Add support for intra-coding of the coarse energy.
[opus.git] / libcelt / quant_bands.c
index 6d3a802..58f7ea5 100644 (file)
@@ -1,4 +1,4 @@
-/* (C) 2007 Jean-Marc Valin, CSIRO
+/* (C) 2007-2008 Jean-Marc Valin, CSIRO
 */
 /*
    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
 #include <math.h>
 #include "os_support.h"
 #include "arch.h"
+#include "mathops.h"
+#include "stack_alloc.h"
 
 #ifdef FIXED_POINT
-const float eMeans[24] = {11520, -2048, -3072, -640, 256, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
+const celt_word16_t eMeans[24] = {11520, -2048, -3072, -640, 256, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
 #else
-const float eMeans[24] = {45.f, -8.f, -12.f, -2.5f, 1.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f};
+const celt_word16_t eMeans[24] = {45.f, -8.f, -12.f, -2.5f, 1.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f, 0.f};
 #endif
 
-/*const int frac[24] = {4, 3, 3, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2};*/
-const int frac[24] = {8, 6, 5, 4, 3, 3, 3, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2};
 
 #ifdef FIXED_POINT
-#define Q8 256.f
-#define Q8_1 (1.f/256.f)
+static inline celt_ener_t dB2Amp(celt_ener_t dB)
+{
+   celt_ener_t amp;
+   if (dB>24659)
+      dB=24659;
+   amp = PSHR32(celt_exp2(MULT16_16_Q14(21771,dB)),2)-QCONST16(.3f, 14);
+   if (amp < 0)
+      amp = 0;
+   return PSHR32(amp,2);
+}
+
+#define DBofTWO 24661
+static inline celt_word16_t amp2dB(celt_ener_t amp)
+{
+   /* equivalent to return 6.0207*log2(.3+amp) */
+   return ROUND16(MULT16_16(24661,celt_log2(ADD32(QCONST32(.3f,14),SHL32(amp,2)))),12);
+   /* return DB_SCALING*20*log10(.3+ENER_SCALING_1*amp); */
+}
 #else
-#define Q8 1.f
-#define Q8_1 1.f
+static inline celt_ener_t dB2Amp(celt_ener_t dB)
+{
+   celt_ener_t amp;
+   /*amp = pow(10, .05*dB)-.3;*/
+   amp = exp(0.115129f*dB)-.3f;
+   if (amp < 0)
+      amp = 0;
+   return amp;
+}
+static inline celt_word16_t amp2dB(celt_ener_t amp)
+{
+   /*return 20*log10(.3+amp);*/
+   return 8.68589f*log(.3f+amp);
+}
 #endif
-static void quant_energy_mono(const CELTMode *m, celt_ener_t *eBands, celt_word16_t *oldEBands, int budget, ec_enc *enc)
+
+static const celt_word16_t base_resolution = QCONST16(6.f,8);
+static const celt_word16_t base_resolution_1 = QCONST16(0.1666667f,15);
+
+int *quant_prob_alloc(const CELTMode *m)
 {
    int i;
-   int bits;
+   int *prob;
+   prob = celt_alloc(4*m->nbEBands*sizeof(int));
+   for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
+   {
+      prob[2*i] = 6000-i*200;
+      prob[2*i+1] = ec_laplace_get_start_freq(prob[2*i]);
+   }
+   for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
+   {
+      prob[2*m->nbEBands+2*i] = 9000-i*240;
+      prob[2*m->nbEBands+2*i+1] = ec_laplace_get_start_freq(prob[2*m->nbEBands+2*i]);
+   }
+   return prob;
+}
+
+void quant_prob_free(int *freq)
+{
+   celt_free(freq);
+}
+
+static void quant_coarse_energy_mono(const CELTMode *m, celt_ener_t *eBands, celt_word16_t *oldEBands, unsigned budget, int intra, int *prob, celt_word16_t *error, ec_enc *enc)
+{
+   int i;
+   unsigned bits;
    celt_word16_t prev = 0;
-   float coef = m->ePredCoef;
-   VARDECL(celt_word16_t *error);
-   /* The .7 is a heuristic */
-   float beta = .7*coef;
+   celt_word16_t coef = m->ePredCoef;
+   celt_word16_t beta;
+   
+   if (intra)
+   {
+      coef = 0;
+      prob += 2*m->nbEBands;
+   }
+   /* The .8 is a heuristic */
+   beta = MULT16_16_Q15(QCONST16(.8f,15),coef);
    
