New VQ search nearly fixed-point ready
[opus.git] / libcelt / vq.c
index 58c8e57..51c9ab8 100644 (file)
@@ -45,6 +45,7 @@ static void mix_pitch_and_residual(int * restrict iy, celt_norm_t * restrict X,
 {
    int i;
    celt_word32_t Ryp, Ryy, Rpp;
+   celt_word16_t ryp, ryy, rpp;
    celt_word32_t g;
    VARDECL(celt_norm_t, y);
 #ifdef FIXED_POINT
@@ -59,40 +60,43 @@ static void mix_pitch_and_residual(int * restrict iy, celt_norm_t * restrict X,
    /*for (i=0;i<N;i++)
    printf ("%d ", iy[i]);*/
    Rpp = 0;
-   for (i=0;i<N;i++)
+   i=0;
+   do {
       Rpp = MAC16_16(Rpp,P[i],P[i]);
-
-   for (i=0;i<N;i++)
       y[i] = SHL16(iy[i],yshift);
-   
+   } while (++i < N);
+
    Ryp = 0;
    Ryy = 0;
    /* If this doesn't generate a dual MAC (on supported archs), fire the compiler guy */
-   for (i=0;i<N;i++)
-   {
+   i=0;
+   do {
       Ryp = MAC16_16(Ryp, y[i], P[i]);
       Ryy = MAC16_16(Ryy, y[i], y[i]);
-   }
-   
+   } while (++i < N);
+
+   ryp = ROUND16(Ryp,14);
+   ryy = ROUND16(Ryy,14);
+   rpp = ROUND16(Rpp,14);
    /* g = (sqrt(Ryp^2 + Ryy - Rpp*Ryy)-Ryp)/Ryy */
-   g = MULT16_32_Q15(
-            celt_sqrt(MULT16_16(ROUND16(Ryp,14),ROUND16(Ryp,14)) + Ryy -
-                      MULT16_16(ROUND16(Ryy,14),ROUND16(Rpp,14)))
-            - ROUND16(Ryp,14),
-       celt_rcp(SHR32(Ryy,9)));
+   g = MULT16_32_Q15(celt_sqrt(MAC16_16(Ryy, ryp,ryp) - MULT16_16(ryy,rpp)) - ryp,
+                     celt_rcp(SHR32(Ryy,9)));
+
+   i=0;
+   do 
+      X[i] = ADD16(P[i], ROUND16(MULT16_16(y[i], g),11));
+   while (++i < N);
 
-   for (i=0;i<N;i++)
-      X[i] = P[i] + ROUND16(MULT16_16(y[i], g),11);
    RESTORE_STACK;
 }
 
 
-void alg_quant(celt_norm_t *X, celt_mask_t *W, int N, int K, const celt_norm_t *P, ec_enc *enc)
+void alg_quant(celt_norm_t *X, celt_mask_t *W, int N, int K, celt_norm_t *P, ec_enc *enc)
 {
    VARDECL(celt_norm_t, y);
    VARDECL(int, iy);
-   VARDECL(int, signx);
-   int i, j, is;
+   VARDECL(celt_word16_t, signx);
+   int j, is;
    celt_word16_t s;
    int pulsesLeft;
    celt_word32_t sum;
@@ -110,126 +114,169 @@ void alg_quant(celt_norm_t *X, celt_mask_t *W, int N, int K, const celt_norm_t *
 
    ALLOC(y, N, celt_norm_t);
    ALLOC(iy, N, int);
-   ALLOC(signx, N, int);
-   N_1 = 16384/N;
-   
-   for (j=0;j<N;j++)
-   {
+   ALLOC(signx, N, celt_word16_t);
+   N_1 = 512/N;
+
+   sum = 0;
+   j=0; do {
+      X[j] -= P[j];
       if (X[j]>0)
          signx[j]=1;
-      else
+      else {
          signx[j]=-1;
-   }
-   
-   sum = 0;
-   for (j=0;j<N;j++)
-   {
+         X[j]=-X[j];
+         P[j]=-P[j];
+      }
+      iy[j] = 0;
+      y[j] = 0;
       sum = MAC16_16(sum, P[j],P[j]);
-   }
+   } while (++j<N);
    Rpp = ROUND16(sum, NORM_SHIFT);
 
    celt_assert2(Rpp<=NORM_SCALING, "Rpp should never have a norm greater than unity");
 
