Making the MDCT produce interleaved data
[opus.git] / libcelt / mdct.c
index 4d39eae..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 "kfft_double.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 3.141592653
-#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;
+   int N4, N2;
+   kiss_twiddle_scalar *trig;
    l->n = N;
    N2 = N>>1;
-   l->kfft = cpx32_fft_alloc(N>>2);
-   l->trig = (kiss_twiddle_scalar*)celt_alloc(N2*sizeof(kiss_twiddle_scalar));
+   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 */
 #if defined(FIXED_POINT)
-#if defined(DOUBLE_PRECISION) & !defined(MIXED_PRECISION)
-   for (i=0;i<N2;i++)
-      l->trig[i] = SAMP_MAX*cos(2*M_PI*(i+1./8.)/N);
+   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<N2;i++)
-      l->trig[i] = TRIG_UPSCALE*celt_cos_norm(DIV32(ADD32(SHL32(EXTEND32(i),17),16386),N));
-#endif
-#else
-   for (i=0;i<N2;i++)
-      l->trig[i] = cos(2*M_PI*(i+1./8.)/N);
+   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)
 {
-   cpx32_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);
 }
 
-/* Only divide by half if float. In fixed-point, it's included in the shift */
-#ifdef FIXED_POINT
-#define FL_HALF(x) (x)
-#else
-#define FL_HALF(x) (.5f*(x))
-#endif
+#endif /* CUSTOM_MODES */
 
-void mdct_forward(const mdct_lookup *l, kiss_fft_scalar *in, kiss_fft_scalar * restrict out, const celt_word16_t *window, int overlap)
+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;
+   kiss_twiddle_scalar sine;
    VARDECL(kiss_fft_scalar, f);
    SAVE_STACK;
    N = l->n;
+   N >>= shift;
    N2 = N>>1;
    N4 = N>>2;
    ALLOC(f, N2, kiss_fft_scalar);
-   
-   /* Consider the input to be compused of four blocks: [a, b, c, d] */
+   /* 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 */
    {
       /* 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 = out;
-      const celt_word16_t * restrict wp1 = window+(overlap>>1);
-      const celt_word16_t * restrict wp2 = window+(overlap>>1)-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++ = -FL_HALF(MULT16_32_Q16(*wp2, xp1[N2]) + MULT16_32_Q16(*wp1,*xp2));
-         *yp++ = -FL_HALF(MULT16_32_Q16(*wp1, *xp1)    - MULT16_32_Q16(*wp2, xp2[-N2]));
+         *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;
@@ -128,16 +143,16 @@ void mdct_forward(const mdct_lookup *l, kiss_fft_scalar *in, kiss_fft_scalar * r
       for(;i<N4-(overlap>>2);i++)
       {
          /* Real part arranged as a-bR, Imag part arranged as -c-dR */
-         *yp++ = -HALF32(*xp2);
-         *yp++ = -HALF32(*xp1);
+         *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++ =  FL_HALF(MULT16_32_Q16(*wp1, xp1[-N2]) - MULT16_32_Q16(*wp2, *xp2));
-         *yp++ = -FL_HALF(MULT16_32_Q16(*wp2, *xp1)     + MULT16_32_Q16(*wp1, xp2[N2]));
+         *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;
@@ -146,96 +161,116 @@ void mdct_forward(const mdct_lookup *l, kiss_fft_scalar *in, kiss_fft_scalar * r
    }
    /* Pre-rotation */
    {
-      kiss_fft_scalar * restrict yp = out;
-      kiss_fft_scalar *t = &l->trig[0];
+      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;
+         kiss_fft_scalar re, im, yr, yi;
          re = yp[0];
          im = yp[1];
-         *yp++ = S_MUL(re,t[0])  -  S_MUL(im,t[N4]);
-         *yp++ = S_MUL(im,t[0])  +  S_MUL(re,t[N4]);
-         t++;
+         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) */
-   cpx32_fft(l->kfft, out, f, N4);
+   /* 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 */
+   /* Post-rotate */
    {
       /* Temp pointers to make it really clear to the compiler what we're doing */
-      const kiss_fft_scalar * restrict fp = f;
+      const kiss_fft_scalar * restrict fp = in;
       kiss_fft_scalar * restrict yp1 = out;
-      kiss_fft_scalar * restrict yp2 = out+N2-1;
-      kiss_fft_scalar *t = &l->trig[0];
+      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++)
       {
-         *yp1 = -S_MUL(fp[1],t[N4]) + S_MUL(fp[0],t[0]);
-         *yp2 = -S_MUL(fp[0],t[N4]) - S_MUL(fp[1],t[0]);
+         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;
-         yp2 -= 2;
-         t++;
+         yp1 += 2*stride;
+         yp2 -= 2*stride;
       }
    }
    RESTORE_STACK;
 }
 
-
-void mdct_backward(const mdct_lookup *l, kiss_fft_scalar *in, kiss_fft_scalar * restrict 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;
+   kiss_twiddle_scalar sine;
    VARDECL(kiss_fft_scalar, f);
+   VARDECL(kiss_fft_scalar, f2);
    SAVE_STACK;
    N = l->n;
+   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 */
    {
       /* 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+N2-1;
-      kiss_fft_scalar * restrict yp = out;
-      kiss_fft_scalar *t = &l->trig[0];
-      for(i=0;i<N4;i++) 
+      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++)
       {
-         *yp++ = -S_MUL(*xp2, t[0])  - S_MUL(*xp1,t[N4]);
-         *yp++ =  S_MUL(*xp2, t[N4]) - S_MUL(*xp1,t[0]);
-         xp1+=2;
-         xp2-=2;
-        t++;
+         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 */
-   cpx32_ifft(l->kfft, out, f, N4);
-   
+   opus_ifft(l->kfft[shift], (kiss_fft_cpx *)f2, (kiss_fft_cpx *)f);
+
    /* Post-rotate */
    {
       kiss_fft_scalar * restrict fp = f;
-      kiss_fft_scalar *t = &l->trig[0];
+      const kiss_twiddle_scalar *t = &l->trig[0];
 
       for(i=0;i<N4;i++)
       {
-         kiss_fft_scalar re, im;
+         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 */
-         *fp++ = S_MUL(re,*t) + S_MUL(im,t[N4]);
-         *fp++ = S_MUL(im,*t) - S_MUL(re,t[N4]);
-         t++;
+         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 */
    {
       const kiss_fft_scalar * restrict fp1 = f;
       const kiss_fft_scalar * restrict fp2 = f+N2-1;
-      kiss_fft_scalar * restrict yp = out+N4;
+      kiss_fft_scalar * restrict yp = f2;
       for(i = 0; i < N4; i++)
       {
          *yp++ =-*fp1;
@@ -244,20 +279,51 @@ void mdct_backward(const mdct_lookup *l, kiss_fft_scalar *in, kiss_fft_scalar *
          fp2 -= 2;
       }
    }
-
+   out -= (N2-overlap)>>1;
    /* Mirror on both sides for TDAC */
    {
-      const kiss_fft_scalar * restrict xp1 = out+N2-1;
-      const kiss_fft_scalar * restrict xp2 = out+N2;
-      kiss_fft_scalar * restrict yp1 = out;
-      kiss_fft_scalar * restrict yp2 = out+N-1;
-      for(i = 0; i < N4; 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++)
       {
-         *yp1++ =-*xp1--;
-         *yp2-- = *xp2++;
+         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;
 }
-
-