Some work towards being able to encode a 48 kHz stream from 32 kHz audio (incomplete)
[opus.git] / libcelt / quant_bands.c
index 46ad5bb..af2b7e1 100644 (file)
@@ -1,5 +1,6 @@
-/* (C) 2007-2008 Jean-Marc Valin, CSIRO
-*/
+/* Copyright (c) 2007-2008 CSIRO
+   Copyright (c) 2007-2009 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
 #include "mathops.h"
 #include "stack_alloc.h"
 
-#ifdef FIXED_POINT
-const celt_word16_t eMeans[24] = {1920, -341, -512, -107, 43, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
-#else
-const celt_word16_t eMeans[24] = {7.5f, -1.33f, -2.f, -0.42f, 0.17f, 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
+#define E_MEANS_SIZE (5)
+
+const celt_word16 eMeans[E_MEANS_SIZE] = {QCONST16(7.5f,DB_SHIFT), -QCONST16(1.33f,DB_SHIFT), -QCONST16(2.f,DB_SHIFT), -QCONST16(0.42f,DB_SHIFT), QCONST16(0.17f,DB_SHIFT)};
 
 /* FIXME: Implement for stereo */
-int intra_decision(celt_word16_t *eBands, celt_word16_t *oldEBands, int len)
+int intra_decision(celt_word16 *eBands, celt_word16 *oldEBands, int len)
 {
    int i;
-   celt_word32_t dist = 0;
+   celt_word32 dist = 0;
    for (i=0;i<len;i++)
    {
-      celt_word16_t d = SUB16(eBands[i], oldEBands[i]);
+      celt_word16 d = SUB16(eBands[i], oldEBands[i]);
       dist = MAC16_16(dist, d,d);
    }
-   return SHR32(dist,16) > 2*len;
+   return SHR32(dist,2*DB_SHIFT) > 2*len;
 }
 
 int *quant_prob_alloc(const CELTMode *m)
@@ -85,14 +84,13 @@ void quant_prob_free(int *freq)
    celt_free(freq);
 }
 
-unsigned quant_coarse_energy(const CELTMode *m, celt_word16_t *eBands, celt_word16_t *oldEBands, int budget, int intra, int *prob, celt_word16_t *error, ec_enc *enc, int _C)
+unsigned quant_coarse_energy(const CELTMode *m, int start, int end, const celt_word16 *eBands, celt_word16 *oldEBands, int budget, int intra, int *prob, celt_word16 *error, ec_enc *enc, int _C, celt_word16 max_decay)
 {
    int i, c;
-   unsigned bits;
    unsigned bits_used = 0;
-   celt_word16_t prev[2] = {0,0};
-   celt_word16_t coef = m->ePredCoef;
-   celt_word16_t beta;
+   celt_word32 prev[2] = {0,0};
+   celt_word16 coef = m->ePredCoef;
+   celt_word16 beta;
    const int C = CHANNELS(_C);
 