-   ALLOC(error, m->nbEBands, celt_word16_t);
    bits = ec_enc_tell(enc, 0);
+   /* Encode at a fixed coarse resolution */
    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
    {
       int qi;
       celt_word16_t q;   /* dB */
-      celt_word16_t res; /* dB */
       celt_word16_t x;   /* dB */
       celt_word16_t f;   /* Q8 */
-      celt_word16_t mean = (1-coef)*eMeans[i];
-      x = DB_SCALING*20*log10(.3+ENER_SCALING_1*eBands[i]);
-      res = DB_SCALING*6;
-      f = QCONST16(1.f,8)*(x-mean-coef*oldEBands[i]-prev*1.f)/res;
+      celt_word16_t mean = MULT16_16_Q15(Q15ONE-coef,eMeans[i]);
+      x = amp2dB(eBands[i]);
 #ifdef FIXED_POINT
+      f = MULT16_16_Q15(x-mean-MULT16_16_Q15(coef,oldEBands[i])-prev,base_resolution_1);
       /* Rounding to nearest integer here is really important! */
       qi = (f+128)>>8;
 #else
+      f = (x-mean-coef*oldEBands[i]-prev)*base_resolution_1;
+      /* Rounding to nearest integer here is really important! */
       qi = (int)floor(.5+f);
 #endif
-      /*ec_laplace_encode(enc, qi, i==0?11192:6192);*/
-      /*ec_laplace_encode(enc, qi, 8500-i*200);*/
-      /* If we don't have enough bits to encode all the energy, just assume something safe. */
+      /* If we don't have enough bits to encode all the energy, just assume something safe.
+         We allow slightly busting the budget here */
       if (ec_enc_tell(enc, 0) - bits > budget)
+      {
          qi = -1;
-      else
-         ec_laplace_encode(enc, qi, 6000-i*200);
-      q = qi*res;
-      error[i] = f - SHL16(qi,8);
-      
-      /*printf("%d ", qi);*/
-      /*printf("%f %f ", pred+prev+q, x);*/
-      /*printf("%f ", x-pred);*/
-      
-      oldEBands[i] = mean+coef*oldEBands[i]+prev+q;
+         error[i] = 128;
+      } else {
+         ec_laplace_encode_start(enc, &qi, prob[2*i], prob[2*i+1]);
+         error[i] = f - SHL16(qi,8);
+      }
+      q = qi*base_resolution;
       
-      prev = mean+prev+(1-beta)*q;
+      oldEBands[i] = mean+MULT16_16_Q15(coef,oldEBands[i])+prev+q;
+      if (oldEBands[i] < -QCONST16(12.f,8))
+         oldEBands[i] = -QCONST16(12.f,8);
+      prev = mean+prev+MULT16_16_Q15(Q15ONE-beta,q);
    }
-   /*bits = ec_enc_tell(enc, 0) - bits;*/
-   /*printf ("%d\n", bits);*/
+}
+
+static void quant_fine_energy_mono(const CELTMode *m, celt_ener_t *eBands, celt_word16_t *oldEBands, celt_word16_t *error, int *fine_quant, ec_enc *enc)
+{
+   int i;
+   /* Encode finer resolution */
    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
    {
       int q2;
-      float offset = Q8_1*(error[i]+QCONST16(.5f,8))*frac[i];
-      /* FIXME: Instead of giving up without warning, we should degrade everything gracefully */
-      if (ec_enc_tell(enc, 0) - bits +EC_ILOG(frac[i])> budget)
-         break;
+      celt_int16_t frac = 1<<fine_quant[i];
+      celt_word16_t offset = (error[i]+QCONST16(.5f,8))*frac;
+      if (fine_quant[i] <= 0)
+         continue;
+#ifdef FIXED_POINT
+      /* Has to be without rounding */
+      q2 = offset>>8;
+#else
       q2 = (int)floor(offset);
-      if (q2 > frac[i]-1)
-         q2 = frac[i]-1;
-      ec_enc_uint(enc, q2, frac[i]);
-      offset = ((q2+.5)/frac[i])-.5;
-      oldEBands[i] += DB_SCALING*6.*offset;
+#endif
+      if (q2 > frac-1)
+         q2 = frac-1;
+      ec_enc_bits(enc, q2, fine_quant[i]);
+#ifdef FIXED_POINT
+      offset = SUB16(SHR16(SHL16(q2,8)+QCONST16(.5,8),fine_quant[i]),QCONST16(.5f,8));
+#else
+      offset = (q2+.5f)*(1<<(14-fine_quant[i]))*(1.f/16384) - .5f;
+#endif
+      oldEBands[i] += PSHR32(MULT16_16(DB_SCALING*6,offset),8);
       /*printf ("%f ", error[i] - offset);*/
    }
    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
    {
-      eBands[i] = ENER_SCALING*(pow(10, .05*DB_SCALING_1*oldEBands[i])-.3);
-      if (eBands[i] < 0)
-         eBands[i] = 0;
+      eBands[i] = dB2Amp(oldEBands[i]);
    }
    /*printf ("%d\n", ec_enc_tell(enc, 0)-9);*/
 
