libcelt/vq.c

   1 /* (C) 2007-2008 Jean-Marc Valin, CSIRO
   2 */
   3 /*
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   7
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  10
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  12    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
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  14
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  18
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  30 */
  31
  32 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  33 #include "config.h"
  34 #endif
  35
  36 #include "mathops.h"
  37 #include "cwrs.h"
  38 #include "vq.h"
  39 #include "arch.h"
  40 #include "os_support.h"
  41
  42 /** Takes the pitch vector and the decoded residual vector, computes the gain
  43     that will give ||p+g*y||=1 and mixes the residual with the pitch. */
  44 static void mix_pitch_and_residual(int * restrict iy, celt_norm_t * restrict X, int N, int K, const celt_norm_t * restrict P)
  45 {
  46    int i;
  47    celt_word32_t Ryp, Ryy, Rpp;
  48    celt_word32_t g;
  49    VARDECL(celt_norm_t, y);
  50 #ifdef FIXED_POINT
  51    int yshift;
  52 #endif
  53    SAVE_STACK;
  54 #ifdef FIXED_POINT
  55    yshift = 13-celt_ilog2(K);
  56 #endif
  57    ALLOC(y, N, celt_norm_t);
  58
  59    /*for (i=0;i<N;i++)
  60    printf ("%d ", iy[i]);*/
  61    Rpp = 0;
  62    i=0;
  63    do {
  64       Rpp = MAC16_16(Rpp,P[i],P[i]);
  65       y[i] = SHL16(iy[i],yshift);
  66    } while (++i < N);
  67
  68    Ryp = 0;
  69    Ryy = 0;
  70    /* If this doesn't generate a dual MAC (on supported archs), fire the compiler guy */
  71    i=0;
  72    do {
  73       Ryp = MAC16_16(Ryp, y[i], P[i]);
  74       Ryy = MAC16_16(Ryy, y[i], y[i]);
  75    } while (++i < N);
  76
  77    /* g = (sqrt(Ryp^2 + Ryy - Rpp*Ryy)-Ryp)/Ryy */
  78    g = MULT16_32_Q15(
  79             celt_sqrt(MULT16_16(ROUND16(Ryp,14),ROUND16(Ryp,14)) + Ryy -
  80                       MULT16_16(ROUND16(Ryy,14),ROUND16(Rpp,14)))
  81             - ROUND16(Ryp,14),
  82        celt_rcp(SHR32(Ryy,9)));
  83
  84    i=0;
  85    do
  86       X[i] = P[i] + ROUND16(MULT16_16(y[i], g),11);
  87    while (++i < N);
  88
  89    RESTORE_STACK;
  90 }
  91
  92
  93 void alg_quant(celt_norm_t *X, celt_mask_t *W, int N, int K, const celt_norm_t *P, ec_enc *enc)
  94 {
  95    VARDECL(celt_norm_t, y);
  96    VARDECL(int, iy);
  97    VARDECL(int, signx);
  98    int j, is;
  99    celt_word16_t s;
 100    int pulsesLeft;
 101    celt_word32_t sum;
 102    celt_word32_t xy, yy, yp;
 103    celt_word16_t Rpp;
 104    int N_1; /* Inverse of N, in Q14 format (even for float) */
 105 #ifdef FIXED_POINT
 106    int yshift;
 107 #endif
 108    SAVE_STACK;
 109
 110 #ifdef FIXED_POINT
 111    yshift = 13-celt_ilog2(K);
 112 #endif
 113
 114    ALLOC(y, N, celt_norm_t);
 115    ALLOC(iy, N, int);
 116    ALLOC(signx, N, int);
 117    N_1 = 512/N;
 118
 119    sum = 0;
 120    for (j=0;j<N;j++)
 121    {
 122       if (X[j]>0)
 123          signx[j]=1;
 124       else
 125          signx[j]=-1;
 126       iy[j] = 0;
 127       y[j] = 0;
 128       sum = MAC16_16(sum, P[j],P[j]);
 129    }
 130    Rpp = ROUND16(sum, NORM_SHIFT);
 131
 132    celt_assert2(Rpp<=NORM_SCALING, "Rpp should never have a norm greater than unity");
 133
 134    xy = yy = yp = 0;
 135
 136    pulsesLeft = K;
 137    while (pulsesLeft > 0)
 138    {
 139       int pulsesAtOnce=1;
 140       int best_id;
 141       celt_word16_t magnitude;
 142 #ifdef FIXED_POINT
 143       int rshift;
 144 #endif