    if (intra)
@@ -101,89 +99,93 @@ unsigned quant_coarse_energy(const CELTMode *m, celt_word16_t *eBands, celt_word
       prob += 2*m->nbEBands;
    }
    /* The .8 is a heuristic */
-   beta = MULT16_16_Q15(QCONST16(.8f,15),coef);
-   
-   bits = ec_enc_tell(enc, 0);
+   beta = MULT16_16_P15(QCONST16(.8f,15),coef);
+
    /* Encode at a fixed coarse resolution */
-   for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
+   for (i=start;i<end;i++)
    {
       c=0;
       do {
          int qi;
-         celt_word16_t q;   /* dB */
-         celt_word16_t x;   /* dB */
-         celt_word16_t f;   /* Q8 */
-         celt_word16_t mean = MULT16_16_Q15(Q15ONE-coef,eMeans[i]);
+         celt_word16 q;
+         celt_word16 x;
+         celt_word32 f;
+         celt_word32 mean =  (i-start < E_MEANS_SIZE) ? SUB32(SHL32(EXTEND32(eMeans[i-start]),15), MULT16_16(coef,eMeans[i-start])) : 0;
          x = eBands[i+c*m->nbEBands];
 #ifdef FIXED_POINT
-         f = x-mean -MULT16_16_Q15(coef,oldEBands[i+c*m->nbEBands])-prev[c];
+         f = SHL32(EXTEND32(x),15)-mean -MULT16_16(coef,oldEBands[i+c*m->nbEBands])-prev[c];
          /* Rounding to nearest integer here is really important! */
-         qi = (f+128)>>8;
+         qi = (f+QCONST32(.5,DB_SHIFT+15))>>(DB_SHIFT+15);
 #else
          f = x-mean-coef*oldEBands[i+c*m->nbEBands]-prev[c];
          /* Rounding to nearest integer here is really important! */
          qi = (int)floor(.5f+f);
 #endif
+         if (qi < 0 && x < oldEBands[i+c*m->nbEBands]-max_decay)
+         {
+            qi += SHR16(oldEBands[i+c*m->nbEBands]-max_decay-x, DB_SHIFT);
+            if (qi > 0)
+               qi = 0;
+         }
          /* If we don't have enough bits to encode all the energy, just assume something safe.
             We allow slightly busting the budget here */
-         bits_used=ec_enc_tell(enc, 0) - bits;
+         bits_used=ec_enc_tell(enc, 0);
          if (bits_used > budget)
          {
             qi = -1;
-            error[i+c*m->nbEBands] = 128;
+            error[i+c*m->nbEBands] = QCONST16(.5f,DB_SHIFT);
          } else {
             ec_laplace_encode_start(enc, &qi, prob[2*i], prob[2*i+1]);
-            error[i+c*m->nbEBands] = f - SHL16(qi,8);
+            error[i+c*m->nbEBands] = PSHR32(f,15) - SHL16(qi,DB_SHIFT);
          }
-         q = qi*DB_SCALING;
+         q = SHL16(qi,DB_SHIFT);
          
-         oldEBands[i+c*m->nbEBands] = MULT16_16_Q15(coef,oldEBands[i+c*m->nbEBands])+(mean+prev[c]+q);
-         prev[c] = mean+prev[c]+MULT16_16_Q15(Q15ONE-beta,q);
+         oldEBands[i+c*m->nbEBands] = PSHR32(MULT16_16(coef,oldEBands[i+c*m->nbEBands]) + mean + prev[c] + SHL32(EXTEND32(q),15), 15);
+         prev[c] = mean + prev[c] + SHL32(EXTEND32(q),15) - MULT16_16(beta,q);
       } while (++c < C);
    }
    return bits_used;
 }
 
-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)
+void quant_fine_energy(const CELTMode *m, int start, int end, celt_ener *eBands, celt_word16 *oldEBands, celt_word16 *error, int *fine_quant, ec_enc *enc, int _C)
 {
    int i, c;
    const int C = CHANNELS(_C);
 
    /* Encode finer resolution */
-   for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
+   for (i=start;i<end;i++)
    {
-      celt_int16_t frac = 1<<fine_quant[i];
+      celt_int16 frac = 1<<fine_quant[i];
       if (fine_quant[i] <= 0)
          continue;
       c=0;
       do {
          int q2;
-         celt_word16_t offset;
+         celt_word16 offset;
 #ifdef FIXED_POINT
          /* Has to be without rounding */
-         q2 = (error[i+c*m->nbEBands]+QCONST16(.5f,8))>>(8-fine_quant[i]);
+         q2 = (error[i+c*m->nbEBands]+QCONST16(.5f,DB_SHIFT))>>(DB_SHIFT-fine_quant[i]);
 #else
          q2 = (int)floor((error[i+c*m->nbEBands]+.5f)*frac);
 #endif
          if (q2 > frac-1)
             q2 = frac-1;
+         if (q2<0)
+            q2 = 0;
          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));
+         offset = SUB16(SHR16(SHL16(q2,DB_SHIFT)+QCONST16(.5,DB_SHIFT),fine_quant[i]),QCONST16(.5f,DB_SHIFT));
 #else
          offset = (q2+.5f)*(1<<(14-fine_quant[i]))*(1.f/16384) - .5f;
 #endif
          oldEBands[i+c*m->nbEBands] += offset;
          error[i+c*m->nbEBands] -= offset;
-         eBands[i+c*m->nbEBands] = log2Amp(oldEBands[i+c*m->nbEBands]);
          /*printf ("%f ", error[i] - offset);*/
       } while (++c < C);
    }
-   for (i=0;i<C*m->nbEBands;i++)
-      eBands[i] = log2Amp(oldEBands[i]);
 }
 
