0a3a17e0dd1ac1ac37cde95c727cce11c5a6198c
[opus.git] / libcelt / bands.c
1 /* (C) 2007 Jean-Marc Valin, CSIRO
2 */
3 /*
4    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
5    modification, are permitted provided that the following conditions
6    are met:
7    
8    - Redistributions of source code must retain the above copyright
9    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10    
11    - Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
12    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
13    documentation and/or other materials provided with the distribution.
14    
15    - Neither the name of the Xiph.org Foundation nor the names of its
16    contributors may be used to endorse or promote products derived from
17    this software without specific prior written permission.
18    
19    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
20    ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
21    LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
22    A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE FOUNDATION OR
23    CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
24    EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
25    PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
26    PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
27    LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
28    NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
29    SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
30 */
31
32 #include <math.h>
33 #include "bands.h"
34 #include "modes.h"
35 #include "vq.h"
36 #include "cwrs.h"
37
38 const int qbank[NBANDS+2] =   {0, 2, 4, 6, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 36, 44, 52, 68, 84, 116, 128};
39
40 const int qpulses[NBANDS  ] = {7, 5, 4, 4, 3,  3,  3,  4,  4,  4, -2, -1, -1, -1,  0};
41 //const int qpulses[NBANDS  ] = {17,15,14,14,13, 13, 13, 13, 13, 14, 14, 14, 10, 10, 10};
42
43 #define WAVEFORM_END 36
44
45 /* Start frequency of each band */
46 int pbank[] = {0, 4, 8, 12, 20, WAVEFORM_END, 128};
47
48 /* Compute the energy in each of the bands */
49 void compute_band_energies(const CELTMode *m, float *X, float *bank)
50 {
51    int i, B;
52    const int *eBands = m->eBands;
53    B = m->nbMdctBlocks;
54    for (i=0;i<NBANDS;i++)
55    {
56       int j;
57       bank[i] = 1e-10;
58       for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
59          bank[i] += X[j]*X[j];
60       bank[i] = sqrt(bank[i]);
61    }
62 }
63
64 /* Normalise each band such that the energy is one. */
65 void normalise_bands(const CELTMode *m, float *X, float *bank)
66 {
67    int i, B;
68    const int *eBands = m->eBands;
69    B = m->nbMdctBlocks;
70    for (i=0;i<NBANDS;i++)
71    {
72       int j;
73       float x = 1.f/(1e-10+bank[i]);
74       for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
75          X[j] *= x;
76    }
77    for (i=B*eBands[NBANDS];i<B*eBands[NBANDS+1];i++)
78       X[i] = 0;
79 }
80
81 /* De-normalise the energy to produce the synthesis from the unit-energy bands */
82 void denormalise_bands(float *X, int B, float *bank)
83 {
84    int i;
85    for (i=0;i<NBANDS;i++)
86    {
87       int j;
88       float x = bank[i];
89       for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
90          X[j] *= x;
91    }
92    for (i=B*qbank[NBANDS];i<B*qbank[NBANDS+1];i++)
93       X[i] = 0;
94 }
95
96
97 /* Compute the best gain for each "pitch band" */
98 void compute_pitch_gain(float *X, int B, float *P, float *gains, float *bank)
99 {
100    int i;
101    float w[B*qbank[NBANDS]];
102    for (i=0;i<NBANDS;i++)
103    {
104       int j;
105       for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
106          w[j] = bank[i];
107    }
108
109    
110    for (i=0;i<PBANDS;i++)
111    {
112       float Sxy=0;
113       float Sxx = 0;
114       int j;
115       float gain;
116       for (j=B*pbank[i];j<B*pbank[i+1];j++)
117       {
118          Sxy += X[j]*P[j]*w[j];
119          Sxx += X[j]*X[j]*w[j];
120       }
121       gain = Sxy/(1e-10+Sxx);
122       //gain = Sxy/(2*(pbank[i+1]-pbank[i]));
123       //if (i<3)
124       //gain *= 1+.02*gain;
125       if (gain > .90)
126          gain = .90;
127       if (gain < 0.0)
128          gain = 0.0;
129       
130       gains[i] = gain;
131    }
132    for (i=B*pbank[PBANDS];i<B*pbank[PBANDS+1];i++)
133       P[i] = 0;
134 }
135
136 /* Apply the (quantised) gain to each "pitch band" */
137 void pitch_quant_bands(float *X, int B, float *P, float *gains)
138 {
139    int i;
140    for (i=0;i<PBANDS;i++)
141    {
142       int j;
143       for (j=B*pbank[i];j<B*pbank[i+1];j++)
144          P[j] *= gains[i];
145       //printf ("%f ", gain);
146    }
147    for (i=B*pbank[PBANDS];i<B*pbank[PBANDS+1];i++)
148       P[i] = 0;
149 }
150
151 void quant_bands(float *X, int B, float *P)
152 {
153    int i, j;
154    float norm[B*qbank[NBANDS+1]];
155    //float bits = 0;
156    
157    for (i=0;i<NBANDS;i++)
158    {
159       int q;
160       q =qpulses[i];
161       if (q>0) {
162          float n = sqrt(B*(qbank[i+1]-qbank[i]));
163          alg_quant2(X+B*qbank[i], B*(qbank[i+1]-qbank[i]), q, P+B*qbank[i]);
164          for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
165             norm[j] = X[j] * n;
166          //bits += log2(ncwrs(B*(qbank[i+1]-qbank[i]), q));
167       } else {
168          float n = sqrt(B*(qbank[i+1]-qbank[i]));
169          copy_quant(X+B*qbank[i], B*(qbank[i+1]-qbank[i]), -q, norm, B, qbank[i]);
170          for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
171             norm[j] = X[j] * n;
172          //bits += 1+log2(qbank[i])+log2(ncwrs(B*(qbank[i+1]-qbank[i]), -q));
173          //noise_quant(X+B*qbank[i], B*(qbank[i+1]-qbank[i]), q, P+B*qbank[i]);
174       }
175    }
176    //printf ("%f\n", bits);
177    for (i=B*qbank[NBANDS];i<B*qbank[NBANDS+1];i++)
178       X[i] = 0;
179 }
180
181
182 /* Scales the pulse-codebook entry in each band such that unit-energy is conserved when 
183    adding the pitch */
184 void pitch_renormalise_bands(float *X, int B, float *P)
185 {
186    int i;
187    for (i=0;i<NBANDS;i++)
188    {
189       int j;
190       float Rpp=0;
191       float Rxp=0;
192       float Rxx=0;
193       float gain1;
194       for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
195       {
196          Rxp += X[j]*P[j];
197          Rpp += P[j]*P[j];
198          Rxx += X[j]*X[j];
199       }
200       float arg = Rxp*Rxp + 1 - Rpp;
201       if (arg < 0)
202          arg = 0;
203       gain1 = sqrt(arg)-Rxp;
204       Rxx = 0;
205       for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
206       {
207          X[j] = P[j]+gain1*X[j];
208          Rxx += X[j]*X[j];
209       }
210    }
211    for (i=B*qbank[NBANDS];i<B*qbank[NBANDS+1];i++)
212       X[i] = 0;
213 }
214