fixed-point: done converting find_spectral_pitch()
[opus.git] / libcelt / pitch.c
1 /* (C) 2007-2008 Jean-Marc Valin, CSIRO
2 */
3 /**
4    @file pitch.c
5    @brief Pitch analysis
6  */
7
8 /*
9    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
10    modification, are permitted provided that the following conditions
11    are met:
12    
13    - Redistributions of source code must retain the above copyright
14    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
15    
16    - Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
17    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
18    documentation and/or other materials provided with the distribution.
19    
20    - Neither the name of the Xiph.org Foundation nor the names of its
21    contributors may be used to endorse or promote products derived from
22    this software without specific prior written permission.
23    
24    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
25    ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
26    LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
27    A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE FOUNDATION OR
28    CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
29    EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
30    PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
31    PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
32    LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
33    NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
34    SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
35 */
36
37
38 #ifdef HAVE_CONFIG_H
39 #include "config.h"
40 #endif
41
42 /*#include "_kiss_fft_guts.h"
43 #include "kiss_fftr.h"*/
44 #include "kfft_single.h"
45
46 #include <stdio.h>
47 #include <math.h>
48 #include "pitch.h"
49 #include "psy.h"
50 #include "os_support.h"
51 #include "mathops.h"
52
53 kiss_fftr_cfg pitch_state_alloc(int max_lag)
54 {
55    return kiss_fftr_alloc_celt_single(max_lag, 0, 0);
56 }
57
58 void pitch_state_free(kiss_fftr_cfg st)
59 {
60    kiss_fft_free(st);
61 }
62
63 #ifdef FIXED_POINT
64 static void normalise16(celt_word16_t *x, int len, celt_word16_t val)
65 {
66    int i;
67    celt_word16_t maxval = 0;
68    for (i=0;i<len;i++)
69       maxval = MAX16(maxval, ABS16(x[i]));
70    if (maxval > val)
71    {
72       int shift = 0;
73       while (maxval > val)
74       {
75          maxval >>= 1;
76          shift++;
77       }
78       if (shift==0)
79          return;
80       for (i=0;i<len;i++)
81          x[i] = SHR16(x[i], shift);
82    } else {
83       int shift=0;
84       if (maxval == 0)
85          return;
86       val >>= 1;
87       while (maxval < val)
88       {
89          val >>= 1;
90          shift++;
91       }
92       if (shift==0)
93          return;
94       for (i=0;i<len;i++)
95          x[i] = SHL16(x[i], shift);
96    }
97 }
98 #else
99 #define normalise16(x,len,val)
100 #endif
101
102 #define INPUT_SHIFT 15
103
104 void find_spectral_pitch(kiss_fftr_cfg fft, struct PsyDecay *decay, const celt_sig_t *x, const celt_sig_t *y, const celt_word16_t *window, int overlap, int lag, int len, int C, int *pitch)
105 {
106    int c, i;
107    celt_word32_t max_corr;
108    VARDECL(celt_word16_t *X);
109    VARDECL(celt_word16_t *Y);
110    VARDECL(celt_mask_t *curve);
111    int n2;
112    int L2;
113    const int *bitrev;
114    SAVE_STACK;
115    n2 = lag/2;
116    L2 = len/2;
117    ALLOC(X, lag, celt_word16_t);
118    ALLOC(curve, n2, celt_mask_t);
119
120    bitrev = fft->substate->bitrev;
121    for (i=0;i<lag;i++)
122       X[i] = 0;
123    /* Sum all channels of the current frame and copy into X in bit-reverse order */
124    for (c=0;c<C;c++)
125    {
126       for (i=0;i<L2;i++)
127       {
128          X[2*bitrev[i]] += SHR32(x[C*(2*i)+c],INPUT_SHIFT);
129          X[2*bitrev[i]+1] += SHR32(x[C*(2*i+1)+c],INPUT_SHIFT);
130       }
131    }
132    /* Applying the window in the bit-reverse domain. It's a bit weird, but it
133       can help save memory */
134    for (i=0;i<overlap/2;i++)
135    {
136       X[2*bitrev[i]] = MULT16_32_Q15(window[2*i], X[2*bitrev[i]]);
137       X[2*bitrev[i]+1] = MULT16_32_Q15(window[2*i+1], X[2*bitrev[i]+1]);
138       X[2*bitrev[L2-i-1]] = MULT16_32_Q15(window[2*i+1], X[2*bitrev[L2-i-1]]);
139       X[2*bitrev[L2-i-1]+1] = MULT16_32_Q15(window[2*i], X[2*bitrev[L2-i-1]+1]);
140    }
141    normalise16(X, lag, 8192);
142    /*for (i=0;i<lag;i++) printf ("%d ", X[i]);printf ("\n");*/
143    /* Forward real FFT (in-place) */
144    kf_work((kiss_fft_cpx*)X, NULL, 1,1, fft->substate->factors,fft->substate, 1, 1, 1);
145    kiss_fftr_twiddles(fft,X);
146
147    compute_masking(decay, X, curve, lag);
148
149    /* Deferred allocation to reduce peak stack usage */
150    ALLOC(Y, lag, celt_word16_t);
151    for (i=0;i<lag;i++)
152       Y[i] = 0;
153    /* Sum all channels of the past audio and copy into Y in bit-reverse order */
154    for (c=0;c<C;c++)
155    {
156       for (i=0;i<n2;i++)
157       {
158          Y[2*bitrev[i]] += SHR32(y[C*(2*i)+c],INPUT_SHIFT);
159          Y[2*bitrev[i]+1] += SHR32(y[C*(2*i+1)+c],INPUT_SHIFT);
160       }
161    }
162    normalise16(Y, lag, 8192);
163    /* Forward real FFT (in-place) */
164    kf_work((kiss_fft_cpx*)Y, NULL, 1,1, fft->substate->factors,fft->substate, 1, 1, 1);
165    kiss_fftr_twiddles(fft,Y);
166
167    /* Compute cross-spectrum using the inverse masking curve as weighting */
168    for (i=1;i<n2;i++)
169    {
170       celt_word16_t n;
171       celt_word32_t tmp;
172       /*printf ("%d %d ", X[2*i]*X[2*i]+X[2*i+1]*X[2*i+1], Y[2*i]*Y[2*i]+Y[2*i+1]*Y[2*i+1]);*/
173       n = DIV32_16(Q15ONE,celt_sqrt(EPSILON+curve[i]));
174       /*printf ("%f ", n);*/
175       tmp = X[2*i];
176       X[2*i] = MULT16_32_Q15(n, ADD32(MULT16_16(X[2*i  ],Y[2*i  ]), MULT16_16(X[2*i+1],Y[2*i+1])));
177       X[2*i+1] = MULT16_32_Q15(n, SUB32(MULT16_16(tmp,Y[2*i+1]), MULT16_16(X[2*i+1],Y[2*i  ])));
178    }
179    /*printf ("\n");*/
180    X[0] = X[1] = 0;
181    /*for (i=0;i<lag;i++) printf ("%d ", X[i]);printf ("\n");*/
182    normalise16(X, lag, 50);
183    /* Inverse half-complex to real FFT gives us the correlation */
184    kiss_fftri(fft, X, Y);
185    
186    /* The peak in the correlation gives us the pitch */
187    max_corr=-VERY_LARGE32;
188    *pitch = 0;
189    for (i=0;i<lag-len;i++)
190    {
191       /*printf ("%f ", xx[i]);*/
192       if (Y[i] > max_corr)
193       {
194          *pitch = i;
195          max_corr = Y[i];
196       }
197    }
198    RESTORE_STACK;
199 }