libcelt/mdct.c

   1 /* (C) 2008 Jean-Marc Valin, CSIRO
   2 */
   3 /*
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   7
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  10
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  14
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  18
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  30 */
  31
  32 /* This is a simple MDCT implementation that uses a N/4 complex FFT
  33    to do most of the work. It should be relatively straightforward to
  34    plug in pretty much and FFT here.
  35
  36    This replaces the Vorbis FFT (and uses the exact same API), which
  37    was a bit too messy and that was ending up duplicating code
  38    (might as well use the same FFT everywhere).
  39
  40    The algorithm is similar to (and inspired from) Fabrice Bellard's
  41    MDCT implementation in FFMPEG, but has differences in signs, ordering
  42    and scaling in many places.
  43 */
  44
  45 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  46 #include "config.h"
  47 #endif
  48
  49 #include "mdct.h"
  50 #include "kiss_fft.h"
  51 #include <math.h>
  52 #include "os_support.h"
  53 #include "_kiss_fft_guts.h"
  54
  55 #ifndef M_PI
  56 #define M_PI 3.141592653
  57 #endif
  58
  59 void mdct_init(mdct_lookup *l,int N)
  60 {
  61    int i;
  62    int N2, N4;
  63    l->n = N;
  64    N2 = N/2;
  65    N4 = N/4;
  66    l->kfft = kiss_fft_alloc(N4, NULL, NULL);
  67    l->trig = (kiss_twiddle_scalar*)celt_alloc(N2*sizeof(kiss_twiddle_scalar));
  68    /* We have enough points that sine isn't necessary */
  69 #if defined(FIXED_POINT)
  70 #if defined(DOUBLE_PRECISION) & !defined(MIXED_PRECISION)
  71    for (i=0;i<N2;i++)
  72       l->trig[i] = SAMP_MAX*cos(2*M_PI*(i+1./8.)/N);
  73 #else
  74    for (i=0;i<N2;i++)
  75       l->trig[i] = TRIG_UPSCALE*celt_cos_norm(DIV32(ADD32(SHL32(i,17),16386),N));
  76 #endif
  77 #else
  78    for (i=0;i<N2;i++)
  79       l->trig[i] = cos(2*M_PI*(i+1./8.)/N);
  80 #endif
  81 }
  82
  83 void mdct_clear(mdct_lookup *l)
  84 {
  85    kiss_fft_free(l->kfft);
  86    celt_free(l->trig);
  87 }
  88
  89 void mdct_forward(mdct_lookup *l, kiss_fft_scalar *in, kiss_fft_scalar *out)
  90 {
  91    int i;
  92    int N, N2, N4;
  93    VARDECL(kiss_fft_scalar *f);
  94    N = l->n;
  95    N2 = N/2;
  96    N4 = N/4;
  97    ALLOC(f, N2, kiss_fft_scalar);
  98
  99    /* Consider the input to be compused of four blocks: [a, b, c, d] */
 100    /* Shuffle, fold, pre-rotate (part 1) */
 101    for(i=0;i<N/8;i++)
 102    {
 103       kiss_fft_scalar re, im;
 104       /* Real part arranged as -d-cR, Imag part arranged as -b+aR*/
 105       re = -.5*(in[N2+N4+2*i] + in[N2+N4-2*i-1]);
 106       im = -.5*(in[N4+2*i]    - in[N4-2*i-1]);
 107       out[2*i]   = S_MUL(re,l->trig[i])  -  S_MUL(im,l->trig[i+N4]);
 108       out[2*i+1] = S_MUL(im,l->trig[i])  +  S_MUL(re,l->trig[i+N4]);
 109    }
 110    for(;i<N4;i++)
 111    {
 112       kiss_fft_scalar re, im;
 113       /* Real part arranged as a-bR, Imag part arranged as -c-dR */
 114       re =  .5*(in[2*i-N4] - in[N2+N4-2*i-1]);
 115       im = -.5*(in[N4+2*i] + in[N+N4-2*i-1]);
 116       out[2*i]   = S_MUL(re,l->trig[i])  -  S_MUL(im,l->trig[i+N4]);
 117       out[2*i+1] = S_MUL(im,l->trig[i])  +  S_MUL(re,l->trig[i+N4]);
 118    }
 119
 120    /* N/4 complex FFT, which should normally down-scale by 4/N (but doesn't now) */
 121    kiss_fft(l->kfft, (const kiss_fft_cpx *)out, (kiss_fft_cpx *)f);
 122
 123    /* Post-rotate and apply the scaling if the FFT doesn't to it itself */
 124    for(i=0;i<N4;i++)
 125    {
 126       out[2*i]      = -S_MUL(f[2*i+1],l->trig[i+N4]) + S_MUL(f[2*i]  ,l->trig[i]);
 127       out[N2-1-2*i] = -S_MUL(f[2*i]  ,l->trig[i+N4]) - S_MUL(f[2*i+1],l->trig[i]);
 128    }
 129 }
 130
 131
 132 void mdct_backward(mdct_lookup *l, kiss_fft_scalar *in, kiss_fft_scalar *out)
 133 {
 134    int i;
 135    int N, N2, N4, N8;
 136    VARDECL(kiss_fft_scalar *f);
 137    N = l->n;
 138    N2 = N/2;
 139    N4 = N/4;
 140    N8 = N/8;
 141    ALLOC(f, N2, kiss_fft_scalar);
 142
 143    /* Pre-rotate */
 144    for(i=0;i<N4;i++)
 145    {
 146       out[2*i]   = -S_MUL(in[N2-2*i-1], l->trig[i])    - S_MUL(in[2*i],l->trig[i+N4]);
 147       out[2*i+1] =  S_MUL(in[N2-2*i-1], l->trig[i+N4]) - S_MUL(in[2*i],l->trig[i]);
 148    }
 149
 150    /* Inverse N/4 complex FFT. This one should *not* downscale even in fixed-point */
 151    kiss_ifft(l->kfft, (const kiss_fft_cpx *)out, (kiss_fft_cpx *)f);
 152
 153    /* Post-rotate */
 154    for(i=0;i<N4;i++)
 155    {
 156       kiss_fft_scalar re, im;
 157       re = f[2*i];
 158       im = f[2*i+1];
 159       /* We'd scale up by 2 here, but instead it's done when mixing the windows */
 160       f[2*i]   = S_MUL(re,l->trig[i]) + S_MUL(im,l->trig[i+N4]);
 161       f[2*i+1] = S_MUL(im,l->trig[i]) - S_MUL(re,l->trig[i+N4]);
 162    }
 163    /* De-shuffle the components for the middle of the window only */
 164    for(i = 0; i < N4; i++)
 165    {
 166       out[N4+2*i]   =-f[2*i];
 167       out[N4+2*i+1] = f[N2-2*i-1];
 168    }
 169
 170    /* Mirror on both sides for TDAC */
 171    for(i = 0; i < N4; i++)
 172    {
 173       out[i]     =-out[N2-i-1];
 174       out[N-i-1] = out[N2+i];
 175    }
 176 }
 177
 178