Some pitch prediction 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
35 const int qbank[NBANDS+2] =   {0, 2, 4, 6, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 36, 44, 52, 68, 84, 116, 128};
36 int qpulses[] = {4, 5, 4, 4, 3,  3,  3,  3,  3,  4,  4,  4,  0,  0,  0}; //c: 134 bits
37 #define WAVEFORM_END 52
38
39 /* Start frequency of each band */
40 int pbank[] = {0, 4, 8, 12, 20, WAVEFORM_END, 128};
41
42 /* Compute the energy in each of the bands */
43 void compute_bands(float *X, int B, float *bank)
44 {
45    int i;
46    for (i=0;i<NBANDS;i++)
47    {
48       int j;
49       bank[i] = 1e-10;
50       for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
51          bank[i] += X[j]*X[j];
52       bank[i] = sqrt(bank[i]);
53    }
54 }
55
56 /* Normalise each band such that the energy is one. */
57 void normalise_bands(float *X, int B, float *bank)
58 {
59    int i;
60    for (i=0;i<NBANDS;i++)
61    {
62       int j;
63       float x = 1.f/(1e-10+bank[i]);
64       for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
65          X[j] *= x;
66    }
67    for (i=B*qbank[NBANDS];i<B*qbank[NBANDS+1];i++)
68       X[i] = 0;
69 }
70
71 /* De-normalise the energy to produce the synthesis from the unit-energy bands */
72 void denormalise_bands(float *X, int B, float *bank)
73 {
74    int i;
75    for (i=0;i<NBANDS;i++)
76    {
77       int j;
78       float x = bank[i];
79       for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
80          X[j] *= x;
81    }
82    for (i=B*qbank[NBANDS];i<B*qbank[NBANDS+1];i++)
83       X[i] = 0;
84 }
85
86
87 /* Compute the best gain for each "pitch band" */
88 void compute_pitch_gain(float *X, int B, float *P, float *gains, float *bank)
89 {
90    int i;
91    float w[B*qbank[NBANDS]];
92    for (i=0;i<NBANDS;i++)
93    {
94       int j;
95       for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
96          w[j] = bank[i];
97    }
98
99    
100    for (i=0;i<PBANDS;i++)
101    {
102       float Sxy=0;
103       float Sxx = 0;
104       int j;
105       float gain;
106       for (j=B*pbank[i];j<B*pbank[i+1];j++)
107       {
108          Sxy += X[j]*P[j]*w[j];
109          Sxx += X[j]*X[j]*w[j];
110       }
111       gain = Sxy/(1e-10+Sxx);
112       //gain = Sxy/(2*(pbank[i+1]-pbank[i]));
113       //if (i<3)
114       //gain *= 1+.02*gain;
115       if (gain > .90)
116          gain = .90;
117       if (gain < 0.0)
118          gain = 0.0;
119       
120       gains[i] = gain;
121    }
122    for (i=B*pbank[PBANDS];i<B*pbank[PBANDS+1];i++)
123       P[i] = 0;
124 }
125
126 /* Apply the (quantised) gain to each "pitch band" */
127 void pitch_quant_bands(float *X, int B, float *P, float *gains)
128 {
129    int i;
130    for (i=0;i<PBANDS;i++)
131    {
132       int j;
133       for (j=B*pbank[i];j<B*pbank[i+1];j++)
134          P[j] *= gains[i];
135       //printf ("%f ", gain);
136    }
137    for (i=B*pbank[PBANDS];i<B*pbank[PBANDS+1];i++)
138       P[i] = 0;
139 }
140
141
142 /* Scales the pulse-codebook entry in each band such that unit-energy is conserved when 
143    adding the pitch */
144 void pitch_renormalise_bands(float *X, int B, float *P)
145 {
146    int i;
147    for (i=0;i<NBANDS;i++)
148    {
149       int j;
150       float Rpp=0;
151       float Rxp=0;
152       float Rxx=0;
153       float gain1;
154       for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
155       {
156          Rxp += X[j]*P[j];
157          Rpp += P[j]*P[j];
158          Rxx += X[j]*X[j];
159       }
160       float arg = Rxp*Rxp + 1 - Rpp;
161       gain1 = sqrt(arg)-Rxp;
162       if (Rpp>.9999)
163          Rpp = .9999;
164       Rxx = 0;
165       for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
166       {
167          X[j] = P[j]+gain1*X[j];
168          Rxx += X[j]*X[j];
169       }
170    }
171    for (i=B*qbank[NBANDS];i<B*qbank[NBANDS+1];i++)
172       X[i] = 0;
173 }
174