Rename CONFIG_FFT_FLOAT ---> FFT_FLOAT
[ffmpeg.git] / libavcodec / fft_template.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 Libav.
8  *
9  * Libav 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  * Libav 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 Libav; 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 #include "fft-internal.h"
34
35 /* cos(2*pi*x/n) for 0<=x<=n/4, followed by its reverse */
36 #if !CONFIG_HARDCODED_TABLES
37 COSTABLE(16);
38 COSTABLE(32);
39 COSTABLE(64);
40 COSTABLE(128);
41 COSTABLE(256);
42 COSTABLE(512);
43 COSTABLE(1024);
44 COSTABLE(2048);
45 COSTABLE(4096);
46 COSTABLE(8192);
47 COSTABLE(16384);
48 COSTABLE(32768);
49 COSTABLE(65536);
50 #endif
51 COSTABLE_CONST FFTSample * const FFT_NAME(ff_cos_tabs)[] = {
52     NULL, NULL, NULL, NULL,
53     FFT_NAME(ff_cos_16),
54     FFT_NAME(ff_cos_32),
55     FFT_NAME(ff_cos_64),
56     FFT_NAME(ff_cos_128),
57     FFT_NAME(ff_cos_256),
58     FFT_NAME(ff_cos_512),
59     FFT_NAME(ff_cos_1024),
60     FFT_NAME(ff_cos_2048),
61     FFT_NAME(ff_cos_4096),
62     FFT_NAME(ff_cos_8192),
63     FFT_NAME(ff_cos_16384),
64     FFT_NAME(ff_cos_32768),
65     FFT_NAME(ff_cos_65536),
66 };
67
68 static void fft_permute_c(FFTContext *s, FFTComplex *z);
69 static void fft_calc_c(FFTContext *s, FFTComplex *z);
70
71 static int split_radix_permutation(int i, int n, int inverse)
72 {
73     int m;
74     if(n <= 2) return i&1;
75     m = n >> 1;
76     if(!(i&m))            return split_radix_permutation(i, m, inverse)*2;
77     m >>= 1;
78     if(inverse == !(i&m)) return split_radix_permutation(i, m, inverse)*4 + 1;
79     else                  return split_radix_permutation(i, m, inverse)*4 - 1;
80 }
81
82 av_cold void ff_init_ff_cos_tabs(int index)
83 {
84 #if !CONFIG_HARDCODED_TABLES
85     int i;
86     int m = 1<<index;
87     double freq = 2*M_PI/m;
88     FFTSample *tab = FFT_NAME(ff_cos_tabs)[index];
89     for(i=0; i<=m/4; i++)
90         tab[i] = FIX15(cos(i*freq));
91     for(i=1; i<m/4; i++)
92         tab[m/2-i] = tab[i];
93 #endif
94 }
95
96 static const int avx_tab[] = {
97     0, 4, 1, 5, 8, 12, 9, 13, 2, 6, 3, 7, 10, 14, 11, 15
98 };
99
100 static int is_second_half_of_fft32(int i, int n)
101 {
102     if (n <= 32)
103         return i >= 16;
104     else if (i < n/2)
105         return is_second_half_of_fft32(i, n/2);
106     else if (i < 3*n/4)
107         return is_second_half_of_fft32(i - n/2, n/4);
108     else
109         return is_second_half_of_fft32(i - 3*n/4, n/4);
110 }
111
112 static av_cold void fft_perm_avx(FFTContext *s)
113 {
114     int i;
115     int n = 1 << s->nbits;
116
117     for (i = 0; i < n; i += 16) {
118         int k;
119         if (is_second_half_of_fft32(i, n)) {
120             for (k = 0; k < 16; k++)
121                 s->revtab[-split_radix_permutation(i + k, n, s->inverse) & (n - 1)] =
122                     i + avx_tab[k];
123
124         } else {
