Remove vestiges of radix-2 FFT
[ffmpeg.git] / libavcodec / fft.c
1 /*
2  * FFT/IFFT transforms
3  * Copyright (c) 2008 Loren Merritt
4  * Copyright (c) 2002 Fabrice Bellard
5  * Partly based on libdjbfft by D. J. Bernstein
6  *
7  * This file is part of FFmpeg.
8  *
9  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
11  * License as published by the Free Software Foundation; either
12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
13  *
14  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
17  * Lesser General Public License for more details.
18  *
19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
20  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
22  */
23
24 /**
25  * @file
26  * FFT/IFFT transforms.
27  */
28
29 #include <stdlib.h>
30 #include <string.h>
31 #include "libavutil/mathematics.h"
32 #include "fft.h"
33
34 /* cos(2*pi*x/n) for 0<=x<=n/4, followed by its reverse */
35 #if !CONFIG_HARDCODED_TABLES
36 COSTABLE(16);
37 COSTABLE(32);
38 COSTABLE(64);
39 COSTABLE(128);
40 COSTABLE(256);
41 COSTABLE(512);
42 COSTABLE(1024);
43 COSTABLE(2048);
44 COSTABLE(4096);
45 COSTABLE(8192);
46 COSTABLE(16384);
47 COSTABLE(32768);
48 COSTABLE(65536);
49 #endif
50 COSTABLE_CONST FFTSample * const ff_cos_tabs[] = {
51     NULL, NULL, NULL, NULL,
52     ff_cos_16, ff_cos_32, ff_cos_64, ff_cos_128, ff_cos_256, ff_cos_512, ff_cos_1024,
53     ff_cos_2048, ff_cos_4096, ff_cos_8192, ff_cos_16384, ff_cos_32768, ff_cos_65536,
54 };
55
56 static int split_radix_permutation(int i, int n, int inverse)
57 {
58     int m;
59     if(n <= 2) return i&1;
60     m = n >> 1;
61     if(!(i&m))            return split_radix_permutation(i, m, inverse)*2;
62     m >>= 1;
63     if(inverse == !(i&m)) return split_radix_permutation(i, m, inverse)*4 + 1;
64     else                  return split_radix_permutation(i, m, inverse)*4 - 1;
65 }
66
67 av_cold void ff_init_ff_cos_tabs(int index)
68 {
69 #if !CONFIG_HARDCODED_TABLES
70     int i;
71     int m = 1<<index;
72     double freq = 2*M_PI/m;
73     FFTSample *tab = ff_cos_tabs[index];
74     for(i=0; i<=m/4; i++)
75         tab[i] = cos(i*freq);
76     for(i=1; i<m/4; i++)
77         tab[m/2-i] = tab[i];
78 #endif
79 }
80
81 av_cold int ff_fft_init(FFTContext *s, int nbits, int inverse)
82 {
83     int i, j, n;
84
85     if (nbits < 2 || nbits > 16)
86         goto fail;
87     s->nbits = nbits;
88     n = 1 << nbits;
89
90     s->revtab = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
91     if (!s->revtab)
92         goto fail;
93     s->tmp_buf = av_malloc(n * sizeof(FFTComplex));
94     if (!s->tmp_buf)
95         goto fail;
96     s->inverse = inverse;
97
98     s->fft_permute = ff_fft_permute_c;
99     s->fft_calc    = ff_fft_calc_c;
100 #if CONFIG_MDCT
101     s->imdct_calc  = ff_imdct_calc_c;
