Changed some of the mode data from int to celt_int16_t to save memory.
[opus.git] / libcelt / rate.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 #ifdef HAVE_CONFIG_H
33 #include "config.h"
34 #endif
35
36 #include <math.h>
37 #include "modes.h"
38 #include "cwrs.h"
39 #include "arch.h"
40 #include "os_support.h"
41
42 #include "entcode.h"
43 #include "rate.h"
44
45 #define BITRES 4
46 #define BITROUND 8
47 #define BITOVERFLOW 10000
48
49 #ifndef STATIC_MODES
50 static int log2_frac(ec_uint32 val, int frac)
51 {
52    int i;
53    /* EC_ILOG() actually returns log2()+1, go figure */
54    int L = EC_ILOG(val)-1;
55    /*printf ("in: %d %d ", val, L);*/
56    if (L>14)
57       val >>= L-14;
58    else if (L<14)
59       val <<= 14-L;
60    L <<= frac;
61    /*printf ("%d\n", val);*/
62    for (i=0;i<frac;i++)
63    {
64       val = (val*val) >> 15;
65       /*printf ("%d\n", val);*/
66       if (val > 16384)
67          L |= (1<<(frac-i-1));
68       else   
69          val <<= 1;
70    }
71    return L;
72 }
73
74 static int log2_frac64(ec_uint64 val, int frac)
75 {
76    int i;
77    /* EC_ILOG64() actually returns log2()+1, go figure */
78    int L = EC_ILOG64(val)-1;
79    /*printf ("in: %d %d ", val, L);*/
80    if (L>14)
81       val >>= L-14;
82    else if (L<14)
83       val <<= 14-L;
84    L <<= frac;
85    /*printf ("%d\n", val);*/
86    for (i=0;i<frac;i++)
87    {
88       val = (val*val) >> 15;
89       /*printf ("%d\n", val);*/
90       if (val > 16384)
91          L |= (1<<(frac-i-1));
92       else   
93          val <<= 1;
94    }
95    return L;
96 }
97
98 void compute_alloc_cache(CELTMode *m)
99 {
100    int i, prevN, BC;
101    celt_int16_t **bits;
102    const celt_int16_t *eBands = m->eBands;
103
104    bits = celt_alloc(m->nbEBands*sizeof(celt_int16_t*));
105    
106    BC = m->nbMdctBlocks*m->nbChannels;
107    prevN = -1;
108    for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
109    {
110       int N = BC*(eBands[i+1]-eBands[i]);
111       if (N == prevN && eBands[i] < m->pitchEnd)
112       {
113          bits[i] = bits[i-1];
114       } else {
115          int j;
116          /* FIXME: We could save memory here */
117          bits[i] = celt_alloc(MAX_PULSES*sizeof(celt_int16_t));
118          for (j=0;j<MAX_PULSES;j++)
119          {
120             int done = 0;
121             int pulses = j;
122             /* For bands where there's no pitch, id 1 corresponds to intra prediction 
123             with no pulse. id 2 means intra prediction with one pulse, and so on.*/
124             if (eBands[i] >= m->pitchEnd)
125                pulses -= 1;
126             if (pulses < 0)
127                bits[i][j] = 0;
128             else {
129                bits[i][j] = log2_frac64(ncwrs64(N, pulses),BITRES);
130                /* FIXME: Could there be a better test for the max number of pulses that fit in 64 bits? */
131                if (bits[i][j] > (60<<BITRES))
132                   done = 1;
133                /* Add the intra-frame prediction bits */
134                if (eBands[i] >= m->pitchEnd)
135                {
136                   int max_pos = 2*eBands[i]-eBands[i+1];
137                   if (max_pos > 32)
138                      max_pos = 32;
139                   bits[i][j] += (1<<BITRES) + log2_frac(max_pos,BITRES);
140                }
141             }
142             if (done)
143                break;
144          }
145          for (;j<MAX_PULSES;j++)
146             bits[i][j] = BITOVERFLOW;
147          prevN = N;
148       }
149    }
150    m->bits = (const celt_int16_t * const *)bits;
151 }
152
153 #endif /* !STATIC_MODES */
154
155 int bits2pulses(const CELTMode *m, int band, int bits)
156 {
157    int lo, hi;
