fixed-point: playing it safe. SHL32() now automatically casts input to 32-bit
[opus.git] / libcelt / vq.c
index f9b529b..440da81 100644 (file)
 #include "config.h"
 #endif
 
-#include <math.h>
-#include <stdlib.h>
 #include "mathops.h"
 #include "cwrs.h"
 #include "vq.h"
 #include "arch.h"
 #include "os_support.h"
 
-/* Enable this or define your own implementation if you want to speed up the
-   VQ search (used in inner loop only) */
-#if 0
-#include <xmmintrin.h>
-static inline float approx_sqrt(float x)
-{
-   _mm_store_ss(&x, _mm_sqrt_ss(_mm_set_ss(x)));
-   return x;
-}
-static inline float approx_inv(float x)
-{
-   _mm_store_ss(&x, _mm_rcp_ss(_mm_set_ss(x)));
-   return x;
-}
-#else
-#define approx_sqrt(x) (sqrt(x))
-#define approx_inv(x) (1.f/(x))
-#endif
-
 /** Takes the pitch vector and the decoded residual vector (non-compressed), 
    applies the compression in the pitch direction, computes the gain that will
    give ||p+g*y||=1 and mixes the residual with the pitch. */
-static void mix_pitch_and_residual(int *iy, celt_norm_t *X, int N, int K, celt_norm_t *P, celt_word16_t alpha)
+static void mix_pitch_and_residual(int *iy, celt_norm_t *X, int N, int K, const celt_norm_t *P, celt_word16_t alpha)
 {
    int i;
    celt_word32_t Ryp, Ryy, Rpp;
    celt_word32_t g;
-   VARDECL(celt_norm_t *y);
+   VARDECL(celt_norm_t, y);
+#ifdef FIXED_POINT
+   int yshift;
+#endif
    SAVE_STACK;
 #ifdef FIXED_POINT
-   int yshift = 14-EC_ILOG(K);
+   yshift = 14-EC_ILOG(K);
 #endif
    ALLOC(y, N, celt_norm_t);
 
@@ -101,10 +83,14 @@ static void mix_pitch_and_residual(int *iy, celt_norm_t *X, int N, int K, celt_n
       Ryy = MAC16_16(Ryy, y[i],y[i]);
 
    /* g = (sqrt(Ryp^2 + Ryy - Rpp*Ryy)-Ryp)/Ryy */
-   g = DIV32(SHL32(celt_sqrt(MULT16_16(ROUND(Ryp,14),ROUND(Ryp,14)) + Ryy - MULT16_16(ROUND(Ryy,14),ROUND(Rpp,14))) - ROUND(Ryp,14),14),ROUND(Ryy,14));
+   g = MULT16_32_Q15(
+            celt_sqrt(MULT16_16(ROUND(Ryp,14),ROUND(Ryp,14)) + Ryy -
+                      MULT16_16(ROUND(Ryy,14),ROUND(Rpp,14)))
+            - ROUND(Ryp,14),
+       celt_rcp(SHR32(Ryy,9)));
 
    for (i=0;i<N;i++)
-      X[i] = P[i] + MULT16_32_Q14(y[i], g);
+      X[i] = P[i] + ROUND(MULT16_16(y[i], g),11);
    RESTORE_STACK;
 }
 
@@ -119,24 +105,24 @@ struct NBest {
    celt_word32_t yp;
 };
 
-void alg_quant(celt_norm_t *X, celt_mask_t *W, int N, int K, celt_norm_t *P, celt_word16_t alpha, ec_enc *enc)
+void alg_quant(celt_norm_t *X, celt_mask_t *W, int N, int K, const celt_norm_t *P, celt_word16_t alpha, ec_enc *enc)
 {
    int L = 3;
-   VARDECL(celt_norm_t *_y);
-   VARDECL(celt_norm_t *_ny);
-   VARDECL(int *_iy);
-   VARDECL(int *_iny);
-   VARDECL(celt_norm_t **y);
-   VARDECL(celt_norm_t **ny);
-   VARDECL(int **iy);
-   VARDECL(int **iny);
+   VARDECL(celt_norm_t_y);
+   VARDECL(celt_norm_t_ny);
+   VARDECL(int_iy);
+   VARDECL(int_iny);
+   VARDECL(celt_norm_t *y);
+   VARDECL(celt_norm_t *ny);
+   VARDECL(int *iy);
+   VARDECL(int *iny);
    int i, j, k, m;
    int pulsesLeft;
-   VARDECL(celt_word32_t *xy);
-   VARDECL(celt_word32_t *yy);
-   VARDECL(celt_word32_t *yp);
-   VARDECL(struct NBest *_nbest);
-   VARDECL(struct NBest **nbest);
+   VARDECL(celt_word32_txy);
+   VARDECL(celt_word32_tyy);
+   VARDECL(celt_word32_typ);
+   VARDECL(struct NBest_nbest);
+   VARDECL(struct NBest *nbest);
    celt_word32_t Rpp=0, Rxp=0;
    int maxL = 1;
 #ifdef FIXED_POINT
@@ -234,25 +220,27 @@ void alg_quant(celt_norm_t *X, celt_mask_t *W, int N, int K, celt_norm_t *P, cel
                if (iy[m][j]*sign < 0)
                   continue;
 
