fixed-point: simplifying the arithmetic in alg_quant()
[opus.git] / libcelt / mathops.h
1 /* Copyright (C) 2002-2008 Jean-Marc Valin */
2 /**
3    @file mathops.h
4    @brief Various math functions
5 */
6 /*
7    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8    modification, are permitted provided that the following conditions
9    are met:
10    
11    - Redistributions of source code must retain the above copyright
12    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13    
14    - Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
15    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
16    documentation and/or other materials provided with the distribution.
17    
18    - Neither the name of the Xiph.org Foundation nor the names of its
19    contributors may be used to endorse or promote products derived from
20    this software without specific prior written permission.
21    
22    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
23    ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
24    LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
25    A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE FOUNDATION OR
26    CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
27    EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
28    PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
29    PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
30    LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
31    NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
32    SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
33 */
34
35 #ifndef MATHOPS_H
36 #define MATHOPS_H
37
38 #include "arch.h"
39
40 #ifndef FIXED_POINT
41
42 #define celt_sqrt sqrt
43 #define celt_acos acos
44 #define celt_exp exp
45 #define celt_cos_norm(x) (cos((.5f*M_PI)*(x)))
46 #define celt_atan atan
47 #define celt_rcp(x) (1.f/(x))
48
49 #endif
50
51
52
53 #ifdef FIXED_POINT
54
55 #include "entcode.h"
56
57 static inline celt_int16_t celt_ilog2(celt_word32_t x)
58 {
59    return EC_ILOG(x)-1;
60 }
61
62 #define C0 3634
63 #define C1 21173
64 #define C2 -12627
65 #define C3 4204
66
67 static inline celt_word32_t celt_sqrt(celt_word32_t x)
68 {
69    int k;
70    celt_word16_t n;
71    celt_word32_t rt;
72    const celt_word16_t C[5] = {23174, 11584, -3011, 1570, -557};
73    if (x==0)
74       return 0;
75    k = (celt_ilog2(x)>>1)-7;
76    x = VSHR32(x, (k<<1));
77    n = x-32768;
78    rt = ADD16(C[0], MULT16_16_Q15(n, ADD16(C[1], MULT16_16_Q15(n, ADD16(C[2], 
79               MULT16_16_Q15(n, ADD16(C[3], MULT16_16_Q15(n, (C[4])))))))));
80    rt = VSHR32(rt,7-k);
81    return rt;
82 }
83
84
85 #define L1 32767
86 #define L2 -7651
87 #define L3 8277
88 #define L4 -626
89
90 static inline celt_word16_t _celt_cos_pi_2(celt_word16_t x)
91 {
92    celt_word16_t x2;
93    
94    x2 = MULT16_16_P15(x,x);
95    return ADD16(1,MIN16(32766,ADD32(SUB16(L1,x2), MULT16_16_P15(x2, ADD32(L2, MULT16_16_P15(x2, ADD32(L3, MULT16_16_P15(L4, x2
96                                                                                 ))))))));
97 }
98
99 #undef L1
100 #undef L2
101 #undef L3
102 #undef L4
103
104 static inline celt_word16_t celt_cos_norm(celt_word32_t x)
105 {
106    x = x&0x0001ffff;
107    if (x>SHL32(EXTEND32(1), 16))
108       x = SUB32(SHL32(EXTEND32(1), 17),x);
109    if (x&0x00007fff)
110    {
111       if (x<SHL32(EXTEND32(1), 15))
112       {
113          return _celt_cos_pi_2(EXTRACT16(x));
114       } else {
115          return NEG32(_celt_cos_pi_2(EXTRACT16(65536-x)));
116       }
117    } else {
118       if (x&0x0000ffff)
119          return 0;
120       else if (x&0x0001ffff)
121          return -32767;
122       else
123          return 32767;
124    }
125 }
126
127 static inline celt_word16_t celt_log2(celt_word32_t x)
128 {
129    int i;
130    celt_word16_t n, frac;
131    /*-0.41446   0.96093  -0.33981   0.15600 */
132    const celt_word16_t C[4] = {-6791, 7872, -1392, 319};
133    if (x==0)
134       return -32767;
135    i = celt_ilog2(x);
136    n = VSHR32(x,i-15)-32768-16384;
137    frac = ADD16(C[0], MULT16_16_Q14(n, ADD16(C[1], MULT16_16_Q14(n, ADD16(C[2], MULT16_16_Q14(n, (C[3])))))));
138    /*printf ("%d %d %d %d\n", x, n, ret, SHL16(i-13,8)+SHR16(ret,14-8));*/
139    return SHL16(i-13,8)+SHR16(frac,14-8);
140 }
141
142 /*
143  K0 = 1
144  K1 = log(2)
145  K2 = 3-4*log(2)
146  K3 = 3*log(2) - 2
147 */
148 #define D0 16384
149 #define D1 11356
150 #define D2 3726
151 #define D3 1301
152 /* Input in Q11 format, output in Q16 */
153 static inline celt_word32_t celt_exp2(celt_word16_t x)
154 {
155    int integer;
156    celt_word16_t frac;
157    integer = SHR16(x,11);
158    if (integer>14)
159       return 0x7fffffff;
160    else if (integer < -15)
161       return 0;
162    frac = SHL16(x-SHL16(integer,11),3);
163    frac = ADD16(D0, MULT16_16_Q14(frac, ADD16(D1, MULT16_16_Q14(frac, ADD16(D2 , MULT16_16_Q14(D3,frac))))));
164    return VSHR32(EXTEND32(frac), -integer-2);
165 }
166
167 static inline celt_word32_t celt_rcp(celt_word32_t x)
168 {
169    int i, neg=0;
170    celt_word16_t n, frac;
171    const celt_word16_t C[5] = {21848, -7251, 2403, -934, 327};
172    if (x<0)
173    {
174       neg = 1;
175       x = NEG16(x);
176    }
177    i = celt_ilog2(x);
178    n = VSHR32(x,i-16)-SHL32(EXTEND32(3),15);
179    frac = ADD16(C[0], MULT16_16_Q15(n, ADD16(C[1], MULT16_16_Q15(n, ADD16(C[2], 
180                 MULT16_16_Q15(n, ADD16(C[3], MULT16_16_Q15(n, (C[4])))))))));
181    if (neg)
182       frac = -frac;
183    return VSHR32(EXTEND32(frac),i-16);
184 }
185
186 #endif /* FIXED_POINT */
187
188
189 #endif /* MATHOPS_H */