Some improvements to the pitch period estimation
[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 "vq.h"
35
36 const int qbank[NBANDS+2] =   {0, 2, 4, 6, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 36, 44, 52, 68, 84, 116, 128};
37
38 const int qpulses[NBANDS  ] = {7, 5, 4, 4, 3,  3,  3,  3,  3,  4,  4,  4,  0,  0,  0};
39
40 #define WAVEFORM_END 52
41
42 /* Start frequency of each band */
43 int pbank[] = {0, 4, 8, 12, 20, WAVEFORM_END, 128};
44
45 /* Compute the energy in each of the bands */
46 void compute_bands(float *X, int B, float *bank)
47 {
48    int i;
49    for (i=0;i<NBANDS;i++)
50    {
51       int j;
52       bank[i] = 1e-10;
53       for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
54          bank[i] += X[j]*X[j];
55       bank[i] = sqrt(bank[i]);
56    }
57 }
58
59 /* Normalise each band such that the energy is one. */
60 void normalise_bands(float *X, int B, float *bank)
61 {
62    int i;
63    for (i=0;i<NBANDS;i++)
64    {
65       int j;
66       float x = 1.f/(1e-10+bank[i]);
67       for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
68          X[j] *= x;
69    }
70    for (i=B*qbank[NBANDS];i<B*qbank[NBANDS+1];i++)
71       X[i] = 0;
72 }
73
74 /* De-normalise the energy to produce the synthesis from the unit-energy bands */
75 void denormalise_bands(float *X, int B, float *bank)
76 {
77    int i;
78    for (i=0;i<NBANDS;i++)
79    {
80       int j;
81       float x = bank[i];
82       for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
83          X[j] *= x;
84    }
85    for (i=B*qbank[NBANDS];i<B*qbank[NBANDS+1];i++)
86       X[i] = 0;
87 }
88
89
90 /* Compute the best gain for each "pitch band" */
91 void compute_pitch_gain(float *X, int B, float *P, float *gains, float *bank)
92 {
93    int i;
94    float w[B*qbank[NBANDS]];
95    for (i=0;i<NBANDS;i++)
96    {
97       int j;
98       for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
99          w[j] = bank[i];
100    }
101
102    
103    for (i=0;i<PBANDS;i++)
104    {
105       float Sxy=0;
106       float Sxx = 0;
107       int j;
108       float gain;
109       for (j=B*pbank[i];j<B*pbank[i+1];j++)
110       {
111          Sxy += X[j]*P[j]*w[j];
112          Sxx += X[j]*X[j]*w[j];
113       }
114       gain = Sxy/(1e-10+Sxx);
115       //gain = Sxy/(2*(pbank[i+1]-pbank[i]));
116       //if (i<3)
117       //gain *= 1+.02*gain;
118       if (gain > .90)
119          gain = .90;
120       if (gain < 0.0)
121          gain = 0.0;
122       
123       gains[i] = gain;
124    }
125    for (i=B*pbank[PBANDS];i<B*pbank[PBANDS+1];i++)
126       P[i] = 0;
127 }
128
129 /* Apply the (quantised) gain to each "pitch band" */
130 void pitch_quant_bands(float *X, int B, float *P, float *gains)
131 {
132    int i;
133    for (i=0;i<PBANDS;i++)
134    {
135       int j;
136       for (j=B*pbank[i];j<B*pbank[i+1];j++)
137          P[j] *= gains[i];
138       //printf ("%f ", gain);
139    }
140    for (i=B*pbank[PBANDS];i<B*pbank[PBANDS+1];i++)
141       P[i] = 0;
142 }
143
144 void quant_bands(float *X, int B, float *P)
145 {
146    int i;
147    for (i=0;i<NBANDS;i++)
148    {
149       int q;
150       q =qpulses[i];
151       if (q) {
152          alg_quant2(X+B*qbank[i], B*(qbank[i+1]-qbank[i]), q, P+B*qbank[i]);
153       } else {
154          noise_quant(X+B*qbank[i], B*(qbank[i+1]-qbank[i]), q, P+B*qbank[i]);
155       }
156    }
157    for (i=B*qbank[NBANDS];i<B*qbank[NBANDS+1];i++)
158       X[i] = 0;
159 }
160
161
162 /* Scales the pulse-codebook entry in each band such that unit-energy is conserved when 
163    adding the pitch */
164 void pitch_renormalise_bands(float *X, int B, float *P)
165 {
166    int i;
167    for (i=0;i<NBANDS;i++)
168    {
169       int j;
170       float Rpp=0;
171       float Rxp=0;
172       float Rxx=0;
173       float gain1;
174       for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
175       {
176          Rxp += X[j]*P[j];
177          Rpp += P[j]*P[j];
178          Rxx += X[j]*X[j];
179       }
180       float arg = Rxp*Rxp + 1 - Rpp;
181       gain1 = sqrt(arg)-Rxp;
182       if (Rpp>.9999)
183          Rpp = .9999;
184       Rxx = 0;
185       for (j=B*qbank[i];j<B*qbank[i+1];j++)
186       {
187          X[j] = P[j]+gain1*X[j];
188          Rxx += X[j]*X[j];
189       }
190    }
191    for (i=B*qbank[NBANDS];i<B*qbank[NBANDS+1];i++)
192       X[i] = 0;
193 }
194