Squashed commit of the following:
[opus.git] / libcelt / rate.c
index 886b41c..9763b6f 100644 (file)
@@ -1,5 +1,6 @@
-/* (C) 2007-2008 Jean-Marc Valin, CSIRO
-*/
+/* Copyright (c) 2007-2008 CSIRO
+   Copyright (c) 2007-2009 Xiph.Org Foundation
+   Written by Jean-Marc Valin */
 /*
    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
    modification, are permitted provided that the following conditions
 
 #ifndef STATIC_MODES
 
-celt_int16_t **compute_alloc_cache(CELTMode *m, int C)
+/*Determines if V(N,K) fits in a 32-bit unsigned integer.
+  N and K are themselves limited to 15 bits.*/
+static int fits_in32(int _n, int _k)
 {
-   int i, prevN;
-   celt_int16_t **bits;
-   const celt_int16_t *eBands = m->eBands;
+   static const celt_int16 maxN[15] = {
+      32767, 32767, 32767, 1476, 283, 109,  60,  40,
+       29,  24,  20,  18,  16,  14,  13};
+   static const celt_int16 maxK[15] = {
+      32767, 32767, 32767, 32767, 1172, 238,  95,  53,
+       36,  27,  22,  18,  16,  15,  13};
+   if (_n>=14)
+   {
+      if (_k>=14)
+         return 0;
+      else
+         return _n <= maxN[_k];
+   } else {
+      return _k <= maxK[_n];
+   }
+}
 
-   bits = celt_alloc(m->nbEBands*sizeof(celt_int16_t*));
-   
-   prevN = -1;
-   for (i=0;i<m->nbEBands;i++)
+void compute_pulse_cache(CELTMode *m, int LM)
+{
+   int i;
+   int curr=0;
+   int nbEntries=0;
+   int entryN[100], entryK[100], entryI[100];
+   const celt_int16 *eBands = m->eBands;
+   PulseCache *cache = &m->cache;
+   celt_int16 *cindex;
+   unsigned char *bits;
+
+   cindex = celt_alloc(sizeof(cache->index[0])*m->nbEBands*(LM+2));
+   cache->index = cindex;
+
+   /* Scan for all unique band sizes */
+   for (i=0;i<=LM+1;i++)
    {
-      int N = C*(eBands[i+1]-eBands[i]);
-      if (N == prevN && eBands[i] < m->pitchEnd)
+      int j;
+      for (j=0;j<m->nbEBands;j++)
       {
-         bits[i] = bits[i-1];
-      } else {
-         int j;
-         /* FIXME: We could save memory here */
-         bits[i] = celt_alloc(MAX_PULSES*sizeof(celt_int16_t));
-         for (j=0;j<MAX_PULSES;j++)
+         int k;
+         int N = (eBands[j+1]-eBands[j])<<i>>1;
+         cindex[i*m->nbEBands+j] = -1;
+         /* Find other bands that have the same size */
+         for (k=0;k<=i;k++)
          {
-            int pulses = j;
-            /* For bands where there's no pitch, id 1 corresponds to intra prediction 
-            with no pulse. id 2 means intra prediction with one pulse, and so on.*/
-            bits[i][j] = get_required_bits(N, pulses, BITRES);
+            int n;
+            for (n=0;n<m->nbEBands && (k!=i || n<j);n++)
+            {
+               if (N == (eBands[n+1]-eBands[n])<<k>>1)
+               {
+                  cindex[i*m->nbEBands+j] = cindex[k*m->nbEBands+n];
+                  break;
+               }
+            }
+         }
+         if (cache->index[i*m->nbEBands+j] == -1 && N!=0)
+         {
+            int K;
+            entryN[nbEntries] = N;
+            K = 0;
+            while (fits_in32(N,get_pulses(K+1)) && K<MAX_PSEUDO)
+               K++;
+            entryK[nbEntries] = K;
+            cindex[i*m->nbEBands+j] = curr;
+            entryI[nbEntries] = curr;
+
+            curr += K+1;
+            nbEntries++;
          }
-         for (;j<MAX_PULSES;j++)
-            bits[i][j] = BITOVERFLOW;
-         prevN = N;
       }
    }
-   return bits;
+   bits = celt_alloc(sizeof(unsigned char)*curr);
+   cache->bits = bits;
+   cache->size = curr;
+   /* Compute the cache for all unique sizes */
+   for (i=0;i<nbEntries;i++)
+   {
+      int j;
+      unsigned char *ptr = bits+entryI[i];
+      celt_int16 tmp[MAX_PULSES+1];
+      get_required_bits(tmp, entryN[i], get_pulses(entryK[i]), BITRES);
+      for (j=1;j<=entryK[i];j++)
+         ptr[j] = tmp[get_pulses(j)]-1;
+      ptr[0] = entryK[i];
+   }
 }
 
