Some work towards being able to encode a 48 kHz stream from 32 kHz audio (incomplete)
[opus.git] / libcelt / pitch.c
index 8a2e572..278a4e8 100644 (file)
+/* Copyright (c) 2007-2008 CSIRO
+   Copyright (c) 2007-2009 Xiph.Org Foundation
+   Written by Jean-Marc Valin */
 /**
    @file pitch.c
    @brief Pitch analysis
-*/
-
-/* Copyright (C) 2005
-
-   This library is free software; you can redistribute it and/or
-   modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
-   License as published by the Free Software Foundation; either
-   version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
-
-   This library is distributed in the hope that it will be useful,
-   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
-   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
-   Lesser General Public License for more details.
+ */
 
-   You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
-   License along with this library; if not, write to the Free Software
-   Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA
+/*
+   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
+   A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE FOUNDATION OR
+   CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
+   EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
+   PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
+   PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
+   LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
+   NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
+   SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
 */
 
+
 #ifdef HAVE_CONFIG_H
 #include "config.h"
 #endif
 
-#include <stdio.h>
-#include <math.h>
 #include "pitch.h"
-#include "psy.h"
+#include "os_support.h"
+#include "modes.h"
+#include "stack_alloc.h"
+#include "mathops.h"
 
-void find_spectral_pitch(kiss_fftr_cfg fft, struct PsyDecay *decay, float *x, float *y, int lag, int len, int C, int *pitch)
+void find_best_pitch(celt_word32 *xcorr, celt_word32 maxcorr, celt_word16 *y, int yshift, int len, int max_pitch, int best_pitch[2])
 {
-   int c;
-   int n2 = lag/2;
-   float xx[lag*C];
-   float yy[lag*C];
-   float X[lag*C];
-   float Y[lag*C];
-   float curve[n2*C];
-   int i;
-   
-   for (i=0;i<C*lag;i++)
-      xx[i] = 0;
-   for (c=0;c<C;c++)
+   int i, j;
+   celt_word32 Syy=1;
+   celt_word16 best_num[2];
+   celt_word32 best_den[2];
+#ifdef FIXED_POINT
+   int xshift;
+
+   xshift = celt_ilog2(maxcorr)-14;
+#endif
+
+   best_num[0] = -1;
+   best_num[1] = -1;
+   best_den[0] = 0;
+   best_den[1] = 0;
+   best_pitch[0] = 0;
+   best_pitch[1] = 1;
+   for (j=0;j<len;j++)
+      Syy = MAC16_16(Syy, y[j],y[j]);
+   for (i=0;i<max_pitch;i++)
    {
-      for (i=0;i<len;i++)
-         xx[c*lag+i] = x[C*i+c];
-      for (i=0;i<lag;i++)
-         yy[c*lag+i] = y[C*i+c];
-      
+      float score;
+      if (xcorr[i]>0)
+      {