 145       /* Decide on how many pulses to find at once */
 146       pulsesAtOnce = (pulsesLeft*N_1)>>9; /* pulsesLeft/N */
 147       if (pulsesAtOnce<1)
 148          pulsesAtOnce = 1;
 149 #ifdef FIXED_POINT
 150       rshift = yshift+1+celt_ilog2(K-pulsesLeft+pulsesAtOnce);
 151 #endif
 152       magnitude = SHL16(pulsesAtOnce, yshift);
 153
 154       best_id = 0;
 155       /* The squared magnitude term gets added anyway, so we might as well
 156          add it outside the loop */
 157       yy = ADD32(yy, MULT16_16(magnitude,magnitude));
 158       /* Choose between fast and accurate strategy depending on where we are in the search */
 159       if (pulsesLeft>1)
 160       {
 161          /* This should ensure that anything we can process will have a better score */
 162          celt_word32_t best_num = -VERY_LARGE16;
 163          celt_word16_t best_den = 0;
 164          j=0;
 165          do {
 166             celt_word16_t Rxy, Ryy;
 167             /* Select sign based on X[j] alone */
 168             s = signx[j]*magnitude;
 169             /* Temporary sums of the new pulse(s) */
 170             Rxy = EXTRACT16(SHR32(xy + MULT16_16(s,X[j]),rshift));
 171             /* We're multiplying y[j] by two so we don't have to do it here */
 172             Ryy = EXTRACT16(SHR32(yy + MULT16_16(s,y[j]),rshift));
 173
 174             /* Approximate score: we maximise Rxy/sqrt(Ryy) (we're guaranteed that
 175                Rxy is positive because the sign is pre-computed) */
 176             Rxy = MULT16_16_Q15(Rxy,Rxy);
 177             /* The idea is to check for num/den >= best_num/best_den, but that way
 178                we can do it without any division */
 179             /* OPT: Make sure to use conditional moves here */
 180             if (MULT16_16(best_den, Rxy) > MULT16_16(Ryy, best_num))
 181             {
 182                best_den = Ryy;
 183                best_num = Rxy;
 184                best_id = j;
 185             }
 186          } while (++j<N);
 187       } else {
 188          celt_word16_t g;
 189          celt_word16_t best_num = -VERY_LARGE16;
 190          celt_word16_t best_den = 0;
 191          j=0;
 192          do {
 193             celt_word16_t Rxy, Ryy, Ryp;
 194             celt_word16_t num;
 195             /* Select sign based on X[j] alone */
 196             s = signx[j]*magnitude;
 197             /* Temporary sums of the new pulse(s) */
 198             /* We only shift by 13 so we don't have to multiply by 2 later */
 199             Rxy = ROUND16(xy + MULT16_16(s,X[j]), 13);
 200             /* We're multiplying y[j] by two so we don't have to do it here */
 201             Ryy = ROUND16(yy + MULT16_16(s,y[j]), 14);
 202             Ryp = ROUND16(yp + MULT16_16(s,P[j]), 14);
 203
 204             /* Compute the gain such that ||p + g*y|| = 1
 205                ...but instead, we compute g*Ryy to avoid dividing */
 206             g = celt_psqrt(MULT16_16(Ryp,Ryp) + MULT16_16(Ryy,QCONST16(1.f,14)-Rpp)) - Ryp;
 207             /* Knowing that gain, what's the error: (x-g*y)^2
 208                (result is negated and we discard x^2 because it's constant) */
 209             /* score = 2*g*Rxy - g*g*Ryy;*/
 210 #ifdef FIXED_POINT
 211             /* No need to multiply Rxy by 2 because we did it earlier */
 212             num = EXTRACT16(SHR32(MULT16_16(SUB16(Rxy,g),g),15));
 213 #else
 214             num = g*(2*Rxy-g);
 215 #endif
 216             if (MULT16_16(best_den, num) > MULT16_16(Ryy, best_num))
 217             {
 218                best_den = Ryy;
 219                best_num = num;