 #endif /* !STATIC_MODES */
 
 
+#define ALLOC_STEPS 6
 
-static int interp_bits2pulses(const CELTMode *m, const celt_int16_t * const *cache, int *bits1, int *bits2, int *ebits1, int *ebits2, int total, int *pulses, int *bits, int *ebits, int len)
+static inline int interp_bits2pulses(const CELTMode *m, int start, int end, int *bits1, int *bits2, int total, int *bits, int *ebits, int *fine_priority, int len, int _C, int LM)
 {
-   int esum, psum;
+   int psum;
    int lo, hi;
-   int j;
-   const int C = CHANNELS(m);
+   int i, j;
+   int logM;
+   const int C = CHANNELS(_C);
+   int codedBands=-1;
+   VARDECL(int, thresh);
    SAVE_STACK;
+
+   ALLOC(thresh, len, int);
+
+   /* Threshold: don't allow any band to go below 3/8 bit/sample */
+   for (j=start;j<end;j++)
+      thresh[j] = 3*(C*(m->eBands[j+1]-m->eBands[j])<<LM<<BITRES)>>3;
+   logM = LM<<BITRES;
    lo = 0;
-   hi = 1<<BITRES;
-   while (hi-lo != 1)
+   hi = 1<<ALLOC_STEPS;
+   for (i=0;i<ALLOC_STEPS;i++)
    {
       int mid = (lo+hi)>>1;
       psum = 0;
-      esum = 0;
-      for (j=0;j<len;j++)
+      for (j=start;j<end;j++)
       {
-         esum += (((1<<BITRES)-mid)*ebits1[j] + mid*ebits2[j] + (1<<(BITRES-1)))>>BITRES;
-         psum += ((1<<BITRES)-mid)*bits1[j] + mid*bits2[j];
+         int tmp = bits1[j] + (mid*bits2[j]>>ALLOC_STEPS);
+         if (tmp >= thresh[j])
+            psum += tmp;
+         else if (tmp >= 1<<BITRES)
+            psum += 1<<BITRES;
       }
-      if (psum > (total-C*esum)<<BITRES)
+      if (psum > (total<<BITRES))
          hi = mid;
       else
          lo = mid;
    }
-   esum = 0;
    psum = 0;
    /*printf ("interp bisection gave %d\n", lo);*/
-   for (j=0;j<len;j++)
+   for (j=start;j<end;j++)
    {
-      ebits[j] = (((1<<BITRES)-lo)*ebits1[j] + lo*ebits2[j] + (1<<(BITRES-1)))>>BITRES;
-      esum += ebits[j];
-   }
-   for (j=0;j<len;j++)
-   {
-      bits[j] = ((1<<BITRES)-lo)*bits1[j] + lo*bits2[j];
+      int tmp = bits1[j] + (lo*bits2[j]>>ALLOC_STEPS);
+      if (tmp >= thresh[j])
+      {
+         bits[j] = tmp;
+         codedBands = j;
+      } else if (tmp >= 1<<BITRES)
+         bits[j] = 1<<BITRES;
+      else
+         bits[j] = 0;
       psum += bits[j];
    }
+   codedBands++;
    /* Allocate the remaining bits */