+         celt_word16 num;
+         celt_word32 xcorr16;
+         xcorr16 = EXTRACT16(VSHR32(xcorr[i], xshift));
+         num = MULT16_16_Q15(xcorr16,xcorr16);
+         score = num*1./Syy;
+         if (MULT16_32_Q15(num,best_den[1]) > MULT16_32_Q15(best_num[1],Syy))
+         {
+            if (MULT16_32_Q15(num,best_den[0]) > MULT16_32_Q15(best_num[0],Syy))
+            {
+               best_num[1] = best_num[0];
+               best_den[1] = best_den[0];
+               best_pitch[1] = best_pitch[0];
+               best_num[0] = num;
+               best_den[0] = Syy;
+               best_pitch[0] = i;
+            } else {
+               best_num[1] = num;
+               best_den[1] = Syy;
+               best_pitch[1] = i;
+            }
+         }
+      }
+      Syy += SHR32(MULT16_16(y[i+len],y[i+len]),yshift) - SHR32(MULT16_16(y[i],y[i]),yshift);
+      Syy = MAX32(1, Syy);
    }
-   
-   kiss_fftr(fft, xx, X);
-   kiss_fftr(fft, yy, Y);
-   
-   compute_masking(decay, X, curve, lag*C, 44100);
-   
-   for (i=1;i<C*n2;i++)
+}
+
+void pitch_downsample(const celt_sig * restrict x, celt_word16 * restrict x_lp, int len, int end, int _C, celt_sig * restrict xmem, celt_word16 * restrict filt_mem)
+{
+   int i;
+   const int C = CHANNELS(_C);
+   for (i=1;i<len>>1;i++)
+      x_lp[i] = SHR32(HALF32(HALF32(x[(2*i-1)*C]+x[(2*i+1)*C])+x[2*i*C]), SIG_SHIFT);
+   x_lp[0] = SHR32(HALF32(HALF32(*xmem+x[C])+x[0]), SIG_SHIFT);
+   *xmem = x[end-C];
+   if (C==2)
    {
-      float n;
-      /*n = 1.f/(1e1+sqrt(sqrt((X[2*i-1]*X[2*i-1] + X[2*i  ]*X[2*i  ])*(Y[2*i-1]*Y[2*i-1] + Y[2*i  ]*Y[2*i  ]))));*/
-      /*n = 1;*/
-      n = 1.f/sqrt(1+curve[i]);
-      /*n = 1.f/(1+curve[i]);*/
-      float tmp = X[2*i];
-      X[2*i] = (X[2*i  ]*Y[2*i  ] + X[2*i+1]*Y[2*i+1])*n;
-      X[2*i+1] = (- X[2*i+1]*Y[2*i  ] + tmp*Y[2*i+1])*n;
+      for (i=1;i<len>>1;i++)
+      x_lp[i] = SHR32(HALF32(HALF32(x[(2*i-1)*C+1]+x[(2*i+1)*C+1])+x[2*i*C+1]), SIG_SHIFT);
+      x_lp[0] += SHR32(HALF32(HALF32(x[C+1])+x[1]), SIG_SHIFT);
+      *xmem += x[end-C+1];
    }
-   X[0] = X[1] = 0;
-   kiss_fftri(fft, X, xx);
-   
-   float max_corr=-1e10;
-   *pitch = 0;
-   for (i=0;i<lag-len;i++)
+
+#if 0
    {
-      /*printf ("%f ", xx[i]);*/
-      if (xx[i] > max_corr)
+      int j;
+      float ac[3]={0,0,0};
+      float ak[2];
+      float det;
+      celt_word16 mem[2];
+      for (i=0;i<3;i++)
+      {
+         for (j=0;j<(len>>1)-i;j++)
+         {
+            ac[i] += x_lp[j]*x_lp[j+i];
+         }
+      }
+      det = 1./(.1+ac[0]*ac[0]-ac[1]*ac[1]);
+      ak[0] = .9*det*(ac[0]*ac[1] - ac[1]*ac[2]);
+      ak[1] = .81*det*(-ac[1]*ac[1] + ac[0]*ac[2]);
+      /*printf ("%f %f %f\n", 1., -ak[0], -ak[1]);*/
+      mem[0]=filt_mem[0];
+      mem[1]=filt_mem[1];
+      filt_mem[0]=x_lp[(end>>1)-1];
+      filt_mem[1]=x_lp[(end>>1)-2];
+      for (j=0;j<len>>1;j++)
       {
