More modes work
[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
39 /* Compute the energy in each of the bands */
40 void compute_band_energies(const CELTMode *m, float *X, float *bank)
41 {
42    int i, B;
43    const int *eBands = m->eBands;
44    B = m->nbMdctBlocks;
45    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
46    {
47       int j;
48       bank[i] = 1e-10;
49       for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
50          bank[i] += X[j]*X[j];
51       bank[i] = sqrt(bank[i]);
52    }
53 }
54
55 /* Normalise each band such that the energy is one. */
56 void normalise_bands(const CELTMode *m, float *X, float *bank)
57 {
58    int i, B;
59    const int *eBands = m->eBands;
60    B = m->nbMdctBlocks;
61    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
62    {
63       int j;
64       float x = 1.f/(1e-10+bank[i]);
65       for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
66          X[j] *= x;
67    }
68    for (i=B*eBands[m->nbEBands];i<B*eBands[m->nbEBands+1];i++)
69       X[i] = 0;
70 }
71
72 /* De-normalise the energy to produce the synthesis from the unit-energy bands */
73 void denormalise_bands(const CELTMode *m, float *X, float *bank)
74 {
75    int i, B;
76    const int *eBands = m->eBands;
77    B = m->nbMdctBlocks;
78    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
79    {
80       int j;
81       float x = bank[i];
82       for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
83          X[j] *= x;
84    }
85    for (i=B*eBands[m->nbEBands];i<B*eBands[m->nbEBands+1];i++)
86       X[i] = 0;
87 }
88
89
90 /* Compute the best gain for each "pitch band" */
91 void compute_pitch_gain(const CELTMode *m, float *X, float *P, float *gains, float *bank)
92 {
93    int i, B;
94    const int *eBands = m->eBands;
95    const int *pBands = m->pBands;
96    B = m->nbMdctBlocks;
97    float w[B*eBands[m->nbEBands]];
98    for (i=0;i<NBANDS;i++)
99    {
100       int j;
101       for (j=B*eBands[i];j<B*eBands[i+1];j++)
102          w[j] = bank[i];
103    }
104
105    
106    for (i=0;i<m->nbPBands;i++)
107    {
108       float Sxy=0;
109       float Sxx = 0;
110       int j;
111       float gain;
112       for (j=B*pBands[i];j<B*pBands[i+1];j++)
113       {
114          Sxy += X[j]*P[j]*w[j];
115          Sxx += X[j]*X[j]*w[j];
116       }
117       gain = Sxy/(1e-10+Sxx);
118       //gain = Sxy/(2*(pbank[i+1]-pbank[i]));
119       //if (i<3)
120       //gain *= 1+.02*gain;
121       if (gain > .90)
122          gain = .90;
123       if (gain < 0.0)
124          gain = 0.0;
125       
126       gains[i] = gain;
127    }
128    for (i=B*pBands[m->nbPBands];i<B*pBands[m->nbPBands+1];i++)
129       P[i] = 0;
130 }
131
132 /* Progressively getting rid of this */
133 const int qbank[NBANDS+2] =   {0, 2, 4, 6, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 36, 44, 52, 68, 84, 116, 128};
134 const int qpulses[NBANDS  ] = {7, 5, 4, 4, 3,  3,  3,  4,  4,  4, -2, -1, -1, -1,  0};
135 #define WAVEFORM_END 36
136 int pbank[] = {0, 4, 8, 12, 20, WAVEFORM_END, 128};
137
138 /* Apply the (quantised) gain to each "pitch band" */
139 void pitch_quant_bands(float *X, int B, float *P, float *gains)
140 {
141    int i;
142    for (i=0;i<PBANDS;i++)
143    {
144       int j;
145       for (j=B*pbank[i];j<B*pbank[i+1];j++)
146          P[j] *= gains[i];
147       //printf ("%f ", gain);
148    }
149    for (i=B*pbank[PBANDS];i<B*pbank[PBANDS+1];i++)
150       P[i] = 0;
151 }
152
153 void quant_bands(float *X, int B, float *P)
154 {
155    int i, j;
156    float norm[B*qbank[NBANDS+1]];
157    //float bits = 0;
158    
159    for (i=0;i<NBANDS;i++)
160    {
161       int q;
162       q =qpulses[i];
163       if (q>0) {
164          float n = sqrt(B*(qbank[i+1]-qbank[i]));
165          alg_quant2(X+B*qbank[i], B*(qbank[i+1]-qbank[i]), q, P+B*qbank[i]);
166          for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
167             norm[j] = X[j] * n;
168          //bits += log2(ncwrs(B*(qbank[i+1]-qbank[i]), q));
169       } else {
170          float n = sqrt(B*(qbank[i+1]-qbank[i]));
171          copy_quant(X+B*qbank[i], B*(qbank[i+1]-qbank[i]), -q, norm, B, qbank[i]);
172          for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
173             norm[j] = X[j] * n;
174          //bits += 1+log2(qbank[i])+log2(ncwrs(B*(qbank[i+1]-qbank[i]), -q));
175          //noise_quant(X+B*qbank[i], B*(qbank[i+1]-qbank[i]), q, P+B*qbank[i]);
176       }
177    }
178    //printf ("%f\n", bits);
179    for (i=B*qbank[NBANDS];i<B*qbank[NBANDS+1];i++)
180       X[i] = 0;
181 }
182
183
184 /* Scales the pulse-codebook entry in each band such that unit-energy is conserved when 
185    adding the pitch */
186 void pitch_renormalise_bands(float *X, int B, float *P)
187 {
188    int i;
189    for (i=0;i<NBANDS;i++)
190    {
191       int j;
192       float Rpp=0;
193       float Rxp=0;
194       float Rxx=0;
195       float gain1;
196       for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
197       {
198          Rxp += X[j]*P[j];
199          Rpp += P[j]*P[j];
200          Rxx += X[j]*X[j];
201       }
202       float arg = Rxp*Rxp + 1 - Rpp;
203       if (arg < 0)
204          arg = 0;
205       gain1 = sqrt(arg)-Rxp;
206       Rxx = 0;
207       for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
208       {
209          X[j] = P[j]+gain1*X[j];
210          Rxx += X[j]*X[j];
211       }
212    }
213    for (i=B*qbank[NBANDS];i<B*qbank[NBANDS+1];i++)
214       X[i] = 0;
215 }
216