 220                best_id = j;
 221             }
 222          } while (++j<N);
 223       }
 224
 225       j = best_id;
 226       is = signx[j]*pulsesAtOnce;
 227       s = SHL16(is, yshift);
 228
 229       /* Updating the sums of the new pulse(s) */
 230       xy = xy + MULT16_16(s,X[j]);
 231       /* We're multiplying y[j] by two so we don't have to do it here */
 232       yy = yy + MULT16_16(s,y[j]);
 233       yp = yp + MULT16_16(s, P[j]);
 234
 235       /* Only now that we've made the final choice, update y/iy */
 236       /* Multiplying y[j] by 2 so we don't have to do it everywhere else */
 237       y[j] += 2*s;
 238       iy[j] += is;
 239       pulsesLeft -= pulsesAtOnce;
 240    }
 241
 242    encode_pulses(iy, N, K, enc);
 243
 244    /* Recompute the gain in one pass to reduce the encoder-decoder mismatch
 245    due to the recursive computation used in quantisation. */
 246    mix_pitch_and_residual(iy, X, N, K, P);
 247    RESTORE_STACK;
 248 }
 249
 250
 251 /** Decode pulse vector and combine the result with the pitch vector to produce
 252     the final normalised signal in the current band. */
 253 void alg_unquant(celt_norm_t *X, int N, int K, celt_norm_t *P, ec_dec *dec)
 254 {
 255    VARDECL(int, iy);
 256    SAVE_STACK;
 257    ALLOC(iy, N, int);
 258    decode_pulses(iy, N, K, dec);
 259    mix_pitch_and_residual(iy, X, N, K, P);
 260    RESTORE_STACK;
 261 }
 262
 263 #ifdef FIXED_POINT
 264 static const celt_word16_t pg[11] = {32767, 24576, 21299, 19661, 19661, 19661, 18022, 18022, 16384, 16384, 16384};
 265 #else
 266 static const celt_word16_t pg[11] = {1.f, .75f, .65f, 0.6f, 0.6f, .6f, .55f, .55f, .5f, .5f, .5f};
 267 #endif
 268
 269 #define MAX_INTRA 32
 270 #define LOG_MAX_INTRA 5
 271
 272 void intra_prediction(celt_norm_t *x, celt_mask_t *W, int N, int K, celt_norm_t *Y, celt_norm_t * restrict P, int B, int N0, ec_enc *enc)
 273 {
 274    int i,j,c;
 275    int best=0;
 276    celt_word16_t best_num=-VERY_LARGE16;
 277    celt_word16_t best_den=0;
 278    celt_word16_t s = 1;
 279    int sign;
 280    celt_word32_t E;
 281    celt_word16_t pred_gain;
 282    int max_pos = N0-N;
 283    celt_word32_t yy=0;
 284    VARDECL(celt_norm_t, Xr);
 285    SAVE_STACK;
 286
 287    ALLOC(Xr, B*N, celt_norm_t);
 288
 289    if (max_pos > MAX_INTRA)
 290       max_pos = MAX_INTRA;
 291
 292    /* Reverse the samples of x without reversing the channels */
 293    for (c=0;c<B;c++)
 294       for (j=0;j<N;j++)
 295          Xr[B*N-B*j-B+c] = x[B*j+c];
 296
 297    /* Compute yy for i=0 */
 298    j=0;
 299    do {
 300       yy = MAC16_16(yy, Y[j], Y[j]);
 301    } while (++j<B*N); /* Promises we loop at least once */
 302
 303    for (i=0;i<max_pos;i++)
 304    {
 305       celt_word32_t xy=0;
 306       celt_word16_t num, den;
 307       const celt_word16_t * restrict xp = Xr;
 308       const celt_word16_t * restrict yp = Y+B*i;
 309       j=0;
 310       do {
 311          xy = MAC16_16(xy, *xp++, *yp++);
 312       } while (++j<B*N); /* Promises we loop at least once */
 313       /* Using xy^2/yy as the score but without having to do the division */
 314       num = MULT16_16_Q15(ROUND16(xy,14),ROUND16(xy,14));
 315       den = ROUND16(yy,14);
 316       /* If you're really desperate for speed, just use xy as the score */
 317       /* OPT: Make sure to use a conditional move here */
 318       if (MULT16_16(best_den, num) >  MULT16_16(den, best_num))
 319       {
 320          best_num = num;
 321          best_den = den;
 322          best = i;
 323          /* Store xy as the sign. We'll normalise it to +/- 1 later. */