-               spj = MULT16_16_P14(s, P[j]);
-               aspj = MULT16_16_P15(alpha, spj);
+               spj = MULT16_16_Q14(s, P[j]);
+               aspj = MULT16_16_Q15(alpha, spj);
                /* Updating the sums of the new pulse(s) */
-               Rxy = xy[m] + MULT16_16(s,X[j])     - MULT16_16(MULT16_16_P15(alpha,spj),Rxp);
+               Rxy = xy[m] + MULT16_16(s,X[j])     - MULT16_16(MULT16_16_Q15(alpha,spj),Rxp);
                Ryy = yy[m] + 2*MULT16_16(s,y[m][j]) + MULT16_16(s,s)   +MULT16_16(aspj,MULT16_16_Q14(aspj,Rpp)) - 2*MULT16_32_Q14(aspj,yp[m]) - 2*MULT16_16(s,MULT16_16_Q14(aspj,P[j]));
                Ryp = yp[m] + MULT16_16(spj, SUB16(QCONST16(1.f,14),MULT16_16_Q15(alpha,Rpp)));
                
                /* Compute the gain such that ||p + g*y|| = 1 */
-               g = DIV32(SHL32(celt_sqrt(MULT16_16(ROUND(Ryp,14),ROUND(Ryp,14)) + Ryy - MULT16_16(ROUND(Ryy,14),Rpp)) - ROUND(Ryp,14),14),ROUND(Ryy,14));
-               //g *= NORM_SCALING_1;
-               /* Knowing that gain, what the error: (x-g*y)^2 
+               g = MULT16_32_Q15(
+                        celt_sqrt(MULT16_16(ROUND(Ryp,14),ROUND(Ryp,14)) + Ryy -
+                                  MULT16_16(ROUND(Ryy,14),Rpp))
+                        - ROUND(Ryp,14),
+                   celt_rcp(SHR32(Ryy,12)));
+               /* Knowing that gain, what's the error: (x-g*y)^2 
                   (result is negated and we discard x^2 because it's constant) */
                /*score = 2.f*g*Rxy - 1.f*g*g*Ryy*NORM_SCALING_1;*/
-               score = 2*MULT16_32_Q14(ROUND(Rxy,14),g) -
-                     MULT16_32_Q14(EXTRACT16(MULT16_32_Q14(ROUND(Ryy,14),g)),g);
+               score = 2*MULT16_32_Q14(ROUND(Rxy,14),g)
+                       - MULT16_32_Q14(EXTRACT16(MULT16_32_Q14(ROUND(Ryy,14),g)),g);
 
                if (score>nbest[Lupdate-1]->score)
                {
-                  int k;
                   int id = Lupdate-1;
                   struct NBest *tmp_best;
 
@@ -356,7 +344,7 @@ void alg_quant(celt_norm_t *X, celt_mask_t *W, int N, int K, celt_norm_t *P, cel
     the final normalised signal in the current band. */
 void alg_unquant(celt_norm_t *X, int N, int K, celt_norm_t *P, celt_word16_t alpha, ec_dec *dec)
 {
-   VARDECL(int *iy);
+   VARDECL(intiy);
    SAVE_STACK;
    ALLOC(iy, N, int);
    decode_pulses(iy, N, K, dec);
@@ -364,8 +352,11 @@ void alg_unquant(celt_norm_t *X, int N, int K, celt_norm_t *P, celt_word16_t alp
    RESTORE_STACK;
 }
 
