Merged an experimental (and non-standard) 4.8 kbps mode. Note that this
[speexdsp.git] / libspeex / quant_lsp.c
1 /* Copyright (C) 2002 Jean-Marc Valin 
2    File: quant_lsp.c
3    LSP vector quantization
4
5    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6    modification, are permitted provided that the following conditions
7    are met:
8    
9    - Redistributions of source code must retain the above copyright
10    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
11    
12    - Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
13    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
14    documentation and/or other materials provided with the distribution.
15    
16    - Neither the name of the Xiph.org Foundation nor the names of its
17    contributors may be used to endorse or promote products derived from
18    this software without specific prior written permission.
19    
20    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
21    ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
22    LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
23    A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE FOUNDATION OR
24    CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
25    EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
26    PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
27    PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
28    LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
29    NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
30    SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
31 */
32
33 #include "quant_lsp.h"
34 #include <math.h>
35
36 extern int lsp_nb_vqid[64];
37 static float quant_weight[MAX_LSP_SIZE];
38
39 /* Note: x is modified*/
40 static int lsp_quant(float *x, signed char *cdbk, int nbVec, int nbDim)
41 {
42    int i,j;
43    float dist, tmp;
44    float best_dist=0;
45    int best_id=0;
46    signed char *ptr=cdbk;
47    for (i=0;i<nbVec;i++)
48    {
49       dist=0;
50       for (j=0;j<nbDim;j++)
51       {
52          tmp=(x[j]-*ptr++);
53          dist+=tmp*tmp;
54       }
55       if (dist<best_dist || i==0)
56       {
57          best_dist=dist;
58          best_id=i;
59       }
60    }
61
62    for (j=0;j<nbDim;j++)
63       x[j] -= cdbk[best_id*nbDim+j];
64     
65    return best_id;
66 }
67
68 /* Note: x is modified*/
69 static int lsp_weight_quant(float *x, float *weight, signed char *cdbk, int nbVec, int nbDim)
70 {
71    int i,j;
72    float dist, tmp;
73    float best_dist=0;
74    int best_id=0;
75    signed char *ptr=cdbk;
76    for (i=0;i<nbVec;i++)
77    {
78       dist=0;
79       for (j=0;j<nbDim;j++)
80       {
81          tmp=(x[j]-*ptr++);
82          dist+=weight[j]*tmp*tmp;
83       }
84       if (dist<best_dist || i==0)
85       {
86          best_dist=dist;
87          best_id=i;
88       }
89    }
90    
91    for (j=0;j<nbDim;j++)
92       x[j] -= cdbk[best_id*nbDim+j];
93    return best_id;
94 }
95
96
97 void lsp_quant_nb(float *lsp, float *qlsp, int order, SpeexBits *bits)
98 {
99    int i;
100    float tmp1, tmp2;
101    int id;
102
103    for (i=0;i<order;i++)
104       qlsp[i]=lsp[i];
105
106    quant_weight[0] = 1/(qlsp[1]-qlsp[0]);
107    quant_weight[order-1] = 1/(qlsp[order-1]-qlsp[order-2]);
108    for (i=1;i<order-1;i++)
109    {
110 #if 1
111       tmp1 = 1/((.15+qlsp[i]-qlsp[i-1])*(.15+qlsp[i]-qlsp[i-1]));
112       tmp2 = 1/((.15+qlsp[i+1]-qlsp[i])*(.15+qlsp[i+1]-qlsp[i]));
113 #else
114       tmp1 = 1/(qlsp[i]-qlsp[i-1]);
115       tmp2 = 1/(qlsp[i+1]-qlsp[i]);
