SILK update
[opus.git] / silk / stereo_LR_to_MS.c
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26 ***********************************************************************/
27
28 #ifdef HAVE_CONFIG_H
29 #include "config.h"
30 #endif
31
32 #include "main.h"
33
34 /* Convert Left/Right stereo signal to adaptive Mid/Side representation */
35 void silk_stereo_LR_to_MS(
36     stereo_enc_state    *state,                         /* I/O  State                                       */
37     opus_int16           x1[],                           /* I/O  Left input signal, becomes mid signal       */
38     opus_int16           x2[],                           /* I/O  Right input signal, becomes side signal     */
39     opus_int8            ix[ 2 ][ 3 ],                   /* O    Quantization indices                        */
40     opus_int8            *mid_only_flag,                 /* O    Flag: only mid signal coded                 */
41     opus_int32           mid_side_rates_bps[],           /* O    Bitrates for mid and side signals           */
42     opus_int32           total_rate_bps,                 /* I    Total bitrate                               */
43     opus_int             prev_speech_act_Q8,             /* I    Speech activity level in previous frame     */
44     opus_int             toMono,                         /* I    Last frame before a stereo->mono transition */
45     opus_int             fs_kHz,                         /* I    Sample rate (kHz)                           */
46     opus_int             frame_length                    /* I    Number of samples                           */
47 )
48 {
49     opus_int   n, is10msFrame, denom_Q16, delta0_Q13, delta1_Q13;
50     opus_int32 sum, diff, smooth_coef_Q16, pred_Q13[ 2 ], pred0_Q13, pred1_Q13;
51     opus_int32 LP_ratio_Q14, HP_ratio_Q14, frac_Q16, frac_3_Q16, min_mid_rate_bps, width_Q14, w_Q24, deltaw_Q24;
52     opus_int16 side[ MAX_FRAME_LENGTH + 2 ];
53     opus_int16 LP_mid[  MAX_FRAME_LENGTH ], HP_mid[  MAX_FRAME_LENGTH ];
54     opus_int16 LP_side[ MAX_FRAME_LENGTH ], HP_side[ MAX_FRAME_LENGTH ];
55     opus_int16 *mid = &x1[ -2 ];
56
57     /* Convert to basic mid/side signals */
58     for( n = 0; n < frame_length + 2; n++ ) {
59         sum  = x1[ n - 2 ] + (opus_int32)x2[ n - 2 ];
60         diff = x1[ n - 2 ] - (opus_int32)x2[ n - 2 ];
61         mid[  n ] = (opus_int16)silk_RSHIFT_ROUND( sum, 1 );
62         side[ n ] = (opus_int16)silk_SAT16( silk_RSHIFT_ROUND( diff, 1 ) );
63     }
64
65     /* Buffering */
66     silk_memcpy( mid,  state->sMid,  2 * sizeof( opus_int16 ) );
67     silk_memcpy( side, state->sSide, 2 * sizeof( opus_int16 ) );
68     silk_memcpy( state->sMid,  &mid[  frame_length ], 2 * sizeof( opus_int16 ) );
69     silk_memcpy( state->sSide, &side[ frame_length ], 2 * sizeof( opus_int16 ) );
70
71     /* LP and HP filter mid signal */
72     for( n = 0; n < frame_length; n++ ) {
73         sum = silk_RSHIFT_ROUND( silk_ADD_LSHIFT( mid[ n ] + mid[ n + 2 ], mid[ n + 1 ], 1 ), 2 );
74         LP_mid[ n ] = sum;
75         HP_mid[ n ] = mid[ n + 1 ] - sum;
76     }
77
78     /* LP and HP filter side signal */
79     for( n = 0; n < frame_length; n++ ) {
80         sum = silk_RSHIFT_ROUND( silk_ADD_LSHIFT( side[ n ] + side[ n + 2 ], side[ n + 1 ], 1 ), 2 );
81         LP_side[ n ] = sum;
82         HP_side[ n ] = side[ n + 1 ] - sum;
83     }
84
85     /* Find energies and predictors */
86     is10msFrame = frame_length == 10 * fs_kHz;
87     smooth_coef_Q16 = is10msFrame ?