    /*printf ("\n");*/
 }
 
-static void unquant_energy_mono(const CELTMode *m, celt_ener_t *eBands, celt_word16_t *oldEBands, int budget, ec_dec *dec)
+static void unquant_coarse_energy_mono(const CELTMode *m, celt_ener_t *eBands, celt_word16_t *oldEBands, unsigned budget, int intra, int *prob, ec_dec *dec)
 {
    int i;
-   int bits;
-   float prev = 0;
-   float coef = m->ePredCoef;
-   /* The .7 is a heuristic */
-   float beta = .7*coef;
+   unsigned bits;
+   celt_word16_t prev = 0;
+   celt_word16_t coef = m->ePredCoef;
+   celt_word16_t beta;
+   
+   if (intra)
+   {
+      coef = 0;
+      prob += 2*m->nbEBands;
+   }
+   /* The .8 is a heuristic */
+   beta = MULT16_16_Q15(QCONST16(.8f,15),coef);
+   
    bits = ec_dec_tell(dec, 0);
+   /* Decode at a fixed coarse resolution */
    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
    {
       int qi;
-      float q;
-      float res;
-      float mean = (1-coef)*eMeans[i];
-      res = 6.;
-      /* If we didn't have enough bits to encode all the energy, just assume something safe. */
+      celt_word16_t q;
+      celt_word16_t mean = MULT16_16_Q15(Q15ONE-coef,eMeans[i]);
+      /* If we didn't have enough bits to encode all the energy, just assume something safe.
+         We allow slightly busting the budget here */
       if (ec_dec_tell(dec, 0) - bits > budget)
          qi = -1;
       else
-         qi = ec_laplace_decode(dec, 6000-i*200);
-      q = qi*res;
+         qi = ec_laplace_decode_start(dec, prob[2*i], prob[2*i+1]);
+      q = qi*base_resolution;
       
-      oldEBands[i] = DB_SCALING*(DB_SCALING_1*mean+coef*DB_SCALING_1*oldEBands[i]+prev+q);
+      oldEBands[i] = mean+MULT16_16_Q15(coef,oldEBands[i])+prev+q;
+      if (oldEBands[i] < -QCONST16(12.f,8))
+         oldEBands[i] = -QCONST16(12.f,8);
       
-      prev = DB_SCALING_1*mean+prev+(1-beta)*q;
+      prev = mean+prev+MULT16_16_Q15(Q15ONE-beta,q);
    }
+}
+
+static void unquant_fine_energy_mono(const CELTMode *m, celt_ener_t *eBands, celt_word16_t *oldEBands, int *fine_quant, ec_dec *dec)
+{
+   int i;
+   /* Decode finer resolution */
    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
    {
       int q2;
-      float offset;
-      if (ec_dec_tell(dec, 0) - bits +EC_ILOG(frac[i])> budget)
-         break;
-      q2 = ec_dec_uint(dec, frac[i]);
-      offset = ((q2+.5)/frac[i])-.5;
-      oldEBands[i] += DB_SCALING*6.*offset;
+      celt_word16_t offset;
+      if (fine_quant[i] <= 0)
+         continue;
+      q2 = ec_dec_bits(dec, fine_quant[i]);
+#ifdef FIXED_POINT
+      offset = SUB16(SHR16(SHL16(q2,8)+QCONST16(.5,8),fine_quant[i]),QCONST16(.5f,8));
+#else
+      offset = (q2+.5f)*(1<<(14-fine_quant[i]))*(1.f/16384) - .5f;
+#endif
+      oldEBands[i] += PSHR32(MULT16_16(DB_SCALING*6,offset),8);
    }
    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
    {
-      /*printf ("%f ", error[i] - offset);*/
-      eBands[i] = ENER_SCALING*(pow(10, .05*DB_SCALING_1*oldEBands[i])-.3);
-      if (eBands[i] < 0)
-         eBands[i] = 0;
+      eBands[i] = dB2Amp(oldEBands[i]);
    }
    /*printf ("\n");*/
 }
 
 
 
-void quant_energy(const CELTMode *m, celt_ener_t *eBands, celt_word16_t *oldEBands, int budget, ec_enc *enc)
+void quant_coarse_energy(const CELTMode *m, celt_ener_t *eBands, celt_word16_t *oldEBands, int budget, int intra, int *prob, celt_word16_t *error, ec_enc *enc)
 {
    int C;
-   
    C = m->nbChannels;
 