-   for (i=0;i<N;i++)
-      y[i] = 0;
-   for (i=0;i<N;i++)
-      iy[i] = 0;
    xy = yy = yp = 0;
 
    pulsesLeft = K;
-   while (pulsesLeft > 0)
+#if 0
+   if (K > (N>>1))
+   {
+      celt_word32_t sum=0;
+      j=0; do {
+         sum += X[j];
+      }  while (++j<N);
+      sum = DIV32(SHL32(EXTEND32(K),15),EPSILON+sum);
+      j=0; do {
+#ifdef FIXED_POINT
+         iy[j] = MULT16_32_Q15(X[j],sum);
+#else
+         iy[j] = floor(sum*X[j]);
+#endif
+         y[j] = SHL16(iy[j],yshift);
+         yy = MAC16_16(yy, y[j],y[j]);
+         xy = MAC16_16(xy, X[j],y[j]);
+         yp += P[j]*y[j];
+         y[j] *= 2;
+         pulsesLeft -= iy[j];
+      }  while (++j<N);
+   }
+#endif
+   while (pulsesLeft > 1)
    {
       int pulsesAtOnce=1;
-      int sign;
-      celt_word32_t Rxy, Ryy, Ryp;
-      celt_word32_t g;
-      celt_word32_t best_num;
-      celt_word16_t best_den;
       int best_id;
-      
+      celt_word16_t magnitude;
+      celt_word32_t best_num = -VERY_LARGE16;
+      celt_word16_t best_den = 0;
+#ifdef FIXED_POINT
+      int rshift;
+#endif
       /* Decide on how many pulses to find at once */
-      pulsesAtOnce = (pulsesLeft*N_1)>>14; /* pulsesLeft/N */
+      pulsesAtOnce = (pulsesLeft*N_1)>>9; /* pulsesLeft/N */
       if (pulsesAtOnce<1)
          pulsesAtOnce = 1;
+#ifdef FIXED_POINT
+      rshift = yshift+1+celt_ilog2(K-pulsesLeft+pulsesAtOnce);
+#endif
+      magnitude = SHL16(pulsesAtOnce, yshift);
 
-      /* This should ensure that anything we can process will have a better score */
-      best_num = -SHR32(VERY_LARGE32,4);
-      best_den = 0;
       best_id = 0;
+      /* The squared magnitude term gets added anyway, so we might as well 
+         add it outside the loop */
+      yy = MAC16_16(yy, magnitude,magnitude);
       /* Choose between fast and accurate strategy depending on where we are in the search */
-      if (pulsesLeft>1)
-      {
-         /* OPT: This loop is very CPU-intensive */
-         j=0;
-         do {
-            celt_word32_t num;
-            celt_word16_t den;
-            /* Select sign based on X[j] alone */
-            sign = signx[j];
-            s = SHL16(sign*pulsesAtOnce, yshift);
-            /* Temporary sums of the new pulse(s) */
-            Rxy = xy + MULT16_16(s,X[j]);
-            Ryy = yy + 2*MULT16_16(s,y[j]) + MULT16_16(s,s);
+         /* This should ensure that anything we can process will have a better score */
+      j=0;
+      do {
+         celt_word16_t Rxy, Ryy;
+         /* Select sign based on X[j] alone */
+         s = magnitude;
+         /* Temporary sums of the new pulse(s) */
+         Rxy = EXTRACT16(SHR32(MAC16_16(xy, s,X[j]),rshift));
+         /* We're multiplying y[j] by two so we don't have to do it here */
+         Ryy = EXTRACT16(SHR32(MAC16_16(yy, s,y[j]),rshift));
             