88         SILK_FIX_CONST( STEREO_RATIO_SMOOTH_COEF / 2, 16 ) :
89         SILK_FIX_CONST( STEREO_RATIO_SMOOTH_COEF,     16 );
90     smooth_coef_Q16 = silk_SMULWB( silk_SMULBB( prev_speech_act_Q8 , prev_speech_act_Q8 ), smooth_coef_Q16 );
91
92     pred_Q13[ 0 ] = silk_stereo_find_predictor( &LP_ratio_Q14, LP_mid, LP_side, &state->mid_side_amp_Q0[ 0 ], frame_length, smooth_coef_Q16 );
93     pred_Q13[ 1 ] = silk_stereo_find_predictor( &HP_ratio_Q14, HP_mid, HP_side, &state->mid_side_amp_Q0[ 2 ], frame_length, smooth_coef_Q16 );
94     /* Ratio of the norms of residual and mid signals */
95     frac_Q16 = silk_SMLABB( HP_ratio_Q14, LP_ratio_Q14, 3 );
96     frac_Q16 = silk_min( frac_Q16, SILK_FIX_CONST( 1, 16 ) );
97
98     /* Determine bitrate distribution between mid and side, and possibly reduce stereo width */
99     total_rate_bps -= is10msFrame ? 1200 : 600;      /* Subtract approximate bitrate for coding stereo parameters */
100     if( total_rate_bps < 1 ) {
101         total_rate_bps = 1;
102     }
103     min_mid_rate_bps = silk_SMLABB( 2000, fs_kHz, 900 );
104     silk_assert( min_mid_rate_bps < 32767 );
105     /* Default bitrate distribution: 8 parts for Mid and (5+3*frac) parts for Side. so: mid_rate = ( 8 / ( 13 + 3 * frac ) ) * total_ rate */
106     frac_3_Q16 = silk_MUL( 3, frac_Q16 );
107     mid_side_rates_bps[ 0 ] = silk_DIV32_varQ( total_rate_bps, SILK_FIX_CONST( 8 + 5, 16 ) + frac_3_Q16, 16+3 );
108     /* If Mid bitrate below minimum, reduce stereo width */
109     if( mid_side_rates_bps[ 0 ] < min_mid_rate_bps ) {
110         mid_side_rates_bps[ 0 ] = min_mid_rate_bps;
111         mid_side_rates_bps[ 1 ] = total_rate_bps - mid_side_rates_bps[ 0 ];
112         /* width = 4 * ( 2 * side_rate - min_rate ) / ( ( 1 + 3 * frac ) * min_rate ) */
113         width_Q14 = silk_DIV32_varQ( silk_LSHIFT( mid_side_rates_bps[ 1 ], 1 ) - min_mid_rate_bps,
114             silk_SMULWB( SILK_FIX_CONST( 1, 16 ) + frac_3_Q16, min_mid_rate_bps ), 14+2 );
115         width_Q14 = silk_LIMIT( width_Q14, 0, SILK_FIX_CONST( 1, 14 ) );
116     } else {
117         mid_side_rates_bps[ 1 ] = total_rate_bps - mid_side_rates_bps[ 0 ];
118         width_Q14 = SILK_FIX_CONST( 1, 14 );
119     }
120
121     /* Smoother */
122     state->smth_width_Q14 = (opus_int16)silk_SMLAWB( state->smth_width_Q14, width_Q14 - state->smth_width_Q14, smooth_coef_Q16 );
123
124     /* At very low bitrates or for inputs that are nearly amplitude panned, switch to panned-mono coding */
125     *mid_only_flag = 0;
126     if( toMono ) {
127         /* Last frame before stereo->mono transition; collapse stereo width */
128         width_Q14 = 0;
129         pred_Q13[ 0 ] = 0;
130         pred_Q13[ 1 ] = 0;
131         silk_stereo_quant_pred( pred_Q13, ix );
132     } else if( state->width_prev_Q14 == 0 &&
133         ( 8 * total_rate_bps < 13 * min_mid_rate_bps || silk_SMULWB( frac_Q16, state->smth_width_Q14 ) < SILK_FIX_CONST( 0.05, 14 ) ) )
134     {
135         /* Code as panned-mono; previous frame already had zero width */
136         /* Scale down and quantize predictors */
137         pred_Q13[ 0 ] = silk_RSHIFT( silk_SMULBB( state->smth_width_Q14, pred_Q13[ 0 ] ), 14 );
138         pred_Q13[ 1 ] = silk_RSHIFT( silk_SMULBB( state->smth_width_Q14, pred_Q13[ 1 ] ), 14 );
139         silk_stereo_quant_pred( pred_Q13, ix );
140         /* Collapse stereo width */
141         width_Q14 = 0;
142         pred_Q13[ 0 ] = 0;
143         pred_Q13[ 1 ] = 0;
144         mid_side_rates_bps[ 0 ] = total_rate_bps;
145         mid_side_rates_bps[ 1 ] = 0;
146         *mid_only_flag = 1;
147     } else if( state->width_prev_Q14 != 0 &&