116 #endif
117       quant_weight[i] = tmp1 > tmp2 ? tmp1 : tmp2;
118    }
119    for (i=0;i<order;i++)
120       qlsp[i]-=(.25*i+.25);
121    for (i=0;i<order;i++)
122       qlsp[i]*=256;
123
124    id = lsp_quant(qlsp, cdbk_nb, NB_CDBK_SIZE, order);
125    speex_bits_pack(bits, id, 6);
126
127    for (i=0;i<order;i++)
128       qlsp[i]*=2;
129  
130    id = lsp_weight_quant(qlsp, quant_weight, cdbk_nb_low1, NB_CDBK_SIZE_LOW1, 5);
131    speex_bits_pack(bits, id, 6);
132
133    for (i=0;i<5;i++)
134       qlsp[i]*=2;
135
136    id = lsp_weight_quant(qlsp, quant_weight, cdbk_nb_low2, NB_CDBK_SIZE_LOW2, 5);
137    speex_bits_pack(bits, id, 6);
138
139    id = lsp_weight_quant(qlsp+5, quant_weight+5, cdbk_nb_high1, NB_CDBK_SIZE_HIGH1, 5);
140    speex_bits_pack(bits, id, 6);
141
142    for (i=5;i<10;i++)
143       qlsp[i]*=2;
144
145    id = lsp_weight_quant(qlsp+5, quant_weight+5, cdbk_nb_high2, NB_CDBK_SIZE_HIGH2, 5);
146    speex_bits_pack(bits, id, 6);
147
148    for (i=0;i<order;i++)
149       qlsp[i]*=.00097656;
150
151    for (i=0;i<order;i++)
152       qlsp[i]=lsp[i]-qlsp[i];
153 }
154
155 void lsp_unquant_nb(float *lsp, int order, SpeexBits *bits)
156 {
157    int i, id;
158    for (i=0;i<order;i++)
159       lsp[i]=.25*i+.25;
160
161
162    id=speex_bits_unpack_unsigned(bits, 6);
163    for (i=0;i<10;i++)
164       lsp[i] += 0.0039062*cdbk_nb[id*10+i];
165
166    id=speex_bits_unpack_unsigned(bits, 6);
167    for (i=0;i<5;i++)
168       lsp[i] += 0.0019531 * cdbk_nb_low1[id*5+i];
169
170    id=speex_bits_unpack_unsigned(bits, 6);
171    for (i=0;i<5;i++)
172       lsp[i] +=  0.00097656 * cdbk_nb_low2[id*5+i];
173
174    id=speex_bits_unpack_unsigned(bits, 6);
175    for (i=0;i<5;i++)
176       lsp[i+5] += 0.0019531 * cdbk_nb_high1[id*5+i];
177    
178    id=speex_bits_unpack_unsigned(bits, 6);
179    for (i=0;i<5;i++)
180       lsp[i+5] += 0.00097656 * cdbk_nb_high2[id*5+i];
181 }
182
183
184 void lsp_quant_lbr(float *lsp, float *qlsp, int order, SpeexBits *bits)
185 {
186    int i;
187    float tmp1, tmp2;
188    int id;
189
190    for (i=0;i<order;i++)
191       qlsp[i]=lsp[i];
192
193    quant_weight[0] = 1/(qlsp[1]-qlsp[0]);
194    quant_weight[order-1] = 1/(qlsp[order-1]-qlsp[order-2]);
195    for (i=1;i<order-1;i++)
196    {
197 #if 1
198       tmp1 = 1/((.15+qlsp[i]-qlsp[i-1])*(.15+qlsp[i]-qlsp[i-1]));
199       tmp2 = 1/((.15+qlsp[i+1]-qlsp[i])*(.15+qlsp[i+1]-qlsp[i]));
200 #else
201       tmp1 = 1/(qlsp[i]-qlsp[i-1]);
202       tmp2 = 1/(qlsp[i+1]-qlsp[i]);
203 #endif
204       quant_weight[i] = tmp1 > tmp2 ? tmp1 : tmp2;
205    }
206
207    for (i=0;i<order;i++)
208       qlsp[i]-=(.25*i+.25);
209    for (i=0;i<order;i++)
210       qlsp[i]*=256;
211    
212    id = lsp_quant(qlsp, cdbk_nb, NB_CDBK_SIZE, order);
213    speex_bits_pack(bits, id, 6);
214
215    for (i=0;i<order;i++)
216       qlsp[i]*=2;
217    
218    id = lsp_weight_quant(qlsp, quant_weight, cdbk_nb_low1, NB_CDBK_SIZE_LOW1, 5);
219    speex_bits_pack(bits, id, 6);
220
221    id = lsp_weight_quant(qlsp+5, quant_weight+5, cdbk_nb_high1, NB_CDBK_SIZE_HIGH1, 5);
222    speex_bits_pack(bits, id, 6);
223
224    for (i=0;i<order;i++)
225       qlsp[i]*=0.0019531;
226
227    for (i=0;i<order;i++)
228       qlsp[i]=lsp[i]-qlsp[i];
229 }
230
231 void lsp_unquant_lbr(float *lsp, int order, SpeexBits *bits)
232 {
233    int i, id;
234    for (i=0;i<order;i++)
235       lsp[i]=.25*i+.25;
236
237
238    id=speex_bits_unpack_unsigned(bits, 6);
239    for (i=0;i<10;i++)
240       lsp[i] += 0.0039062*cdbk_nb[id*10+i];
241