-void quant_energy_finalise(const CELTMode *m, celt_ener_t *eBands, celt_word16_t *oldEBands, celt_word16_t *error, int *fine_quant, int *fine_priority, int bits_left, ec_enc *enc, int _C)
+void quant_energy_finalise(const CELTMode *m, int start, int end, celt_ener *eBands, celt_word16 *oldEBands, celt_word16 *error, int *fine_quant, int *fine_priority, int bits_left, ec_enc *enc, int _C)
 {
    int i, prio, c;
    const int C = CHANNELS(_C);
@@ -191,18 +193,18 @@ void quant_energy_finalise(const CELTMode *m, celt_ener_t *eBands, celt_word16_t
    /* Use up the remaining bits */
    for (prio=0;prio<2;prio++)
    {
-      for (i=0;i<m->nbEBands && bits_left>=C ;i++)
+      for (i=start;i<end && bits_left>=C ;i++)
       {
          if (fine_quant[i] >= 7 || fine_priority[i]!=prio)
             continue;
          c=0;
          do {
             int q2;
-            celt_word16_t offset;
+            celt_word16 offset;
             q2 = error[i+c*m->nbEBands]<0 ? 0 : 1;
             ec_enc_bits(enc, q2, 1);
 #ifdef FIXED_POINT
-            offset = SHR16(SHL16(q2,8)-QCONST16(.5,8),fine_quant[i]+1);
+            offset = SHR16(SHL16(q2,DB_SHIFT)-QCONST16(.5,DB_SHIFT),fine_quant[i]+1);
 #else
             offset = (q2-.5f)*(1<<(14-fine_quant[i]-1))*(1.f/16384);
 #endif
@@ -211,21 +213,23 @@ void quant_energy_finalise(const CELTMode *m, celt_ener_t *eBands, celt_word16_t
          } while (++c < C);
       }
    }
-   for (i=0;i<C*m->nbEBands;i++)
-   {
-      eBands[i] = log2Amp(oldEBands[i]);
-      if (oldEBands[i] < -QCONST16(7.f,8))
-         oldEBands[i] = -QCONST16(7.f,8);
-   }
+   c=0;
+   do {
+      for (i=start;i<m->nbEBands;i++)
+      {
+         eBands[i+c*m->nbEBands] = log2Amp(oldEBands[i+c*m->nbEBands]);
+         if (oldEBands[i+c*m->nbEBands] < -QCONST16(7.f,DB_SHIFT))
+            oldEBands[i+c*m->nbEBands] = -QCONST16(7.f,DB_SHIFT);
+      }
+   } while (++c < C);
 }
 
-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_coarse_energy(const CELTMode *m, int start, int end, celt_ener *eBands, celt_word16 *oldEBands, int budget, int intra, int *prob, ec_dec *dec, int _C)
 {
    int i, c;
-   unsigned bits;
-   celt_word16_t prev[2] = {0, 0};
-   celt_word16_t coef = m->ePredCoef;
-   celt_word16_t beta;
+   celt_word32 prev[2] = {0, 0};
+   celt_word16 coef = m->ePredCoef;
+   celt_word16 beta;
    const int C = CHANNELS(_C);
 
    if (intra)
@@ -234,58 +238,55 @@ void unquant_coarse_energy(const CELTMode *m, celt_ener_t *eBands, celt_word16_t
       prob += 2*m->nbEBands;
    }
    /* The .8 is a heuristic */
-   beta = MULT16_16_Q15(QCONST16(.8f,15),coef);
-   
-   bits = ec_dec_tell(dec, 0);
+   beta = MULT16_16_P15(QCONST16(.8f,15),coef);
+
    /* Decode at a fixed coarse resolution */
-   for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
+   for (i=start;i<end;i++)
    {
-      c=0; 
+      c=0;
       do {
          int qi;
-         celt_word16_t q;
-         celt_word16_t mean = MULT16_16_Q15(Q15ONE-coef,eMeans[i]);
+         celt_word16 q;
+         celt_word32 mean =  (i-start < E_MEANS_SIZE) ? SUB32(SHL32(EXTEND32(eMeans[i-start]),15), MULT16_16(coef,eMeans[i-start])) : 0;
          /* 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)
+         if (ec_dec_tell(dec, 0) > budget)
             qi = -1;
          else
             qi = ec_laplace_decode_start(dec, prob[2*i], prob[2*i+1]);
-         q = qi*DB_SCALING;
+         q = SHL16(qi,DB_SHIFT);
 
