Got the intra-band prediction/copy to work correctly with
[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 /* Applies a series of rotations so that pulses are spread like a two-sided
39 exponential */
40 static void exp_rotation(float *X, int len, float theta, int dir, int stride, int iter)
41 {
42    int i, k;
43    float c, s;
44    c = cos(theta);
45    s = sin(theta);
46    if (dir > 0)
47    {
48       for (k=0;k<iter;k++)
49       {
50          for (i=0;i<len-stride;i++)
51          {
52             float x1, x2;
53             x1 = X[i];
54             x2 = X[i+stride];
55             X[i] = c*x1 - s*x2;
56             X[i+stride] = c*x2 + s*x1;
57          }
58          for (i=len-2*stride-1;i>=0;i--)
59          {
60             float x1, x2;
61             x1 = X[i];
62             x2 = X[i+stride];
63             X[i] = c*x1 - s*x2;
64             X[i+stride] = c*x2 + s*x1;
65          }
66       }
67    } else {
68       for (k=0;k<iter;k++)
69       {
70          for (i=0;i<len-2*stride;i++)
71          {
72             float x1, x2;
73             x1 = X[i];
74             x2 = X[i+stride];
75             X[i] = c*x1 + s*x2;
76             X[i+stride] = c*x2 - s*x1;
77          }
78          for (i=len-stride-1;i>=0;i--)
79          {
80             float x1, x2;
81             x1 = X[i];
82             x2 = X[i+stride];
83             X[i] = c*x1 + s*x2;
84             X[i+stride] = c*x2 - s*x1;
85          }
86       }
87    }
88 }
89
90 /* Compute the energy in each of the bands */
91 void compute_band_energies(const CELTMode *m, float *X, float *bank)
92 {
93    int i, B;
94    const int *eBands = m->eBands;
95    B = m->nbMdctBlocks*m->nbChannels;
96    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
97    {
98       int j;
99       bank[i] = 1e-10;
100       for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
101          bank[i] += X[j]*X[j];
102       bank[i] = sqrt(bank[i]);
103    }
104 }
105
106 /* Normalise each band such that the energy is one. */
107 void normalise_bands(const CELTMode *m, float *X, float *bank)
108 {
109    int i, B;
110    const int *eBands = m->eBands;
111    B = m->nbMdctBlocks*m->nbChannels;
112    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
113    {
114       int j;
115       float x = 1.f/(1e-10+bank[i]);
116       for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
117          X[j] *= x;
118    }
119    for (i=B*eBands[m->nbEBands];i<B*eBands[m->nbEBands+1];i++)
120       X[i] = 0;
121 }
122
123 /* De-normalise the energy to produce the synthesis from the unit-energy bands */
124 void denormalise_bands(const CELTMode *m, float *X, float *bank)
125 {
126    int i, B;
127    const int *eBands = m->eBands;
128    B = m->nbMdctBlocks*m->nbChannels;
129    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
130    {
131       int j;
132       float x = bank[i];
133       for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
134          X[j] *= x;
135    }
136    for (i=B*eBands[m->nbEBands];i<B*eBands[m->nbEBands+1];i++)
137       X[i] = 0;
138 }
139
140
141 /* Compute the best gain for each "pitch band" */
142 void compute_pitch_gain(const CELTMode *m, float *X, float *P, float *gains, float *bank)
143 {
144    int i, B;
145    const int *eBands = m->eBands;
146    const int *pBands = m->pBands;
147    B = m->nbMdctBlocks*m->nbChannels;
148    float w[B*eBands[m->nbEBands]];
149    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
150    {
151       int j;
152       for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
153          w[j] = bank[i];
154    }
155
156    
157    for (i=0;i<m->nbPBands;i++)
158    {
159       float Sxy=0;
160       float Sxx = 0;
161       int j;
162       float gain;