148         ( 8 * total_rate_bps < 11 * min_mid_rate_bps || silk_SMULWB( frac_Q16, state->smth_width_Q14 ) < SILK_FIX_CONST( 0.02, 14 ) ) )
149     {
150         /* Transition to zero-width stereo */
151         /* Scale down and quantize predictors */
152         pred_Q13[ 0 ] = silk_RSHIFT( silk_SMULBB( state->smth_width_Q14, pred_Q13[ 0 ] ), 14 );
153         pred_Q13[ 1 ] = silk_RSHIFT( silk_SMULBB( state->smth_width_Q14, pred_Q13[ 1 ] ), 14 );
154         silk_stereo_quant_pred( pred_Q13, ix );
155         /* Collapse stereo width */
156         width_Q14 = 0;
157         pred_Q13[ 0 ] = 0;
158         pred_Q13[ 1 ] = 0;
159     } else if( state->smth_width_Q14 > SILK_FIX_CONST( 0.95, 14 ) ) {
160         /* Full-width stereo coding */
161         silk_stereo_quant_pred( pred_Q13, ix );
162         width_Q14 = SILK_FIX_CONST( 1, 14 );
163     } else {
164         /* Reduced-width stereo coding; scale down and quantize predictors */
165         pred_Q13[ 0 ] = silk_RSHIFT( silk_SMULBB( state->smth_width_Q14, pred_Q13[ 0 ] ), 14 );
166         pred_Q13[ 1 ] = silk_RSHIFT( silk_SMULBB( state->smth_width_Q14, pred_Q13[ 1 ] ), 14 );
167         silk_stereo_quant_pred( pred_Q13, ix );
168         width_Q14 = state->smth_width_Q14;
169     }
170
171 #if 0
172     DEBUG_STORE_DATA( midside.dat, &mid_side_rates_bps[ 0 ], 8 );
173     DEBUG_STORE_DATA( norms0.pcm, &state->mid_side_amp_Q0[0], 8 );
174     DEBUG_STORE_DATA( norms1.pcm, &state->mid_side_amp_Q0[2], 8 );
175     DEBUG_STORE_DATA( width.pcm, &width_Q14, 4 );
176 #endif
177
178     /* Interpolate predictors and subtract prediction from side channel */
179     pred0_Q13  = -state->pred_prev_Q13[ 0 ];
180     pred1_Q13  = -state->pred_prev_Q13[ 1 ];
181     w_Q24      =  silk_LSHIFT( state->width_prev_Q14, 10 );
182     denom_Q16  = silk_DIV32_16( 1 << 16, STEREO_INTERP_LEN_MS * fs_kHz );
183     delta0_Q13 = -silk_RSHIFT_ROUND( silk_SMULBB( pred_Q13[ 0 ] - state->pred_prev_Q13[ 0 ], denom_Q16 ), 16 );
184     delta1_Q13 = -silk_RSHIFT_ROUND( silk_SMULBB( pred_Q13[ 1 ] - state->pred_prev_Q13[ 1 ], denom_Q16 ), 16 );
185     deltaw_Q24 =  silk_LSHIFT( silk_SMULWB( width_Q14 - state->width_prev_Q14, denom_Q16 ), 10 );
186     for( n = 0; n < STEREO_INTERP_LEN_MS * fs_kHz; n++ ) {
187         pred0_Q13 += delta0_Q13;
188         pred1_Q13 += delta1_Q13;
189         w_Q24   += deltaw_Q24;
190         sum = silk_LSHIFT( silk_ADD_LSHIFT( mid[ n ] + mid[ n + 2 ], mid[ n + 1 ], 1 ), 9 );      /* Q11 */
191         sum = silk_SMLAWB( silk_SMULWB( w_Q24, side[ n + 1 ] ), sum, pred0_Q13 );                 /* Q8  */
192         sum = silk_SMLAWB( sum, silk_LSHIFT( ( opus_int32 )mid[ n + 1 ], 11 ), pred1_Q13 );        /* Q8  */
193         x2[ n - 1 ] = (opus_int16)silk_SAT16( silk_RSHIFT_ROUND( sum, 8 ) );
194     }
195
196     pred0_Q13 = -pred_Q13[ 0 ];
197     pred1_Q13 = -pred_Q13[ 1 ];
198     w_Q24     =  silk_LSHIFT( width_Q14, 10 );
199     for( n = STEREO_INTERP_LEN_MS * fs_kHz; n < frame_length; n++ ) {
200         sum = silk_LSHIFT( silk_ADD_LSHIFT( mid[ n ] + mid[ n + 2 ], mid[ n + 1 ], 1 ), 9 );      /* Q11 */
201         sum = silk_SMLAWB( silk_SMULWB( w_Q24, side[ n + 1 ] ), sum, pred0_Q13 );                 /* Q8  */
202         sum = silk_SMLAWB( sum, silk_LSHIFT( ( opus_int32 )mid[ n + 1 ], 11 ), pred1_Q13 );        /* Q8  */
203         x2[ n - 1 ] = (opus_int16)silk_SAT16( silk_RSHIFT_ROUND( sum, 8 ) );
204     }
205     state->pred_prev_Q13[ 0 ] = (opus_int16)pred_Q13[ 0 ];
206     state->pred_prev_Q13[ 1 ] = (opus_int16)pred_Q13[ 1 ];
207     state->width_prev_Q14     = (opus_int16)width_Q14;
208 }