125             for (k = 0; k < 16; k++) {
126                 int j = i + k;
127                 j = (j & ~7) | ((j >> 1) & 3) | ((j << 2) & 4);
128                 s->revtab[-split_radix_permutation(i + k, n, s->inverse) & (n - 1)] = j;
129             }
130         }
131     }
132 }
133
134 av_cold int ff_fft_init(FFTContext *s, int nbits, int inverse)
135 {
136     int i, j, n;
137
138     if (nbits < 2 || nbits > 16)
139         goto fail;
140     s->nbits = nbits;
141     n = 1 << nbits;
142
143     s->revtab = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
144     if (!s->revtab)
145         goto fail;
146     s->tmp_buf = av_malloc(n * sizeof(FFTComplex));
147     if (!s->tmp_buf)
148         goto fail;
149     s->inverse = inverse;
150     s->fft_permutation = FF_FFT_PERM_DEFAULT;
151
152     s->fft_permute = fft_permute_c;
153     s->fft_calc    = fft_calc_c;
154 #if CONFIG_MDCT
155     s->imdct_calc  = ff_imdct_calc_c;
156     s->imdct_half  = ff_imdct_half_c;
157     s->mdct_calc   = ff_mdct_calc_c;
158 #endif
159
160 #if FFT_FLOAT
161     if (ARCH_ARM)     ff_fft_init_arm(s);
162     if (ARCH_PPC)     ff_fft_init_ppc(s);
163     if (ARCH_X86)     ff_fft_init_x86(s);
164     if (CONFIG_MDCT)  s->mdct_calcw = s->mdct_calc;
165 #else
166     if (CONFIG_MDCT)  s->mdct_calcw = ff_mdct_calcw_c;
167     if (ARCH_ARM)     ff_fft_fixed_init_arm(s);
168 #endif
169
170     for(j=4; j<=nbits; j++) {
171         ff_init_ff_cos_tabs(j);
172     }
173
174     if (s->fft_permutation == FF_FFT_PERM_AVX) {
175         fft_perm_avx(s);
176     } else {
177         for(i=0; i<n; i++) {
178             int j = i;
179             if (s->fft_permutation == FF_FFT_PERM_SWAP_LSBS)
180                 j = (j&~3) | ((j>>1)&1) | ((j<<1)&2);
181             s->revtab[-split_radix_permutation(i, n, s->inverse) & (n-1)] = j;
182         }
183     }
184
185     return 0;
186  fail:
187     av_freep(&s->revtab);
188     av_freep(&s->tmp_buf);
189     return -1;
190 }
191
192 static void fft_permute_c(FFTContext *s, FFTComplex *z)
193 {
194     int j, np;
195     const uint16_t *revtab = s->revtab;
196     np = 1 << s->nbits;
197     /* TODO: handle split-radix permute in a more optimal way, probably in-place */
198     for(j=0;j<np;j++) s->tmp_buf[revtab[j]] = z[j];
199     memcpy(z, s->tmp_buf, np * sizeof(FFTComplex));
200 }
201
202 av_cold void ff_fft_end(FFTContext *s)
203 {
204     av_freep(&s->revtab);
205     av_freep(&s->tmp_buf);
206 }
207
208 #define BUTTERFLIES(a0,a1,a2,a3) {\
209     BF(t3, t5, t5, t1);\
210     BF(a2.re, a0.re, a0.re, t5);\
211     BF(a3.im, a1.im, a1.im, t3);\
212     BF(t4, t6, t2, t6);\
213     BF(a3.re, a1.re, a1.re, t4);\
214     BF(a2.im, a0.im, a0.im, t6);\
215 }
216
217 // force loading all the inputs before storing any.
218 // this is slightly slower for small data, but avoids store->load aliasing
219 // for addresses separated by large powers of 2.