163       for (j=B*pBands[i];j<B*pBands[i+1];j++)
164       {
165          Sxy += X[j]*P[j]*w[j];
166          Sxx += X[j]*X[j]*w[j];
167       }
168       gain = Sxy/(1e-10+Sxx);
169       //gain = Sxy/(2*(pbank[i+1]-pbank[i]));
170       //if (i<3)
171       //gain *= 1+.02*gain;
172       if (gain > .90)
173          gain = .90;
174       if (gain < 0.0)
175          gain = 0.0;
176       
177       gains[i] = gain;
178    }
179    for (i=B*pBands[m->nbPBands];i<B*pBands[m->nbPBands+1];i++)
180       P[i] = 0;
181 }
182
183 /* Apply the (quantised) gain to each "pitch band" */
184 void pitch_quant_bands(const CELTMode *m, float *X, float *P, float *gains)
185 {
186    int i, B;
187    const int *pBands = m->pBands;
188    B = m->nbMdctBlocks*m->nbChannels;
189    for (i=0;i<m->nbPBands;i++)
190    {
191       int j;
192       for (j=B*pBands[i];j<B*pBands[i+1];j++)
193          P[j] *= gains[i];
194       //printf ("%f ", gain);
195    }
196    for (i=B*pBands[m->nbPBands];i<B*pBands[m->nbPBands+1];i++)
197       P[i] = 0;
198 }
199
200 void quant_bands(const CELTMode *m, float *X, float *P, float *W, ec_enc *enc)
201 {
202    int i, j, B;
203    const int *eBands = m->eBands;
204    B = m->nbMdctBlocks*m->nbChannels;
205    float norm[B*eBands[m->nbEBands+1]];
206    
207    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
208    {
209       int q;
210       float theta, n;
211       q = m->nbPulses[i];
212       n = sqrt(B*(eBands[i+1]-eBands[i]));
213       theta = .007*(B*(eBands[i+1]-eBands[i]))/(.1f+abs(m->nbPulses[i]));
214          
215       if (q<=0) {
216          q = -q;
217          intra_prediction(X+B*eBands[i], W+B*eBands[i], B*(eBands[i+1]-eBands[i]), q, norm, P+B*eBands[i], B, eBands[i], enc);
218       }
219          
220       if (q != 0)
221       {
222          exp_rotation(P+B*eBands[i], B*(eBands[i+1]-eBands[i]), theta, -1, B, 8);
223          exp_rotation(X+B*eBands[i], B*(eBands[i+1]-eBands[i]), theta, -1, B, 8);
224          alg_quant(X+B*eBands[i], W+B*eBands[i], B*(eBands[i+1]-eBands[i]), q, P+B*eBands[i], 0.7, enc);
225          exp_rotation(X+B*eBands[i], B*(eBands[i+1]-eBands[i]), theta, 1, B, 8);
226       }
227       for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
228          norm[j] = X[j] * n;
229       //printf ("%f ", log2(ncwrs64(B*(eBands[i+1]-eBands[i]), q))/(B*(eBands[i+1]-eBands[i])));
230       //printf ("%f ", log2(ncwrs64(B*(eBands[i+1]-eBands[i]), q)));
231    }
232    //printf ("\n");
233    for (i=B*eBands[m->nbEBands];i<B*eBands[m->nbEBands+1];i++)
234       X[i] = 0;
235 }
236
237 void unquant_bands(const CELTMode *m, float *X, float *P, ec_dec *dec)
238 {
239    int i, j, B;
240    const int *eBands = m->eBands;
241    B = m->nbMdctBlocks*m->nbChannels;
242    float norm[B*eBands[m->nbEBands+1]];
243    
244    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
245    {
246       int q;
247       float theta, n;
248       q = m->nbPulses[i];
249       n = sqrt(B*(eBands[i+1]-eBands[i]));
250       theta = .007*(B*(eBands[i+1]-eBands[i]))/(.1f+abs(m->nbPulses[i]));
251
252       if (q<=0) {
253          q = -q;
254          intra_unquant(X+B*eBands[i], B*(eBands[i+1]-eBands[i]), q, norm, P+B*eBands[i], B, eBands[i], dec);
255       }
256
257       if (q != 0)
258       {
259          exp_rotation(P+B*eBands[i], B*(eBands[i+1]-eBands[i]), theta, -1, B, 8);
260          alg_unquant(X+B*eBands[i], B*(eBands[i+1]-eBands[i]), q, P+B*eBands[i], 0.7, dec);
261          exp_rotation(X+B*eBands[i], B*(eBands[i+1]-eBands[i]), theta, 1, B, 8);
262       }
263       for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
264          norm[j] = X[j] * n;
265    }
266    for (i=B*eBands[m->nbEBands];i<B*eBands[m->nbEBands+1];i++)
267       X[i] = 0;
268 }