    if (C==1)
-      quant_energy_mono(m, eBands, oldEBands, budget, enc);
-   else 
-#if 1
    {
+      quant_coarse_energy_mono(m, eBands, oldEBands, budget, intra, prob, error, enc);
+   } else {
       int c;
-      VARDECL(celt_ener_t *E);
-      ALLOC(E, m->nbEBands, celt_ener_t);
       for (c=0;c<C;c++)
       {
          int i;
+         VARDECL(celt_ener_t, E);
+         SAVE_STACK;
+         ALLOC(E, m->nbEBands, celt_ener_t);
          for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
             E[i] = eBands[C*i+c];
-         quant_energy_mono(m, E, oldEBands+c*m->nbEBands, budget/C, enc);
-         for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
-            eBands[C*i+c] = E[i];
+         quant_coarse_energy_mono(m, E, oldEBands+c*m->nbEBands, budget/C, intra, prob, error+c*m->nbEBands, enc);
+         RESTORE_STACK;
       }
    }
-#else
-      if (C==2)
+}
+
+void quant_fine_energy(const CELTMode *m, celt_ener_t *eBands, celt_word16_t *oldEBands, celt_word16_t *error, int *fine_quant, ec_enc *enc)
+{
+   int C;
+   C = m->nbChannels;
+
+   if (C==1)
    {
-      int i;
-      int NB = m->nbEBands;
-      float mid[NB];
-      float side[NB];
-      float left;
-      float right;
-      for (i=0;i<NB;i++)
-      {
-         //left = eBands[C*i];
-         //right = eBands[C*i+1];
-         mid[i] = ENER_SCALING_1*sqrt(eBands[C*i]*eBands[C*i] + eBands[C*i+1]*eBands[C*i+1]);
-         side[i] = 20*log10((ENER_SCALING_1*eBands[2*i]+.3)/(ENER_SCALING_1*eBands[2*i+1]+.3));
-         //printf ("%f %f ", mid[i], side[i]);
-      }
-      //printf ("\n");
-      quant_energy_mono(m, mid, oldEBands, enc);
-      for (i=0;i<NB;i++)
-         side[i] = pow(10.f,floor(.5f+side[i])/10.f);
-         
-      //quant_energy_side(m, side, oldEBands+NB, enc);
-      for (i=0;i<NB;i++)
-      {
-         eBands[C*i] = ENER_SCALING*mid[i]*sqrt(side[i]/(1.f+side[i]));
-         eBands[C*i+1] = ENER_SCALING*mid[i]*sqrt(1.f/(1.f+side[i]));
-         //printf ("%f %f ", mid[i], side[i]);
-      }
+      quant_fine_energy_mono(m, eBands, oldEBands, error, fine_quant, enc);
 
    } else {
-      celt_fatal("more than 2 channels not supported");
+      int c;
+      VARDECL(celt_ener_t, E);
+      ALLOC(E, m->nbEBands, celt_ener_t);
+      for (c=0;c<C;c++)
+      {
+         int i;
+         SAVE_STACK;
+         quant_fine_energy_mono(m, E, oldEBands+c*m->nbEBands, error+c*m->nbEBands, fine_quant, enc);
+         for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
+            eBands[C*i+c] = E[i];
+         RESTORE_STACK;
+      }
    }
-#endif
 }
 
 
+void unquant_coarse_energy(const CELTMode *m, celt_ener_t *eBands, celt_word16_t *oldEBands, int budget, int intra, int *prob, ec_dec *dec)
+{
+   int C;   
 
-void unquant_energy(const CELTMode *m, celt_ener_t *eBands, celt_word16_t *oldEBands, int budget, ec_dec *dec)
+   C = m->nbChannels;
+   if (C==1)
+   {
+      unquant_coarse_energy_mono(m, eBands, oldEBands, budget, intra, prob, dec);
+   }
+   else {
+      int c;
+      VARDECL(celt_ener_t, E);
+      SAVE_STACK;
+      ALLOC(E, m->nbEBands, celt_ener_t);
+      for (c=0;c<C;c++)
+      {
+         unquant_coarse_energy_mono(m, E, oldEBands+c*m->nbEBands, budget/C, intra, prob, dec);
+      }
+      RESTORE_STACK;
+   }
+}
+
+void unquant_fine_energy(const CELTMode *m, celt_ener_t *eBands, celt_word16_t *oldEBands, int *fine_quant, ec_dec *dec)
 {
    int C;   
+
    C = m->nbChannels;
 
    if (C==1)
-      unquant_energy_mono(m, eBands, oldEBands, budget, dec);
+   {
+      unquant_fine_energy_mono(m, eBands, oldEBands, fine_quant, dec);
+   }
    else {
       int c;
-      VARDECL(celt_ener_t *E);
+      VARDECL(celt_ener_t, E);
+      SAVE_STACK;
       ALLOC(E, m->nbEBands, celt_ener_t);
       for (c=0;c<C;c++)
       {
          int i;
-         unquant_energy_mono(m, E, oldEBands+c*m->nbEBands, budget/C, dec);
+         unquant_fine_energy_mono(m, E, oldEBands+c*m->nbEBands, fine_quant, dec);
          for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
             eBands[C*i+c] = E[i];
       }
+      RESTORE_STACK;
    }
 }