-   {
+   if (codedBands) {
       int left, perband;
-      left = ((total-C*esum)<<BITRES)-psum;
-      perband = left/len;
-      for (j=0;j<len;j++)
+      left = (total<<BITRES)-psum;
+      perband = left/(codedBands-start);
+      for (j=start;j<codedBands;j++)
          bits[j] += perband;
-      left = left-len*perband;
-      for (j=0;j<left;j++)
+      left = left-codedBands*perband;
+      for (j=start;j<start+left;j++)
          bits[j]++;
    }
+   for (j=start;j<end;j++)
+   {
+      int N0, N, den;
+      int offset;
+      int NClogN;
+
+      N0 = m->eBands[j+1]-m->eBands[j];
+      N=N0<<LM;
+      NClogN = N*C*(m->logN[j] + logM);
+
+      /* Compensate for the extra DoF in stereo */
+      den=(C*N+ ((C==2 && N>2) ? 1 : 0));
+
+      /* Offset for the number of fine bits by log2(N)/2 + FINE_OFFSET
+         compared to their "fair share" of total/N */
+      offset = (NClogN>>1)-N*C*FINE_OFFSET;
+
+      /* N=2 is the only point that doesn't match the curve */
+      if (N==2)
+         offset += N*C<<BITRES>>2;
+
+      /* Changing the offset for allocating the second and third fine energy bit */
+      if (bits[j] + offset < den*2<<BITRES)
+         offset += NClogN>>2;
+      else if (bits[j] + offset < den*3<<BITRES)
+         offset += NClogN>>3;
+
+      /* Divide with rounding */
+      ebits[j] = (bits[j] + offset + (den<<(BITRES-1))) / (den<<BITRES);
+
+      /* If we rounded down, make it a candidate for final fine energy pass */
+      fine_priority[j] = ebits[j]*(den<<BITRES) >= bits[j]+offset;
+
+      /* For N=1, all bits go to fine energy except for a single sign bit */
+      if (N==1)
+         ebits[j] = (bits[j]/C >> BITRES)-1;
+      /* Make sure the first bit is spent on fine energy */
+      if (ebits[j] < 1)
+         ebits[j] = 1;
+
+      /* Make sure not to bust */
+      if (C*ebits[j] > (bits[j]>>BITRES))
+         ebits[j] = bits[j]/C >> BITRES;
+
+      /* More than that is useless because that's about as far as PVQ can go */
+      if (ebits[j]>7)
+         ebits[j]=7;
+
+      /* The other bits are assigned to PVQ */
+      bits[j] -= C*ebits[j]<<BITRES;
+      if (bits[j] < 0)
+         bits[j] = 0;
+   }
    RESTORE_STACK;
-   return (total-C*esum)<<BITRES;
+   return codedBands;
 }
 