102     s->imdct_half  = ff_imdct_half_c;
103     s->mdct_calc   = ff_mdct_calc_c;
104 #endif
105
106     if (ARCH_ARM)     ff_fft_init_arm(s);
107     if (HAVE_ALTIVEC) ff_fft_init_altivec(s);
108     if (HAVE_MMX)     ff_fft_init_mmx(s);
109
110         for(j=4; j<=nbits; j++) {
111             ff_init_ff_cos_tabs(j);
112         }
113         for(i=0; i<n; i++)
114             s->revtab[-split_radix_permutation(i, n, s->inverse) & (n-1)] = i;
115
116     return 0;
117  fail:
118     av_freep(&s->revtab);
119     av_freep(&s->tmp_buf);
120     return -1;
121 }
122
123 void ff_fft_permute_c(FFTContext *s, FFTComplex *z)
124 {
125     int j, np;
126     const uint16_t *revtab = s->revtab;
127     np = 1 << s->nbits;
128         /* TODO: handle split-radix permute in a more optimal way, probably in-place */
129         for(j=0;j<np;j++) s->tmp_buf[revtab[j]] = z[j];
130         memcpy(z, s->tmp_buf, np * sizeof(FFTComplex));
131 }
132
133 av_cold void ff_fft_end(FFTContext *s)
134 {
135     av_freep(&s->revtab);
136     av_freep(&s->tmp_buf);
137 }
138
139 #define sqrthalf (float)M_SQRT1_2
140
141 #define BF(x,y,a,b) {\
142     x = a - b;\
143     y = a + b;\
144 }
145
146 #define BUTTERFLIES(a0,a1,a2,a3) {\
147     BF(t3, t5, t5, t1);\
148     BF(a2.re, a0.re, a0.re, t5);\
149     BF(a3.im, a1.im, a1.im, t3);\
150     BF(t4, t6, t2, t6);\
151     BF(a3.re, a1.re, a1.re, t4);\
152     BF(a2.im, a0.im, a0.im, t6);\
153 }
154
155 // force loading all the inputs before storing any.
156 // this is slightly slower for small data, but avoids store->load aliasing
157 // for addresses separated by large powers of 2.
158 #define BUTTERFLIES_BIG(a0,a1,a2,a3) {\
159     FFTSample r0=a0.re, i0=a0.im, r1=a1.re, i1=a1.im;\
160     BF(t3, t5, t5, t1);\
161     BF(a2.re, a0.re, r0, t5);\
162     BF(a3.im, a1.im, i1, t3);\
163     BF(t4, t6, t2, t6);\
164     BF(a3.re, a1.re, r1, t4);\
165     BF(a2.im, a0.im, i0, t6);\
166 }
167
168 #define TRANSFORM(a0,a1,a2,a3,wre,wim) {\
169     t1 = a2.re * wre + a2.im * wim;\
170     t2 = a2.im * wre - a2.re * wim;\
171     t5 = a3.re * wre - a3.im * wim;\
172     t6 = a3.im * wre + a3.re * wim;\
173     BUTTERFLIES(a0,a1,a2,a3)\
174 }
175
176 #define TRANSFORM_ZERO(a0,a1,a2,a3) {\
177     t1 = a2.re;\
178     t2 = a2.im;\
179     t5 = a3.re;\
180     t6 = a3.im;\
181     BUTTERFLIES(a0,a1,a2,a3)\
182 }
183
184 /* z[0...8n-1], w[1...2n-1] */
185 #define PASS(name)\
186 static void name(FFTComplex *z, const FFTSample *wre, unsigned int n)\
187 {\
188     FFTSample t1, t2, t3, t4, t5, t6;\
189     int o1 = 2*n;\
190     int o2 = 4*n;\
191     int o3 = 6*n;\
192     const FFTSample *wim = wre+o1;\
193     n--;\
194 \
195     TRANSFORM_ZERO(z[0],z[o1],z[o2],z[o3]);\
196     TRANSFORM(z[1],z[o1+1],z[o2+1],z[o3+1],wre[1],wim[-1]);\