-            /* Approximate score: we maximise Rxy/sqrt(Ryy) */
-            num = MULT16_16(ROUND16(Rxy,14),ABS16(ROUND16(Rxy,14)));
-            den = ROUND16(Ryy,14);
+            /* Approximate score: we maximise Rxy/sqrt(Ryy) (we're guaranteed that 
+         Rxy is positive because the sign is pre-computed) */
+         Rxy = MULT16_16_Q15(Rxy,Rxy);
             /* The idea is to check for num/den >= best_num/best_den, but that way
-               we can do it without any division */
-            /* OPT: Make sure to use a conditional move here */
-            if (MULT16_32_Q15(best_den, num) > MULT16_32_Q15(den, best_num))
-            {
-               best_den = den;
-               best_num = num;
-               best_id = j;
-            }
-         } while (++j<N); /* Promises we loop at least once */
-      } else {
-         for (j=0;j<N;j++)
+         we can do it without any division */
+         /* OPT: Make sure to use conditional moves here */
+         if (MULT16_16(best_den, Rxy) > MULT16_16(Ryy, best_num))
          {
-            celt_word32_t num;
-            /* Select sign based on X[j] alone */
-            sign = signx[j];
-            s = SHL16(sign*pulsesAtOnce, yshift);
-            /* Temporary sums of the new pulse(s) */
-            Rxy = xy + MULT16_16(s,X[j]);
-            Ryy = yy + 2*MULT16_16(s,y[j]) + MULT16_16(s,s);
-            Ryp = yp + MULT16_16(s, P[j]);
-
-            /* Compute the gain such that ||p + g*y|| = 1 */
-            g = MULT16_32_Q15(
-                     celt_sqrt(MULT16_16(ROUND16(Ryp,14),ROUND16(Ryp,14)) + Ryy -
-                               MULT16_16(ROUND16(Ryy,14),Rpp))
-                     - ROUND16(Ryp,14),
-                celt_rcp(SHR32(Ryy,12)));
-            /* Knowing that gain, what's the error: (x-g*y)^2 
-               (result is negated and we discard x^2 because it's constant) */
-            /* score = 2.f*g*Rxy - 1.f*g*g*Ryy*NORM_SCALING_1;*/
-            num = 2*MULT16_32_Q14(ROUND16(Rxy,14),g)
-                  - MULT16_32_Q14(EXTRACT16(MULT16_32_Q14(ROUND16(Ryy,14),g)),g);
-            if (num >= best_num)
-            {
-               best_num = num;
-               best_id = j;
-            } 
+            best_den = Ryy;
+            best_num = Rxy;
+            best_id = j;
          }
-      }
+      } while (++j<N);
       
       j = best_id;
-      is = signx[j]*pulsesAtOnce;
+      is = pulsesAtOnce;
       s = SHL16(is, yshift);
 
       /* Updating the sums of the new pulse(s) */
       xy = xy + MULT16_16(s,X[j]);
-      yy = yy + 2*MULT16_16(s,y[j]) + MULT16_16(s,s);
+      /* We're multiplying y[j] by two so we don't have to do it here */
+      yy = yy + MULT16_16(s,y[j]);
       yp = yp + MULT16_16(s, P[j]);
 
       /* Only now that we've made the final choice, update y/iy */
-      y[j] += s;
+      /* Multiplying y[j] by 2 so we don't have to do it everywhere else */
+      y[j] += 2*s;
       iy[j] += is;
       pulsesLeft -= pulsesAtOnce;
    }
    
+   {
+      celt_word16_t g;
+      celt_word16_t best_num = -VERY_LARGE16;
+      celt_word16_t best_den = 0;
+      int best_id = 0;
+      celt_word16_t magnitude = SHL16(1, yshift);
+
+      /* The squared magnitude term gets added anyway, so we might as well 
+      add it outside the loop */
+      yy = MAC16_16(yy, magnitude,magnitude);
+      j=0;
+      do {
+         celt_word16_t Rxy, Ryy, Ryp;
+         celt_word16_t num;
+         /* Select sign based on X[j] alone */
+         s = magnitude;
+         /* Temporary sums of the new pulse(s) */
+         Rxy = ROUND16(MAC16_16(xy, s,X[j]), 14);
+         /* We're multiplying y[j] by two so we don't have to do it here */
+         Ryy = ROUND16(MAC16_16(yy, s,y[j]), 14);
+         Ryp = ROUND16(MAC16_16(yp, s,P[j]), 14);
+
+            /* Compute the gain such that ||p + g*y|| = 1 
+         ...but instead, we compute g*Ryy to avoid dividing */
+         g = celt_psqrt(MULT16_16(Ryp,Ryp) + MULT16_16(Ryy,QCONST16(1.f,14)-Rpp)) - Ryp;
+            /* Knowing that gain, what's the error: (x-g*y)^2 
+         (result is negated and we discard x^2 because it's constant) */
+         /* score = 2*g*Rxy - g*g*Ryy;*/
+#ifdef FIXED_POINT
+         /* No need to multiply Rxy by 2 because we did it earlier */
+         num = MULT16_16_Q15(ADD16(SUB16(Rxy,g),Rxy),g);
+#else
+         num = g*(2*Rxy-g);
+#endif
+         if (MULT16_16(best_den, num) > MULT16_16(Ryy, best_num))
+         {
+            best_den = Ryy;
+            best_num = num;
+            best_id = j;
+         }
+      } while (++j<N);
+      iy[best_id] += 1;
+   }
+   j=0;
+   do {
+      P[j] = MULT16_16(signx[j],P[j]);
+      X[j] = MULT16_16(signx[j],X[j]);
+      if (signx[j] < 0)
+         iy[j] = -iy[j];
+   } while (++j<N);
    encode_pulses(iy, N, K, enc);
    