-         oldEBands[i+c*m->nbEBands] = MULT16_16_Q15(coef,oldEBands[i+c*m->nbEBands])+(mean+prev[c]+q);
-         prev[c] = mean+prev[c]+MULT16_16_Q15(Q15ONE-beta,q);
+         oldEBands[i+c*m->nbEBands] = PSHR32(MULT16_16(coef,oldEBands[i+c*m->nbEBands]) + mean + prev[c] + SHL32(EXTEND32(q),15), 15);
+         prev[c] = mean + prev[c] + SHL32(EXTEND32(q),15) - MULT16_16(beta,q);
       } while (++c < C);
    }
 }
 
-void unquant_fine_energy(const CELTMode *m, celt_ener_t *eBands, celt_word16_t *oldEBands, int *fine_quant, ec_dec *dec, int _C)
+void unquant_fine_energy(const CELTMode *m, int start, int end, celt_ener *eBands, celt_word16 *oldEBands, int *fine_quant, ec_dec *dec, int _C)
 {
    int i, c;
    const int C = CHANNELS(_C);
    /* Decode finer resolution */
-   for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
+   for (i=start;i<end;i++)
    {
       if (fine_quant[i] <= 0)
          continue;
       c=0; 
       do {
          int q2;
-         celt_word16_t offset;
+         celt_word16 offset;
          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));
+         offset = SUB16(SHR16(SHL16(q2,DB_SHIFT)+QCONST16(.5,DB_SHIFT),fine_quant[i]),QCONST16(.5f,DB_SHIFT));
 #else
          offset = (q2+.5f)*(1<<(14-fine_quant[i]))*(1.f/16384) - .5f;
 #endif
          oldEBands[i+c*m->nbEBands] += offset;
       } while (++c < C);
    }
-   for (i=0;i<C*m->nbEBands;i++)
-      eBands[i] = log2Amp(oldEBands[i]);
 }
 
-void unquant_energy_finalise(const CELTMode *m, celt_ener_t *eBands, celt_word16_t *oldEBands, int *fine_quant,  int *fine_priority, int bits_left, ec_dec *dec, int _C)
+void unquant_energy_finalise(const CELTMode *m, int start, int end, celt_ener *eBands, celt_word16 *oldEBands, int *fine_quant,  int *fine_priority, int bits_left, ec_dec *dec, int _C)
 {
    int i, prio, c;
    const int C = CHANNELS(_C);
@@ -293,17 +294,17 @@ void unquant_energy_finalise(const CELTMode *m, celt_ener_t *eBands, celt_word16
    /* Use up the remaining bits */
    for (prio=0;prio<2;prio++)
    {
-      for (i=0;i<m->nbEBands && bits_left>=C ;i++)
+      for (i=start;i<end && bits_left>=C ;i++)
       {
          if (fine_quant[i] >= 7 || fine_priority[i]!=prio)
             continue;
          c=0;
          do {
             int q2;
-            celt_word16_t offset;
+            celt_word16 offset;
             q2 = ec_dec_bits(dec, 1);
 #ifdef FIXED_POINT
-            offset = SHR16(SHL16(q2,8)-QCONST16(.5,8),fine_quant[i]+1);
+            offset = SHR16(SHL16(q2,DB_SHIFT)-QCONST16(.5,DB_SHIFT),fine_quant[i]+1);
 #else
             offset = (q2-.5f)*(1<<(14-fine_quant[i]-1))*(1.f/16384);
 #endif
@@ -312,10 +313,13 @@ void unquant_energy_finalise(const CELTMode *m, celt_ener_t *eBands, celt_word16
          } while (++c < C);
       }
    }
-   for (i=0;i<C*m->nbEBands;i++)
-   {
-      eBands[i] = log2Amp(oldEBands[i]);
-      if (oldEBands[i] < -QCONST16(7.f,8))
-         oldEBands[i] = -QCONST16(7.f,8);
-   }
+   c=0;
+   do {
+      for (i=start;i<m->nbEBands;i++)
+      {
+         eBands[i+c*m->nbEBands] = log2Amp(oldEBands[i+c*m->nbEBands]);
+         if (oldEBands[i+c*m->nbEBands] < -QCONST16(7.f,DB_SHIFT))
+            oldEBands[i+c*m->nbEBands] = -QCONST16(7.f,DB_SHIFT);
+      }
+   } while (++c < C);
 }