158    lo = 0;
159    hi = MAX_PULSES-1;
160    
161    while (hi-lo != 1)
162    {
163       int mid = (lo+hi)>>1;
164       if (m->bits[band][mid] >= bits)
165          hi = mid;
166       else
167          lo = mid;
168    }
169    if (bits-m->bits[band][lo] <= m->bits[band][hi]-bits)
170       return lo;
171    else
172       return hi;
173 }
174
175 int vec_bits2pulses(const CELTMode *m, int *bits, int *pulses, int len)
176 {
177    int i;
178    int sum=0;
179
180    for (i=0;i<len;i++)
181    {
182       pulses[i] = bits2pulses(m, i, bits[i]);
183       sum += m->bits[i][pulses[i]];
184    }
185    /*printf ("sum = %d\n", sum);*/
186    return sum;
187 }
188
189 int interp_bits2pulses(const CELTMode *m, int *bits1, int *bits2, int total, int *pulses, int len)
190 {
191    int lo, hi, out;
192    int j;
193    int firstpass;
194    VARDECL(int *bits);
195    SAVE_STACK;
196    ALLOC(bits, len, int);
197    lo = 0;
198    hi = 1<<BITRES;
199    while (hi-lo != 1)
200    {
201       int mid = (lo+hi)>>1;
202       for (j=0;j<len;j++)
203          bits[j] = ((1<<BITRES)-mid)*bits1[j] + mid*bits2[j];
204       if (vec_bits2pulses(m, bits, pulses, len) > total<<BITRES)
205          hi = mid;
206       else
207          lo = mid;
208    }
209    /*printf ("interp bisection gave %d\n", lo);*/
210    for (j=0;j<len;j++)
211       bits[j] = ((1<<BITRES)-lo)*bits1[j] + lo*bits2[j];
212    out = vec_bits2pulses(m, bits, pulses, len);
213    /* Do some refinement to use up all bits. In the first pass, we can only add pulses to 
214       bands that are under their allocated budget. In the second pass, anything goes */
215    firstpass = 1;
216    while(1)
217    {
218       int incremented = 0;
219       for (j=0;j<len;j++)
220       {
221          if ((!firstpass || m->bits[j][pulses[j]] < bits[j]) && pulses[j]<MAX_PULSES-1)
222          {
223             if (out+m->bits[j][pulses[j]+1]-m->bits[j][pulses[j]] <= total<<BITRES)
224             {
225                out = out+m->bits[j][pulses[j]+1]-m->bits[j][pulses[j]];
226                pulses[j] += 1;
227                incremented = 1;
228             }
229          }
230       }
231       if (!incremented)
232       {
233          if (firstpass)
234             firstpass = 0;
235          else
236             break;
237       }
238    }
239    RESTORE_STACK;
240    return (out+BITROUND) >> BITRES;
241 }
242
243 int compute_allocation(const CELTMode *m, int *offsets, int total, int *pulses)
244 {
245    int lo, hi, len, ret;
246    VARDECL(int *bits1);
247    VARDECL(int *bits2);
248    SAVE_STACK;
249    
250    len = m->nbEBands;
251    ALLOC(bits1, len, int);
252    ALLOC(bits2, len, int);
253    lo = 0;
254    hi = m->nbAllocVectors - 1;
255    while (hi-lo != 1)
256    {
257       int j;
258       int mid = (lo+hi) >> 1;
259       for (j=0;j<len;j++)
260       {
261          bits1[j] = (m->allocVectors[mid*len+j] + offsets[j])<<BITRES;
262          if (bits1[j] < 0)
263             bits1[j] = 0;
264          /*printf ("%d ", bits[j]);*/
265       }
266       /*printf ("\n");*/
267       if (vec_bits2pulses(m, bits1, pulses, len) > total<<BITRES)
268          hi = mid;
269       else
270          lo = mid;
271       /*printf ("lo = %d, hi = %d\n", lo, hi);*/
272    }
273    {
274       int j;
275       for (j=0;j<len;j++)
276       {
277          bits1[j] = m->allocVectors[lo*len+j] + offsets[j];
278          bits2[j] = m->allocVectors[hi*len+j] + offsets[j];
279          if (bits1[j] < 0)
280             bits1[j] = 0;
281          if (bits2[j] < 0)
282             bits2[j] = 0;
283       }
284       ret = interp_bits2pulses(m, bits1, bits2, total, pulses, len);
285       RESTORE_STACK;
286       return ret;
287    }
288 }
289