 324          s = ROUND16(xy,14);
 325       }
 326       /* Update yy for the next iteration */
 327       yp = Y+B*i;
 328       j=0;
 329       do {
 330          yy = yy - MULT16_16(*yp, *yp) + MULT16_16(yp[B*N], yp[B*N]);
 331          yp++;
 332       } while (++j<B);
 333    }
 334    if (s<0)
 335    {
 336       s = -1;
 337       sign = 1;
 338    } else {
 339       s = 1;
 340       sign = 0;
 341    }
 342    /*printf ("%d %d ", sign, best);*/
 343    ec_enc_bits(enc,sign,1);
 344    if (max_pos == MAX_INTRA)
 345       ec_enc_bits(enc,best,LOG_MAX_INTRA);
 346    else
 347       ec_enc_uint(enc,best,max_pos);
 348
 349    /*printf ("%d %f\n", best, best_score);*/
 350
 351    if (K>10)
 352       pred_gain = pg[10];
 353    else
 354       pred_gain = pg[K];
 355    E = EPSILON;
 356    for (c=0;c<B;c++)
 357    {
 358       for (j=0;j<N;j++)
 359       {
 360          P[B*j+c] = s*Y[B*best+B*(N-j-1)+c];
 361          E = MAC16_16(E, P[B*j+c],P[B*j+c]);
 362       }
 363    }
 364    /*pred_gain = pred_gain/sqrt(E);*/
 365    pred_gain = MULT16_16_Q15(pred_gain,celt_rcp(SHL32(celt_sqrt(E),9)));
 366    for (j=0;j<B*N;j++)
 367       P[j] = PSHR32(MULT16_16(pred_gain, P[j]),8);
 368    if (K>0)
 369    {
 370       for (j=0;j<B*N;j++)
 371          x[j] -= P[j];
 372    } else {
 373       for (j=0;j<B*N;j++)
 374          x[j] = P[j];
 375    }
 376    /*printf ("quant ");*/
 377    /*for (j=0;j<N;j++) printf ("%f ", P[j]);*/
 378    RESTORE_STACK;
 379 }
 380
 381 void intra_unquant(celt_norm_t *x, int N, int K, celt_norm_t *Y, celt_norm_t * restrict P, int B, int N0, ec_dec *dec)
 382 {
 383    int j, c;
 384    int sign;
 385    celt_word16_t s;
 386    int best;
 387    celt_word32_t E;
 388    celt_word16_t pred_gain;
 389    int max_pos = N0-N;
 390    if (max_pos > MAX_INTRA)
 391       max_pos = MAX_INTRA;
 392
 393    sign = ec_dec_bits(dec, 1);
 394    if (sign == 0)
 395       s = 1;
 396    else
 397       s = -1;
 398
 399    if (max_pos == MAX_INTRA)
 400       best = B*ec_dec_bits(dec, LOG_MAX_INTRA);
 401    else
 402       best = B*ec_dec_uint(dec, max_pos);
 403    /*printf ("%d %d ", sign, best);*/
 404
 405    if (K>10)
 406       pred_gain = pg[10];
 407    else
 408       pred_gain = pg[K];
 409    E = EPSILON;
 410    for (c=0;c<B;c++)
 411    {
 412       for (j=0;j<N;j++)
 413       {
 414          P[B*j+c] = s*Y[best+B*(N-j-1)+c];
 415          E = MAC16_16(E, P[B*j+c],P[B*j+c]);
 416       }
 417    }
 418    /*pred_gain = pred_gain/sqrt(E);*/
 419    pred_gain = MULT16_16_Q15(pred_gain,celt_rcp(SHL32(celt_sqrt(E),9)));
 420    for (j=0;j<B*N;j++)
 421       P[j] = PSHR32(MULT16_16(pred_gain, P[j]),8);
 422    if (K==0)
 423    {
 424       for (j=0;j<B*N;j++)
 425          x[j] = P[j];
 426    }
 427 }
 428
 429 void intra_fold(celt_norm_t *x, int N, celt_norm_t *Y, celt_norm_t * restrict P, int B, int N0, int Nmax)
 430 {
 431    int i, j;
 432    celt_word32_t E;
 433    celt_word16_t g;
 434
 435    E = EPSILON;
 436    if (N0 >= (Nmax>>1))
 437    {
 438       for (i=0;i<B;i++)
 439       {
 440          for (j=0;j<N;j++)
 441          {
 442             P[j*B+i] = Y[(Nmax-N0-j-1)*B+i];
 443             E += P[j*B+i]*P[j*B+i];
 444          }
 445       }
 446    } else {
 447       for (j=0;j<B*N;j++)
 448       {
 449          P[j] = Y[j];
 450          E = MAC16_16(E, P[j],P[j]);
 451       }
 452    }
 453    g = celt_rcp(SHL32(celt_sqrt(E),9));
 454    for (j=0;j<B*N;j++)
 455       P[j] = PSHR32(MULT16_16(g, P[j]),8);
 456    for (j=0;j<B*N;j++)
 457       x[j] = P[j];
 458 }
 459