fixed-point: lpc stuff
[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 float _spx_lpc(
71 spx_coef_t       *lpc, /* out: [0...p-1] LPC coefficients      */
72 const float *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 = floor(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 = -8192.*floor(ac[i + 1]);
92       for (j = 0; j < i; j++) 
93          rr -= lpcq[j] * floor(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/2; 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]/8192.;
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 void _spx_autocorr(
122 const float *x,   /*  in: [0...n-1] samples x   */
123 float       *ac,  /* out: [0...lag-1] ac values */
124 int          lag, 
125 int          n
126 )
127 {
128    float d;
129    int i, j;
130    for (i=0;i<lag;i++)
131    {
132       d=0;
133       for (j=i;j<n;j++)
134       {
135          d += x[j] * x[j-i];
136       }
137       if (i==0)
138          ac[i] = d+.01;
139       else
140          ac[i] = 8192.*d/ac[0];
141    }
142    ac[0] = 8192.;
143 }
144
145
146 #else
147
148
149
150 /* returns minimum mean square error    */
151 float _spx_lpc(
152 spx_coef_t       *lpc, /* out: [0...p-1] LPC coefficients      */
153 const float *ac,  /* in:  [0...p] autocorrelation values  */
154 int          p
155 )
156 {
157    int i, j;  float r, error = ac[0];
158
159    if (ac[0] == 0)
160    {
161       for (i = 0; i < p; i++)
162          lpc[i] = 0;
163       return 0;
164    }
165
166    for (i = 0; i < p; i++) {
167
168       /* Sum up this iteration's reflection coefficient */
169       r = -ac[i + 1];
170       for (j = 0; j < i; j++) 
171          r -= lpc[j] * ac[i - j];
172       r /= error;
173
174       /*  Update LPC coefficients and total error */
175       lpc[i] = r;
176       for (j = 0; j < i/2; j++) 
177       {
178          float tmp  = lpc[j];
179          lpc[j]     += r * lpc[i-1-j];
180          lpc[i-1-j] += r * tmp;
181       }
182       if (i & 1) 
183          lpc[j] += lpc[j] * r;
184
185       error *= 1.0 - r * r;
186    }
187    return error;
188 }
189
190
191 /* Compute the autocorrelation
192  *                      ,--,
193  *              ac(i) = >  x(n) * x(n-i)  for all n
194  *                      `--'
195  * for lags between 0 and lag-1, and x == 0 outside 0...n-1
196  */
197 void _spx_autocorr(
198 const float *x,   /*  in: [0...n-1] samples x   */
199 float       *ac,  /* out: [0...lag-1] ac values */
200 int          lag, 
201 int          n
202 )
203 {
204    float d;
205    int i;
206    while (lag--) 
207    {
208       for (i = lag, d = 0; i < n; i++) 
209          d += x[i] * x[i-lag];
210       ac[lag] = d;
211    }
212    ac[0] += 10;
213 }
214
215 #endif
216
217