    /* Recompute the gain in one pass to reduce the encoder-decoder mismatch
@@ -251,172 +298,57 @@ void alg_unquant(celt_norm_t *X, int N, int K, celt_norm_t *P, ec_dec *dec)
    RESTORE_STACK;
 }
 
-#ifdef FIXED_POINT
-static const celt_word16_t pg[11] = {32767, 24576, 21299, 19661, 19661, 19661, 18022, 18022, 16384, 16384, 16384};
-#else
-static const celt_word16_t pg[11] = {1.f, .75f, .65f, 0.6f, 0.6f, .6f, .55f, .55f, .5f, .5f, .5f};
-#endif
-
-#define MAX_INTRA 32
-#define LOG_MAX_INTRA 5
-      
-void intra_prediction(celt_norm_t *x, celt_mask_t *W, int N, int K, celt_norm_t *Y, celt_norm_t * restrict P, int B, int N0, ec_enc *enc)
+void renormalise_vector(celt_norm_t *X, celt_word16_t value, int N, int stride)
 {
-   int i,j;
-   int best=0;
-   celt_word32_t best_num=-SHR32(VERY_LARGE32,4);
-   celt_word16_t best_den=0;
-   celt_word16_t s = 1;
-   int sign;
-   celt_word32_t E;
-   celt_word16_t pred_gain;
-   int max_pos = N0-N/B;
-   if (max_pos > MAX_INTRA)
-      max_pos = MAX_INTRA;
-
-   for (i=0;i<max_pos*B;i+=B)
-   {
-      celt_word32_t xy=0, yy=0;
-      celt_word32_t num;
-      celt_word16_t den;
-      /* OPT: If this doesn't generate a double-MAC (on supported architectures),
-         complain to your compilor vendor */
-      j=0;
-      do {
-         xy = MAC16_16(xy, x[j], Y[i+N-j-1]);
-         yy = MAC16_16(yy, Y[i+N-j-1], Y[i+N-j-1]);
-      } while (++j<N); /* Promises we loop at least once */
-      /* Using xy^2/yy as the score but without having to do the division */
-      num = MULT16_16(ROUND16(xy,14),ROUND16(xy,14));
-      den = ROUND16(yy,14);
-      /* If you're really desperate for speed, just use xy as the score */
-      /* OPT: Make sure to use a conditional move here */
-      if (MULT16_32_Q15(best_den, num) >  MULT16_32_Q15(den, best_num))
-      {
-         best_num = num;
-         best_den = den;
-         best = i;
-         /* Store xy as the sign. We'll normalise it to +/- 1 later. */
-         s = ROUND16(xy,14);
-      }
-   }
-   if (s<0)
+   int i;
+   celt_word32_t E = EPSILON;
+   celt_word16_t g;
+   celt_norm_t *xptr = X;
+   for (i=0;i<N;i++)
    {
-      s = -1;
-      sign = 1;
-   } else {
-      s = 1;
-      sign = 0;
+      E = MAC16_16(E, *xptr, *xptr);
+      xptr += stride;
    }
-   /*printf ("%d %d ", sign, best);*/
-   ec_enc_bits(enc,sign,1);
-   if (max_pos == MAX_INTRA)
-      ec_enc_bits(enc,best/B,LOG_MAX_INTRA);
-   else
-      ec_enc_uint(enc,best/B,max_pos);
 
-   /*printf ("%d %f\n", best, best_score);*/
-   
-   if (K>10)
-      pred_gain = pg[10];
-   else
-      pred_gain = pg[K];
-   E = EPSILON;
-   for (j=0;j<N;j++)
-   {
-      P[j] = s*Y[best+N-j-1];
-      E = MAC16_16(E, P[j],P[j]);
-   }
-   /*pred_gain = pred_gain/sqrt(E);*/
-   pred_gain = MULT16_16_Q15(pred_gain,celt_rcp(SHL32(celt_sqrt(E),9)));
-   for (j=0;j<N;j++)
-      P[j] = PSHR32(MULT16_16(pred_gain, P[j]),8);
-   if (K>0)
+   g = MULT16_16_Q15(value,celt_rcp(SHL32(celt_sqrt(E),9)));
+   xptr = X;
+   for (i=0;i<N;i++)
    {
-      for (j=0;j<N;j++)
-         x[j] -= P[j];
-   } else {
-      for (j=0;j<N;j++)
-         x[j] = P[j];
+      *xptr = PSHR32(MULT16_16(g, *xptr),8);
+      xptr += stride;
    }
-   /*printf ("quant ");*/
-   /*for (j=0;j<N;j++) printf ("%f ", P[j]);*/
-
 }
 