242    id=speex_bits_unpack_unsigned(bits, 6);
243    for (i=0;i<5;i++)
244       lsp[i] += 0.0019531*cdbk_nb_low1[id*5+i];
245
246    id=speex_bits_unpack_unsigned(bits, 6);
247    for (i=0;i<5;i++)
248       lsp[i+5] += 0.0019531*cdbk_nb_high1[id*5+i];
249    
250 }
251
252
253 extern signed char high_lsp_cdbk[];
254 extern signed char high_lsp_cdbk2[];
255
256
257 void lsp_quant_high(float *lsp, float *qlsp, int order, SpeexBits *bits)
258 {
259    int i;
260    float tmp1, tmp2;
261    int id;
262    for (i=0;i<order;i++)
263       qlsp[i]=lsp[i];
264
265    quant_weight[0] = 1/(qlsp[1]-qlsp[0]);
266    quant_weight[order-1] = 1/(qlsp[order-1]-qlsp[order-2]);
267    for (i=1;i<order-1;i++)
268    {
269       tmp1 = 1/(qlsp[i]-qlsp[i-1]);
270       tmp2 = 1/(qlsp[i+1]-qlsp[i]);
271       quant_weight[i] = tmp1 > tmp2 ? tmp1 : tmp2;
272    }
273
274    for (i=0;i<order;i++)
275       qlsp[i]-=(.3125*i+.75);
276    for (i=0;i<order;i++)
277       qlsp[i]*=256;
278
279    id = lsp_quant(qlsp, high_lsp_cdbk, 64, order);
280    speex_bits_pack(bits, id, 6);
281
282    for (i=0;i<order;i++)
283       qlsp[i]*=2;
284
285    id = lsp_weight_quant(qlsp, quant_weight, high_lsp_cdbk2, 64, order);
286    speex_bits_pack(bits, id, 6);
287
288    for (i=0;i<order;i++)
289       qlsp[i]*=0.0019531;
290
291    for (i=0;i<order;i++)
292       qlsp[i]=lsp[i]-qlsp[i];
293 }
294
295 void lsp_unquant_high(float *lsp, int order, SpeexBits *bits)
296 {
297
298    int i, id;
299    for (i=0;i<order;i++)
300       lsp[i]=.3125*i+.75;
301
302
303    id=speex_bits_unpack_unsigned(bits, 6);
304    for (i=0;i<order;i++)
305       lsp[i] += 0.0039062*high_lsp_cdbk[id*order+i];
306
307
308    id=speex_bits_unpack_unsigned(bits, 6);
309    for (i=0;i<order;i++)
310       lsp[i] += 0.0019531*high_lsp_cdbk2[id*order+i];
311 }
312
313
314 #ifdef EPIC_48K
315
316 extern signed char cdbk_lsp_vlbr[5120];
317 extern signed char cdbk_lsp2_vlbr[160];
318
319 void lsp_quant_48k(float *lsp, float *qlsp, int order, SpeexBits *bits)
320 {
321    int i;
322    float tmp1, tmp2;
323    int id;
324
325    for (i=0;i<order;i++)
326       qlsp[i]=lsp[i];
327
328    quant_weight[0] = 1/(qlsp[1]-qlsp[0]);
329    quant_weight[order-1] = 1/(qlsp[order-1]-qlsp[order-2]);
330    for (i=1;i<order-1;i++)
331    {
332 #if 1
333       tmp1 = 1/((.15+qlsp[i]-qlsp[i-1])*(.15+qlsp[i]-qlsp[i-1]));
334       tmp2 = 1/((.15+qlsp[i+1]-qlsp[i])*(.15+qlsp[i+1]-qlsp[i]));
335 #else
336       tmp1 = 1/(qlsp[i]-qlsp[i-1]);
337       tmp2 = 1/(qlsp[i+1]-qlsp[i]);
338 #endif
339       quant_weight[i] = tmp1 > tmp2 ? tmp1 : tmp2;
340    }
341
342    for (i=0;i<order;i++)
343       qlsp[i]-=(.25*i+.3125);
344    for (i=0;i<order;i++)
345       qlsp[i]*=256;
346    
347    id = lsp_quant(qlsp, cdbk_lsp_vlbr, 512, order);
348    speex_bits_pack(bits, id, 9);
349
350    for (i=0;i<order;i++)
351       qlsp[i]*=4;
352    
353    id = lsp_weight_quant(qlsp, quant_weight, cdbk_lsp2_vlbr, 16, 10);
354    speex_bits_pack(bits, id, 4);
355
356    for (i=0;i<order;i++)
357       qlsp[i]*=0.00097655;
358
359    for (i=0;i<order;i++)
360       qlsp[i]=lsp[i]-qlsp[i];
361 }
362
363 void lsp_unquant_48k(float *lsp, int order, SpeexBits *bits)
364 {
365    int i, id;
366    for (i=0;i<order;i++)
367       lsp[i]=.25*i+.3125;
368
369
370    id=speex_bits_unpack_unsigned(bits, 9);
371    for (i=0;i<10;i++)
372       lsp[i] += 0.0039062*cdbk_lsp_vlbr[id*10+i];
373
374    id=speex_bits_unpack_unsigned(bits, 4);
375    for (i=0;i<10;i++)
376       lsp[i] += 0.00097655*cdbk_lsp2_vlbr[id*10+i];
377    
378 }
379
380 #endif