fixed-point: more LPC/LSP cleanup
[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
80    if (ac[0] == 0)
81    {
82       for (i = 0; i < p; i++)
83          lpc[i] = 0;
84       return 0;
85    }
86
87    for (i = 0; i < p; i++) {
88
89       /* Sum up this iteration's reflection coefficient */
90       int rr = -ac[i + 1]<<13;
91       for (j = 0; j < i; j++) 
92          rr -= lpc[j] * ac[i - j];
93       r = DIV32_16(rr,error+16);
94
95       /*  Update LPC coefficients and total error */
96       lpc[i] = r;
97       for (j = 0; j < i>>1; j++) 
98       {
99          spx_word16_t tmp  = lpc[j];
100          lpc[j]     += MULT16_16_Q13(r,lpc[i-1-j]);
101          lpc[i-1-j] += MULT16_16_Q13(r,tmp);
102       }
103       if (i & 1) 
104          lpc[j] += MULT16_16_Q13(lpc[j],r);
105
106       error -= MULT16_16_Q13(r,MULT16_16_Q13(error,r));
107    }
108    return error;
109 }
110
111
112 /* Compute the autocorrelation
113  *                      ,--,
114  *              ac(i) = >  x(n) * x(n-i)  for all n
115  *                      `--'
116  * for lags between 0 and lag-1, and x == 0 outside 0...n-1
117  */
118 #include <stdio.h>
119 void _spx_autocorr(
120 const float *x,   /*  in: [0...n-1] samples x   */
121 spx_word16_t       *ac,  /* out: [0...lag-1] ac values */
122 int          lag, 
123 int          n
124 )
125 {
126    spx_word32_t d;
127    int i, j;
128    spx_word32_t ac0=1;
129    int shift, ac_shift;
130    
131    for (j=0;j<n;j++)
132       ac0 += floor(x[j]*x[j])/256;
133    ac0 += n;
134    shift = 8;
135    while (shift && ac0<0x40000000)
136    {
137       shift--;
138       ac0 <<= 1;
139    }
140    ac_shift = 18;
141    while (ac_shift && ac0<0x40000000)
142    {
143       ac_shift--;
144       ac0 <<= 1;
145    }
146    
147    
148    for (i=0;i<lag;i++)
149    {
150       d=0;
151       for (j=i;j<n;j++)
152       {
153          d += ((int)(floor(x[j]) * floor(x[j-i]))) >> shift;
154       }
155       
156       ac[i] = d >> ac_shift;
157    }
158    /*ac[0] += 1;*/
159    /*printf ("%d %d %d, %f\n", ac0, shift, ac_shift, ac[0]);*/
160 }
161
162
163 #else
164
165
166
167 /* returns minimum mean square error    */
168 spx_word32_t _spx_lpc(
169 spx_coef_t       *lpc, /* out: [0...p-1] LPC coefficients      */
170 const float *ac,  /* in:  [0...p] autocorrelation values  */
171 int          p
172 )
173 {
174    int i, j;  float r, error = ac[0];
175
176    if (ac[0] == 0)
177    {
178       for (i = 0; i < p; i++)
179          lpc[i] = 0;
180       return 0;
181    }
182
183    for (i = 0; i < p; i++) {
184
185       /* Sum up this iteration's reflection coefficient */
186       r = -ac[i + 1];
187       for (j = 0; j < i; j++) 
188          r -= lpc[j] * ac[i - j];
189       r /= error;
190
191       /*  Update LPC coefficients and total error */
192       lpc[i] = r;
193       for (j = 0; j < i/2; j++) 
194       {
195          float tmp  = lpc[j];
196          lpc[j]     += r * lpc[i-1-j];
197          lpc[i-1-j] += r * tmp;
198       }
199       if (i & 1) 
200          lpc[j] += lpc[j] * r;
201
202       error *= 1.0 - r * r;
203    }
204    return error;
205 }
206
207
208 /* Compute the autocorrelation
209  *                      ,--,
210  *              ac(i) = >  x(n) * x(n-i)  for all n
211  *                      `--'
212  * for lags between 0 and lag-1, and x == 0 outside 0...n-1
213  */
214 void _spx_autocorr(
215 const float *x,   /*  in: [0...n-1] samples x   */
216 float       *ac,  /* out: [0...lag-1] ac values */
217 int          lag, 
218 int          n
219 )
220 {
221    float d;
222    int i;
223    while (lag--) 
224    {
225       for (i = lag, d = 0; i < n; i++) 
226          d += x[i] * x[i-lag];
227       ac[lag] = d;
228    }
229    ac[0] += 10;
230 }
231
232 #endif
233
234