-void compute_allocation(const CELTMode *m, int *offsets, const int *stereo_mode, int total, int *pulses, int *ebits)
+int compute_allocation(const CELTMode *m, int start, int end, int *offsets, int alloc_trim,
+      int total, int *pulses, int *ebits, int *fine_priority, int _C, int LM)
 {
-   int lo, hi, len, i, j;
-   int remaining_bits;
-   VARDECL(int, bits);
+   int lo, hi, len, j;
+   const int C = CHANNELS(_C);
+   int codedBands;
    VARDECL(int, bits1);
    VARDECL(int, bits2);
-   VARDECL(int, ebits1);
-   VARDECL(int, ebits2);
-   VARDECL(const celt_int16_t*, cache);
-   const int C = CHANNELS(m);
+   VARDECL(int, thresh);
+   VARDECL(int, trim_offset);
    SAVE_STACK;
    
    len = m->nbEBands;
-   ALLOC(bits, len, int);
    ALLOC(bits1, len, int);
    ALLOC(bits2, len, int);
-   ALLOC(ebits1, len, int);
-   ALLOC(ebits2, len, int);
-   ALLOC(cache, len, const celt_int16_t*);
-   
-   if (m->nbChannels==2)
-   {
-      for (i=0;i<len;i++)
-      {
-         if (stereo_mode[i]==0)
-            cache[i] = m->bits_stereo[i];
-         else
-            cache[i] = m->bits[i];
-      }
-   } else {
-      for (i=0;i<len;i++)
-         cache[i] = m->bits[i];
-   }
-   
+   ALLOC(thresh, len, int);
+   ALLOC(trim_offset, len, int);
+
+   /* Below this threshold, we don't allocate any PVQ bits */
+   for (j=start;j<end;j++)
+      thresh[j] = 3*(C*(m->eBands[j+1]-m->eBands[j])<<LM<<BITRES)>>3;
+   /* Tilt of the allocation curve */
+   for (j=start;j<end;j++)
+      trim_offset[j] = C*(m->eBands[j+1]-m->eBands[j])*(2*alloc_trim-7)*(m->nbEBands-j-1)
+            <<(LM+BITRES)>>6;
+
    lo = 0;
    hi = m->nbAllocVectors - 1;
    while (hi-lo != 1)
    {
       int psum = 0;
       int mid = (lo+hi) >> 1;
-      for (j=0;j<len;j++)
+      for (j=start;j<end;j++)
       {
-         bits1[j] = (m->allocVectors[mid*len+j] + offsets[j])<<BITRES;
+         int N = m->eBands[j+1]-m->eBands[j];
+         bits1[j] = C*N*m->allocVectors[mid*len+j]<<LM>>2;
+         if (bits1[j] > 0)
+            bits1[j] += trim_offset[j];
          if (bits1[j] < 0)
             bits1[j] = 0;
-         psum += bits1[j];
+         bits1[j] += offsets[j];
+         if (bits1[j] >= thresh[j])
+            psum += bits1[j];
+         else if (bits1[j] >= 1<<BITRES)
+            psum += 1<<BITRES;
+
          /*printf ("%d ", bits[j]);*/
       }
       /*printf ("\n");*/
-      if (psum > (total-C*m->energy_alloc[mid*(len+1)+len])<<BITRES)
+      if (psum > (total<<BITRES))
          hi = mid;
       else
          lo = mid;
       /*printf ("lo = %d, hi = %d\n", lo, hi);*/
    }
    /*printf ("interp between %d and %d\n", lo, hi);*/
-   for (j=0;j<len;j++)
+   for (j=start;j<end;j++)
    {
-      ebits1[j] = m->energy_alloc[lo*(len+1)+j];
-      ebits2[j] = m->energy_alloc[hi*(len+1)+j];
-      bits1[j] = m->allocVectors[lo*len+j] + offsets[j];
-      bits2[j] = m->allocVectors[hi*len+j] + offsets[j];
+      int N = m->eBands[j+1]-m->eBands[j];
+      bits1[j] = (C*N*m->allocVectors[lo*len+j]<<LM>>2);
+      bits2[j] = (C*N*m->allocVectors[hi*len+j]<<LM>>2) - bits1[j];
+      if (bits1[j] > 0)
+         bits1[j] += trim_offset[j];
       if (bits1[j] < 0)
          bits1[j] = 0;
-      if (bits2[j] < 0)
-         bits2[j] = 0;
+      bits1[j] += offsets[j];
    }
-#if 0
-   remaining_bits = interp_bits2pulses(m, cache, bits1, bits2, ebits1, ebits2, total, pulses, bits, ebits, len);
-   {
-      int balance = 0;
-      for (i=0;i<len;i++)
-      {
-         int P, curr_balance, curr_bits;
-         curr_balance = (len-i);
-         if (curr_balance > 3)
-               curr_balance = 3;
-         curr_balance = balance / curr_balance;
-         P = bits2pulses(m, cache[i], bits[i]+curr_balance);
-         curr_bits = cache[i][P];
-         remaining_bits -= curr_bits;
-         if (remaining_bits < 0)
-         {
-            P--;
-            remaining_bits -= curr_bits;
-            curr_bits = cache[i][P];
-            remaining_bits += curr_bits;
-         }
-         balance += bits[i] - curr_bits;
-         pulses[i] = P;
-         printf ("%d ", P);
-      }
-      printf ("\n");
-   }
-#else
-   remaining_bits = interp_bits2pulses(m, cache, bits1, bits2, ebits1, ebits2, total, bits, pulses, ebits, len);
-#endif
+   codedBands = interp_bits2pulses(m, start, end, bits1, bits2, total, pulses, ebits, fine_priority, len, C, LM);
    RESTORE_STACK;
+   return codedBands;
 }