-void intra_unquant(celt_norm_t *x, int N, int K, celt_norm_t *Y, celt_norm_t * restrict P, int B, int N0, ec_dec *dec)
+static void fold(const CELTMode *m, int N, celt_norm_t *Y, celt_norm_t * restrict P, int N0, int B)
 {
    int j;
-   int sign;
-   celt_word16_t s;
-   int best;
-   celt_word32_t E;
-   celt_word16_t pred_gain;
-   int max_pos = N0-N/B;
-   if (max_pos > MAX_INTRA)
-      max_pos = MAX_INTRA;
-   
-   sign = ec_dec_bits(dec, 1);
-   if (sign == 0)
-      s = 1;
-   else
-      s = -1;
-   
-   if (max_pos == MAX_INTRA)
-      best = B*ec_dec_bits(dec, LOG_MAX_INTRA);
+   const int C = CHANNELS(m);
+   int id = N0 % (C*B);
+   /* Here, we assume that id will never be greater than N0, i.e. that 
+      no band is wider than N0. In the unlikely case it happens, we set
+      everything to zero */
+   if (id+C*N>N0)
+      for (j=0;j<C*N;j++)
+         P[j] = 0;
    else
-      best = B*ec_dec_uint(dec, max_pos);
-   /*printf ("%d %d ", sign, best);*/
-
-   if (K>10)
-      pred_gain = pg[10];
-   else
-      pred_gain = pg[K];
-   E = EPSILON;
-   for (j=0;j<N;j++)
-   {
-      P[j] = s*Y[best+N-j-1];
-      E = MAC16_16(E, P[j],P[j]);
-   }
-   /*pred_gain = pred_gain/sqrt(E);*/
-   pred_gain = MULT16_16_Q15(pred_gain,celt_rcp(SHL32(celt_sqrt(E),9)));
-   for (j=0;j<N;j++)
-      P[j] = PSHR32(MULT16_16(pred_gain, P[j]),8);
-   if (K==0)
-   {
-      for (j=0;j<N;j++)
-         x[j] = P[j];
-   }
+      for (j=0;j<C*N;j++)
+         P[j] = Y[id++];
 }
 
-void intra_fold(celt_norm_t *x, int N, celt_norm_t *Y, celt_norm_t * restrict P, int B, int N0, int Nmax)
+#define KGAIN 6
+
+void intra_fold(const CELTMode *m, celt_norm_t * restrict x, int N, int K, celt_norm_t *Y, celt_norm_t * restrict P, int N0, int B)
 {
-   int i, j;
-   celt_word32_t E;
-   celt_word16_t g;
-   
-   E = EPSILON;
-   if (N0 >= (Nmax>>1))
-   {
-      for (i=0;i<B;i++)
-      {
-         for (j=0;j<N/B;j++)
-         {
-            P[j*B+i] = Y[(Nmax-N0-j-1)*B+i];
-            E += P[j*B+i]*P[j*B+i];
-         }
-      }
-   } else {
-      for (j=0;j<N;j++)
-      {
-         P[j] = Y[j];
-         E = MAC16_16(E, P[j],P[j]);
-      }
-   }
-   g = celt_rcp(SHL32(celt_sqrt(E),9));
-   for (j=0;j<N;j++)
-      P[j] = PSHR32(MULT16_16(g, P[j]),8);
-   for (j=0;j<N;j++)
-      x[j] = P[j];
+   celt_word16_t pred_gain;
+   const int C = CHANNELS(m);
+
+   if (K==0)
+      pred_gain = Q15ONE;
+   else
+      pred_gain = celt_div((celt_word32_t)MULT16_16(Q15_ONE,N),(celt_word32_t)(N+KGAIN*K));
+
+   fold(m, N, Y, P, N0, B);
+
+   renormalise_vector(P, pred_gain, C*N, 1);
 }