-         *pitch = i;
-         max_corr = xx[i];
+         float tmp = x_lp[j];
+         x_lp[j] = x_lp[j] - ak[0]*mem[0] - ak[1]*mem[1];
+         mem[1]=mem[0];
+         mem[0]=tmp;
       }
    }
-   /*printf ("\n");
-   printf ("%d %f\n", *pitch, max_corr);
-   printf ("%d\n", *pitch);*/
+#endif
+
+}
+
+void pitch_search(const CELTMode *m, const celt_word16 * restrict x_lp, celt_word16 * restrict y, int len, int max_pitch, int *pitch, celt_sig *xmem, int M)
+{
+   int i, j;
+   const int lag = MAX_PERIOD;
+   const int N = M*m->shortMdctSize;
+   int best_pitch[2]={0};
+   VARDECL(celt_word16, x_lp4);
+   VARDECL(celt_word16, y_lp4);
+   VARDECL(celt_word32, xcorr);
+   celt_word32 maxcorr=1;
+   int offset;
+   int shift=0;
+
+   SAVE_STACK;
+
+   ALLOC(x_lp4, len>>2, celt_word16);
+   ALLOC(y_lp4, lag>>2, celt_word16);
+   ALLOC(xcorr, max_pitch>>1, celt_word32);
+
+   /* Downsample by 2 again */
+   for (j=0;j<len>>2;j++)
+      x_lp4[j] = x_lp[2*j];
+   for (j=0;j<lag>>2;j++)
+      y_lp4[j] = y[2*j];
+
+#ifdef FIXED_POINT
+   shift = celt_ilog2(MAX16(celt_maxabs16(x_lp4, len>>2), celt_maxabs16(y_lp4, lag>>2)))-11;
+   if (shift>0)
+   {
+      for (j=0;j<len>>2;j++)
+         x_lp4[j] = SHR16(x_lp4[j], shift);
+      for (j=0;j<lag>>2;j++)
+         y_lp4[j] = SHR16(y_lp4[j], shift);
+      /* Use double the shift for a MAC */
+      shift *= 2;
+   } else {
+      shift = 0;
+   }
+#endif
+
+   /* Coarse search with 4x decimation */
+
+   for (i=0;i<max_pitch>>2;i++)
+   {
+      celt_word32 sum = 0;
+      for (j=0;j<len>>2;j++)
+         sum = MAC16_16(sum, x_lp4[j],y_lp4[i+j]);
+      xcorr[i] = MAX32(-1, sum);
+      maxcorr = MAX32(maxcorr, sum);
+   }
+   find_best_pitch(xcorr, maxcorr, y_lp4, 0, len>>2, max_pitch>>2, best_pitch);
+
+   /* Finer search with 2x decimation */
+   maxcorr=1;
+   for (i=0;i<max_pitch>>1;i++)
+   {
+      celt_word32 sum=0;
+      xcorr[i] = 0;
+      if (abs(i-2*best_pitch[0])>2 && abs(i-2*best_pitch[1])>2)
+         continue;
+      for (j=0;j<len>>1;j++)
+         sum += SHR32(MULT16_16(x_lp[j],y[i+j]), shift);
+      xcorr[i] = MAX32(-1, sum);
+      maxcorr = MAX32(maxcorr, sum);
+   }
+   find_best_pitch(xcorr, maxcorr, y, shift, len>>1, max_pitch>>1, best_pitch);
+
+   /* Refine by pseudo-interpolation */
+   if (best_pitch[0]>0 && best_pitch[0]<(max_pitch>>1)-1)
+   {
+      celt_word32 a, b, c;
+      a = xcorr[best_pitch[0]-1];
+      b = xcorr[best_pitch[0]];
+      c = xcorr[best_pitch[0]+1];
+      if ((c-a) > MULT16_32_Q15(QCONST16(.7f,15),b-a))
+         offset = 1;
+      else if ((a-c) > MULT16_32_Q15(QCONST16(.7f,15),b-c))
+         offset = -1;
+      else 
+         offset = 0;
+   } else {
+      offset = 0;
+   }
+   *pitch = 2*best_pitch[0]-offset;
+
+   CELT_MOVE(y, y+(N>>1), (lag-N)>>1);
+   CELT_MOVE(y+((lag-N)>>1), x_lp, N>>1);
+
+   RESTORE_STACK;
+
+   /*printf ("%d\n", *pitch);*/
 }