197     do {\
198         z += 2;\
199         wre += 2;\
200         wim -= 2;\
201         TRANSFORM(z[0],z[o1],z[o2],z[o3],wre[0],wim[0]);\
202         TRANSFORM(z[1],z[o1+1],z[o2+1],z[o3+1],wre[1],wim[-1]);\
203     } while(--n);\
204 }
205
206 PASS(pass)
207 #undef BUTTERFLIES
208 #define BUTTERFLIES BUTTERFLIES_BIG
209 PASS(pass_big)
210
211 #define DECL_FFT(n,n2,n4)\
212 static void fft##n(FFTComplex *z)\
213 {\
214     fft##n2(z);\
215     fft##n4(z+n4*2);\
216     fft##n4(z+n4*3);\
217     pass(z,ff_cos_##n,n4/2);\
218 }
219
220 static void fft4(FFTComplex *z)
221 {
222     FFTSample t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7, t8;
223
224     BF(t3, t1, z[0].re, z[1].re);
225     BF(t8, t6, z[3].re, z[2].re);
226     BF(z[2].re, z[0].re, t1, t6);
227     BF(t4, t2, z[0].im, z[1].im);
228     BF(t7, t5, z[2].im, z[3].im);
229     BF(z[3].im, z[1].im, t4, t8);
230     BF(z[3].re, z[1].re, t3, t7);
231     BF(z[2].im, z[0].im, t2, t5);
232 }
233
234 static void fft8(FFTComplex *z)
235 {
236     FFTSample t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7, t8;
237
238     fft4(z);
239
240     BF(t1, z[5].re, z[4].re, -z[5].re);
241     BF(t2, z[5].im, z[4].im, -z[5].im);
242     BF(t3, z[7].re, z[6].re, -z[7].re);
243     BF(t4, z[7].im, z[6].im, -z[7].im);
244     BF(t8, t1, t3, t1);
245     BF(t7, t2, t2, t4);
246     BF(z[4].re, z[0].re, z[0].re, t1);
247     BF(z[4].im, z[0].im, z[0].im, t2);
248     BF(z[6].re, z[2].re, z[2].re, t7);
249     BF(z[6].im, z[2].im, z[2].im, t8);
250
251     TRANSFORM(z[1],z[3],z[5],z[7],sqrthalf,sqrthalf);
252 }
253
254 #if !CONFIG_SMALL
255 static void fft16(FFTComplex *z)
256 {
257     FFTSample t1, t2, t3, t4, t5, t6;
258
259     fft8(z);
260     fft4(z+8);
261     fft4(z+12);
262
263     TRANSFORM_ZERO(z[0],z[4],z[8],z[12]);
264     TRANSFORM(z[2],z[6],z[10],z[14],sqrthalf,sqrthalf);
265     TRANSFORM(z[1],z[5],z[9],z[13],ff_cos_16[1],ff_cos_16[3]);
266     TRANSFORM(z[3],z[7],z[11],z[15],ff_cos_16[3],ff_cos_16[1]);
267 }
268 #else
269 DECL_FFT(16,8,4)
270 #endif
271 DECL_FFT(32,16,8)
272 DECL_FFT(64,32,16)
273 DECL_FFT(128,64,32)
274 DECL_FFT(256,128,64)
275 DECL_FFT(512,256,128)
276 #if !CONFIG_SMALL
277 #define pass pass_big
278 #endif
279 DECL_FFT(1024,512,256)
280 DECL_FFT(2048,1024,512)
281 DECL_FFT(4096,2048,1024)
282 DECL_FFT(8192,4096,2048)
283 DECL_FFT(16384,8192,4096)
284 DECL_FFT(32768,16384,8192)
285 DECL_FFT(65536,32768,16384)
286
287 static void (* const fft_dispatch[])(FFTComplex*) = {
288     fft4, fft8, fft16, fft32, fft64, fft128, fft256, fft512, fft1024,
289     fft2048, fft4096, fft8192, fft16384, fft32768, fft65536,
290 };
291
292 void ff_fft_calc_c(FFTContext *s, FFTComplex *z)
293 {
294     fft_dispatch[s->nbits-2](z);
295 }
296