-
-static const float pg[11] = {1.f, .75f, .65f, 0.6f, 0.6f, .6f, .55f, .55f, .5f, .5f, .5f};
+#ifdef FIXED_POINT
+static const celt_word16_t pg[11] = {32767, 24576, 21299, 19661, 19661, 19661, 18022, 18022, 16384, 16384, 16384};
+#else
+static const celt_word16_t pg[11] = {1.f, .75f, .65f, 0.6f, 0.6f, .6f, .55f, .55f, .5f, .5f, .5f};
+#endif
 
 void intra_prediction(celt_norm_t *x, celt_mask_t *W, int N, int K, celt_norm_t *Y, celt_norm_t *P, int B, int N0, ec_enc *enc)
 {
@@ -375,22 +366,21 @@ void intra_prediction(celt_norm_t *x, celt_mask_t *W, int N, int K, celt_norm_t
    celt_word16_t s = 1;
    int sign;
    celt_word32_t E;
-   float pred_gain;
+   celt_word16_t pred_gain;
    int max_pos = N0-N/B;
    if (max_pos > 32)
       max_pos = 32;
 
    for (i=0;i<max_pos*B;i+=B)
    {
-      int j;
       celt_word32_t xy=0, yy=0;
-      float score;
+      celt_word32_t score;
       for (j=0;j<N;j++)
       {
          xy = MAC16_16(xy, x[j], Y[i+N-j-1]);
          yy = MAC16_16(yy, Y[i+N-j-1], Y[i+N-j-1]);
       }
-      score = 1.f*xy*xy/(.001+yy);
+      score = DIV32(MULT16_16(ROUND(xy,14),ROUND(xy,14)), ROUND(yy,14));
       if (score > best_score)
       {
          best_score = score;
@@ -414,15 +404,16 @@ void intra_prediction(celt_norm_t *x, celt_mask_t *W, int N, int K, celt_norm_t
       pred_gain = pg[10];
    else
       pred_gain = pg[K];
-   E = 1e-10;
+   E = EPSILON;
    for (j=0;j<N;j++)
    {
       P[j] = s*Y[best+N-j-1];
       E = MAC16_16(E, P[j],P[j]);
    }
-   pred_gain = NORM_SCALING*pred_gain/sqrt(E);
+   /*pred_gain = pred_gain/sqrt(E);*/
+   pred_gain = MULT16_16_Q15(pred_gain,DIV32_16(SHL32(EXTEND32(1),14+8),celt_sqrt(E)));
    for (j=0;j<N;j++)
-      P[j] *= pred_gain;
+      P[j] = PSHR32(MULT16_16(pred_gain, P[j]),8);
    if (K>0)
    {
       for (j=0;j<N;j++)
@@ -443,7 +434,7 @@ void intra_unquant(celt_norm_t *x, int N, int K, celt_norm_t *Y, celt_norm_t *P,
    celt_word16_t s;
    int best;
    celt_word32_t E;
-   float pred_gain;
+   celt_word16_t pred_gain;
    int max_pos = N0-N/B;
    if (max_pos > 32)
       max_pos = 32;
@@ -461,15 +452,16 @@ void intra_unquant(celt_norm_t *x, int N, int K, celt_norm_t *Y, celt_norm_t *P,
       pred_gain = pg[10];
    else
       pred_gain = pg[K];
-   E = 1e-10;
+   E = EPSILON;
    for (j=0;j<N;j++)
    {
       P[j] = s*Y[best+N-j-1];
       E = MAC16_16(E, P[j],P[j]);
    }
-   pred_gain = NORM_SCALING*pred_gain/sqrt(E);
+   /*pred_gain = pred_gain/sqrt(E);*/
+   pred_gain = MULT16_16_Q15(pred_gain,DIV32_16(SHL32(EXTEND32(1),14+8),celt_sqrt(E)));
    for (j=0;j<N;j++)
-      P[j] *= pred_gain;
+      P[j] = PSHR32(MULT16_16(pred_gain, P[j]),8);
    if (K==0)
    {
       for (j=0;j<N;j++)
@@ -481,9 +473,9 @@ void intra_fold(celt_norm_t *x, int N, celt_norm_t *Y, celt_norm_t *P, int B, in
 {
    int i, j;
    celt_word32_t E;
-   float g;
+   celt_word16_t g;
    
-   E = 1e-10;
+   E = EPSILON;
    if (N0 >= Nmax/2)
    {
       for (i=0;i<B;i++)
@@ -501,9 +493,9 @@ void intra_fold(celt_norm_t *x, int N, celt_norm_t *Y, celt_norm_t *P, int B, in
          E = MAC16_16(E, P[j],P[j]);
       }
    }
-   g = NORM_SCALING/sqrt(E);
+   g = DIV32_16(SHL32(EXTEND32(1),14+8),celt_sqrt(E));
    for (j=0;j<N;j++)
-      P[j] *= g;
+      P[j] = PSHR32(MULT16_16(g, P[j]),8);
    for (j=0;j<N;j++)
       x[j] = P[j];
 }