N4-i)<<shift]) + S_MUL(fp[0],t[i<<shift]);
+         yi = S_MUL(fp[0],t[(N4-i)<<shift]) - S_MUL(fp[1],t[i<<shift]);
+         /* works because the cos is nearly one */
+         *yp1 = yr - S_MUL(yi,sine);
+         *yp2 = yi + S_MUL(yr,sine);;
+         fp += 2;
+         yp1 += 2*stride;
+         yp2 -= 2*stride;
+      }
    }
+   RESTORE_STACK;
 }
 
-
-void mdct_backward(mdct_lookup *l, float *in, float *out)
+void clt_mdct_backward(const mdct_lookup *l, kiss_fft_scalar *in, kiss_fft_scalar * restrict out,
+      const opus_val16 * restrict window, int overlap, int shift, int stride)
 {
    int i;
-   int N, N2, N4, N8;
-   VARDECL(float *f);
+   int N, N2, N4;
+   kiss_twiddle_scalar sine;
+   VARDECL(kiss_fft_scalar, f);
+   VARDECL(kiss_fft_scalar, f2);
+   SAVE_STACK;
    N = l->n;
-   N2 = N/2;
-   N4 = N/4;
-   N8 = N/8;
-   ALLOC(f, N2, float);
-   
+   N >>= shift;
+   N2 = N>>1;
+   N4 = N>>2;
+   ALLOC(f, N2, kiss_fft_scalar);
+   ALLOC(f2, N2, kiss_fft_scalar);
+   /* sin(x) ~= x here */
+#ifdef FIXED_POINT
+   sine = TRIG_UPSCALE*(QCONST16(0.7853981f, 15)+N2)/N;
+#else
+   sine = (kiss_twiddle_scalar)2*PI*(.125f)/N;
+#endif
+
    /* Pre-rotate */
-   for(i=0;i<N4;i++) 
    {
-      out[2*i]   = -in[N2-2*i-1] * l->trig[i]    - in[2*i]*l->trig[i+N4];
-      out[2*i+1] =  in[N2-2*i-1] * l->trig[i+N4] - in[2*i]*l->trig[i];
+      /* Temp pointers to make it really clear to the compiler what we're doing */
+      const kiss_fft_scalar * restrict xp1 = in;
+      const kiss_fft_scalar * restrict xp2 = in+stride*(N2-1);
+      kiss_fft_scalar * restrict yp = f2;
+      const kiss_twiddle_scalar *t = &l->trig[0];
+      for(i=0;i<N4;i++)
+      {
+         kiss_fft_scalar yr, yi;
+         yr = -S_MUL(*xp2, t[i<<shift]) + S_MUL(*xp1,t[(N4-i)<<shift]);
+         yi =  -S_MUL(*xp2, t[(N4-i)<<shift]) - S_MUL(*xp1,t[i<<shift]);
+         /* works because the cos is nearly one */
+         *yp++ = yr - S_MUL(yi,sine);
+         *yp++ = yi + S_MUL(yr,sine);
+         xp1+=2*stride;
+         xp2-=2*stride;
+      }
    }
 
    /* Inverse N/4 complex FFT. This one should *not* downscale even in fixed-point */
-   kiss_ifft(l->kfft, (const kiss_fft_cpx *)out, (kiss_fft_cpx *)f);
-   
+   opus_ifft(l->kfft[shift], (kiss_fft_cpx *)f2, (kiss_fft_cpx *)f);
+
    /* Post-rotate */
-   for(i=0;i<N4;i++)
    {
-      float re, im;
-      re = f[2*i];
-      im = f[2*i+1];
-      f[2*i]   = re*l->trig[i] + im*l->trig[i+N4];
-      f[2*i+1] = im*l->trig[i] - re*l->trig[i+N4];
+      kiss_fft_scalar * restrict fp = f;
+      const kiss_twiddle_scalar *t = &l->trig[0];
+
+      for(i=0;i<N4;i++)
+      {
+         kiss_fft_scalar re, im, yr, yi;
+         re = fp[0];
+         im = fp[1];
+         /* We'd scale up by 2 here, but instead it's done when mixing the windows */
+         yr = S_MUL(re,t[i<<shift]) - S_MUL(im,t[(N4-i)<<shift]);
+         yi = S_MUL(im,t[i<<shift]) + S_MUL(re,t[(N4-i)<<shift]);
+         /* works because the cos is nearly one */
+         *fp++ = yr - S_MUL(yi,sine);
+         *fp++ = yi + S_MUL(yr,sine);
+      }
    }
    /* De-shuffle the components for the middle of the window only */
-   for(i = 0; i < N4; i++)
    {
-      out[N4+2*i]   =-f[2*i];
-      out[N4+2*i+1] = f[N2-2*i-1];
+      const kiss_fft_scalar * restrict fp1 = f;
+      const kiss_fft_scalar * restrict fp2 = f+N2-1;
+      kiss_fft_scalar * restrict yp = f2;
+      for(i = 0; i < N4; i++)
+      {
+         *yp++ =-*fp1;
+         *yp++ = *fp2;
+         fp1 += 2;
+         fp2 -= 2;
+      }
    }
-
+   out -= (N2-overlap)>>1;
    /* Mirror on both sides for TDAC */
-   for(i = 0; i < N4; i++)
    {
-      out[i]     =-out[N2-i-1];
-      out[N-i-1] = out[N2+i];
+      kiss_fft_scalar * restrict fp1 = f2+N4-1;
+      kiss_fft_scalar * restrict xp1 = out+N2-1;
+      kiss_fft_scalar * restrict yp1 = out+N4-overlap/2;
+      const opus_val16 * restrict wp1 = window;
+      const opus_val16 * restrict wp2 = window+overlap-1;
+      for(i = 0; i< N4-overlap/2; i++)
+      {
+         *xp1 = *fp1;
+         xp1--;
+         fp1--;
+      }
+      for(; i < N4; i++)
+      {
+         kiss_fft_scalar x1;
+         x1 = *fp1--;
+         *yp1++ +=-MULT16_32_Q15(*wp1, x1);
+         *xp1-- += MULT16_32_Q15(*wp2, x1);
+         wp1++;
+         wp2--;
+      }
+   }
+   {
+      kiss_fft_scalar * restrict fp2 = f2+N4;
+      kiss_fft_scalar * restrict xp2 = out+N2;
+      kiss_fft_scalar * restrict yp2 = out+N-1-(N4-overlap/2);
+      const opus_val16 * restrict wp1 = window;
+      const opus_val16 * restrict wp2 = window+overlap-1;
+      for(i = 0; i< N4-overlap/2; i++)
+      {
+         *xp2 = *fp2;
+         xp2++;
+         fp2++;
+      }
+      for(; i < N4; i++)
+      {
+         kiss_fft_scalar x2;
+         x2 = *fp2++;
+         *yp2--  = MULT16_32_Q15(*wp1, x2);
+         *xp2++  = MULT16_32_Q15(*wp2, x2);
+         wp1++;
+         wp2--;
+      }
    }
+   RESTORE_STACK;
 }
-
-