fixed-point: LPC and LSP types changed to word16
[speexdsp.git] / libspeex / lpc.c
1 /*
2   Copyright 1992, 1993, 1994 by Jutta Degener and Carsten Bormann,
3   Technische Universitaet Berlin
4
5   Any use of this software is permitted provided that this notice is not
6   removed and that neither the authors nor the Technische Universitaet Berlin
7   are deemed to have made any representations as to the suitability of this
8   software for any purpose nor are held responsible for any defects of
9   this software.  THERE IS ABSOLUTELY NO WARRANTY FOR THIS SOFTWARE.
10
11   As a matter of courtesy, the authors request to be informed about uses
12   this software has found, about bugs in this software, and about any
13   improvements that may be of general interest.
14
15   Berlin, 28.11.1994
16   Jutta Degener
17   Carsten Bormann
18
19
20    Code modified by Jean-Marc Valin
21
22    Speex License:
23
24    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
25    modification, are permitted provided that the following conditions
26    are met:
27    
28    - Redistributions of source code must retain the above copyright
29    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
30    
31    - Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
32    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
33    documentation and/or other materials provided with the distribution.
34    
35    - Neither the name of the Xiph.org Foundation nor the names of its
36    contributors may be used to endorse or promote products derived from
37    this software without specific prior written permission.
38    
39    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
40    ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
41    LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
42    A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE FOUNDATION OR
43    CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
44    EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
45    PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
46    PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
47    LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
48    NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
49    SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
50 */
51
52
53
54 /* LPC analysis
55  *
56  * The next two functions calculate linear prediction coefficients
57  * and/or the related reflection coefficients from the first P_MAX+1
58  * values of the autocorrelation function.
59  */
60
61 /* Invented by N. Levinson in 1947, modified by J. Durbin in 1959.
62  */
63
64 #include "lpc.h"
65
66 #ifdef FIXED_POINT
67 #include <math.h>
68
69 /* returns minimum mean square error    */
70 spx_word32_t _spx_lpc(
71 spx_coef_t       *lpc, /* out: [0...p-1] LPC coefficients      */
72 const spx_word16_t *ac,  /* in:  [0...p] autocorrelation values  */
73 int          p
74 )
75 {
76    int i, j;  
77    spx_word16_t r;
78    spx_word16_t error = ac[0];
79    spx_word16_t lpcq[10];
80
81    if (ac[0] == 0)
82    {
83       for (i = 0; i < p; i++)
84          lpc[i] = 0;
85       return 0;
86    }
87
88    for (i = 0; i < p; i++) {
89
90       /* Sum up this iteration's reflection coefficient */
91       int rr = -ac[i + 1]<<13;
92       for (j = 0; j < i; j++) 
93          rr -= lpcq[j] * ac[i - j];
94       r = DIV32_16(rr,error+16);
95
96       /*  Update LPC coefficients and total error */
97       lpcq[i] = r;
98       for (j = 0; j < i>>1; j++) 
99       {
100          spx_word16_t tmp  = lpcq[j];
101          lpcq[j]     += MULT16_16_Q13(r,lpcq[i-1-j]);
102          lpcq[i-1-j] += MULT16_16_Q13(r,tmp);
103       }
104       if (i & 1) 
105          lpcq[j] += MULT16_16_Q13(lpcq[j],r);
106
107       error -= MULT16_16_Q13(r,MULT16_16_Q13(error,r));
108    }
109    for (i = 0; i < p; i++)
110       lpc[i] = lpcq[i];
111    return error;
112 }
113
114
115 /* Compute the autocorrelation
116  *                      ,--,
117  *              ac(i) = >  x(n) * x(n-i)  for all n
118  *                      `--'
119  * for lags between 0 and lag-1, and x == 0 outside 0...n-1
120  */
121 #include <stdio.h>
122 void _spx_autocorr(
123 const float *x,   /*  in: [0...n-1] samples x   */
124 spx_word16_t       *ac,  /* out: [0...lag-1] ac values */
125 int          lag, 
126 int          n
127 )
128 {
129    spx_word32_t d;
130    int i, j;
131    spx_word32_t ac0=1;
132    int shift, ac_shift;
133    
134    for (j=0;j<n;j++)
135       ac0 += floor(x[j]*x[j])/256;
136    ac0 += n;
137    shift = 8;
138    while (shift && ac0<0x40000000)
139    {
140       shift--;
141       ac0 <<= 1;
142    }
143    ac_shift = 18;
144    while (ac_shift && ac0<0x40000000)
145    {
146       ac_shift--;
147       ac0 <<= 1;
148    }
149    
150    
151    for (i=0;i<lag;i++)
152    {
153       d=0;
154       for (j=i;j<n;j++)
155       {
156          d += ((int)(floor(x[j]) * floor(x[j-i]))) >> shift;
157       }
158       
159       ac[i] = d >> ac_shift;
160    }
161    /*ac[0] = 8192.;*/
162    /*printf ("%d %d %d, %f\n", ac0, shift, ac_shift, ac[0]);*/
163 }
164
165
166 #else
167
168
169
170 /* returns minimum mean square error    */
171 spx_word32_t _spx_lpc(
172 spx_coef_t       *lpc, /* out: [0...p-1] LPC coefficients      */
173 const float *ac,  /* in:  [0...p] autocorrelation values  */
174 int          p
175 )
176 {
177    int i, j;  float r, error = ac[0];
178
179    if (ac[0] == 0)
180    {
181       for (i = 0; i < p; i++)
182          lpc[i] = 0;
183       return 0;
184    }
185
186    for (i = 0; i < p; i++) {
187
188       /* Sum up this iteration's reflection coefficient */
189       r = -ac[i + 1];
190       for (j = 0; j < i; j++) 
191          r -= lpc[j] * ac[i - j];
192       r /= error;
193
194       /*  Update LPC coefficients and total error */
195       lpc[i] = r;
196       for (j = 0; j < i/2; j++) 
197       {
198          float tmp  = lpc[j];
199          lpc[j]     += r * lpc[i-1-j];
200          lpc[i-1-j] += r * tmp;
201       }
202       if (i & 1) 
203          lpc[j] += lpc[j] * r;
204
205       error *= 1.0 - r * r;
206    }
207    return error;
208 }
209
210
211 /* Compute the autocorrelation
212  *                      ,--,
213  *              ac(i) = >  x(n) * x(n-i)  for all n
214  *                      `--'
215  * for lags between 0 and lag-1, and x == 0 outside 0...n-1
216  */
217 void _spx_autocorr(
218 const float *x,   /*  in: [0...n-1] samples x   */
219 float       *ac,  /* out: [0...lag-1] ac values */
220 int          lag, 
221 int          n
222 )
223 {
224    float d;
225    int i;
226    while (lag--) 
227    {
228       for (i = lag, d = 0; i < n; i++) 
229          d += x[i] * x[i-lag];
230       ac[lag] = d;
231    }
232    ac[0] += 10;
233 }
234
235 #endif
236
237