220 #define BUTTERFLIES_BIG(a0,a1,a2,a3) {\
221     FFTSample r0=a0.re, i0=a0.im, r1=a1.re, i1=a1.im;\
222     BF(t3, t5, t5, t1);\
223     BF(a2.re, a0.re, r0, t5);\
224     BF(a3.im, a1.im, i1, t3);\
225     BF(t4, t6, t2, t6);\
226     BF(a3.re, a1.re, r1, t4);\
227     BF(a2.im, a0.im, i0, t6);\
228 }
229
230 #define TRANSFORM(a0,a1,a2,a3,wre,wim) {\
231     CMUL(t1, t2, a2.re, a2.im, wre, -wim);\
232     CMUL(t5, t6, a3.re, a3.im, wre,  wim);\
233     BUTTERFLIES(a0,a1,a2,a3)\
234 }
235
236 #define TRANSFORM_ZERO(a0,a1,a2,a3) {\
237     t1 = a2.re;\
238     t2 = a2.im;\
239     t5 = a3.re;\
240     t6 = a3.im;\
241     BUTTERFLIES(a0,a1,a2,a3)\
242 }
243
244 /* z[0...8n-1], w[1...2n-1] */
245 #define PASS(name)\
246 static void name(FFTComplex *z, const FFTSample *wre, unsigned int n)\
247 {\
248     FFTDouble t1, t2, t3, t4, t5, t6;\
249     int o1 = 2*n;\
250     int o2 = 4*n;\
251     int o3 = 6*n;\
252     const FFTSample *wim = wre+o1;\
253     n--;\
254 \
255     TRANSFORM_ZERO(z[0],z[o1],z[o2],z[o3]);\
256     TRANSFORM(z[1],z[o1+1],z[o2+1],z[o3+1],wre[1],wim[-1]);\
257     do {\
258         z += 2;\
259         wre += 2;\
260         wim -= 2;\
261         TRANSFORM(z[0],z[o1],z[o2],z[o3],wre[0],wim[0]);\
262         TRANSFORM(z[1],z[o1+1],z[o2+1],z[o3+1],wre[1],wim[-1]);\
263     } while(--n);\
264 }
265
266 PASS(pass)
267 #undef BUTTERFLIES
268 #define BUTTERFLIES BUTTERFLIES_BIG
269 PASS(pass_big)
270
271 #define DECL_FFT(n,n2,n4)\
272 static void fft##n(FFTComplex *z)\
273 {\
274     fft##n2(z);\
275     fft##n4(z+n4*2);\
276     fft##n4(z+n4*3);\
277     pass(z,FFT_NAME(ff_cos_##n),n4/2);\
278 }
279
280 static void fft4(FFTComplex *z)
281 {
282     FFTDouble t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7, t8;
283
284     BF(t3, t1, z[0].re, z[1].re);
285     BF(t8, t6, z[3].re, z[2].re);
286     BF(z[2].re, z[0].re, t1, t6);
287     BF(t4, t2, z[0].im, z[1].im);
288     BF(t7, t5, z[2].im, z[3].im);
289     BF(z[3].im, z[1].im, t4, t8);
290     BF(z[3].re, z[1].re, t3, t7);
291     BF(z[2].im, z[0].im, t2, t5);
292 }
293
294 static void fft8(FFTComplex *z)
295 {
296     FFTDouble t1, t2, t3, t4, t5, t6;
297
298     fft4(z);
299
300     BF(t1, z[5].re, z[4].re, -z[5].re);
301     BF(t2, z[5].im, z[4].im, -z[5].im);
302     BF(t5, z[7].re, z[6].re, -z[7].re);
303     BF(t6, z[7].im, z[6].im, -z[7].im);
304
305     BUTTERFLIES(z[0],z[2],z[4],z[6]);
306     TRANSFORM(z[1],z[3],z[5],z[7],sqrthalf,sqrthalf);
307 }
308
309 #if !CONFIG_SMALL
310 static void fft16(FFTComplex *z)
311 {
312     FFTDouble t1, t2, t3, t4, t5, t6;
313     FFTSample cos_16_1 = FFT_NAME(ff_cos_16)[1];
314     FFTSample cos_16_3 = FFT_NAME(ff_cos_16)[3];
315
316     fft8(z);
317     fft4(z+8);
318     fft4(z+12);
319
320     TRANSFORM_ZERO(z[0],z[4],z[8],z[12]);
321     TRANSFORM(z[2],z[6],z[10],z[14],sqrthalf,sqrthalf);
322     TRANSFORM(z[1],z[5],z[9],z[13],cos_16_1,cos_16_3);
323     TRANSFORM(z[3],z[7],z[11],z[15],cos_16_3,cos_16_1);
324 }
325 #else
326 DECL_FFT(16,8,4)
327 #endif
328 DECL_FFT(32,16,8)
329 DECL_FFT(64,32,16)
330 DECL_FFT(128,64,32)
331 DECL_FFT(256,128,64)
332 DECL_FFT(512,256,128)
333 #if !CONFIG_SMALL
334 #define pass pass_big
335 #endif
336 DECL_FFT(1024,512,256)
337 DECL_FFT(2048,1024,512)
338 DECL_FFT(4096,2048,1024)
339 DECL_FFT(8192,4096,2048)
340 DECL_FFT(16384,8192,4096)
341 DECL_FFT(32768,16384,8192)
342 DECL_FFT(65536,32768,16384)
343
344 static void (* const fft_dispatch[])(FFTComplex*) = {
345     fft4, fft8, fft16, fft32, fft64, fft128, fft256, fft512, fft1024,
346     fft2048, fft4096, fft8192, fft16384, fft32768, fft65536,
347 };
348
349 static void fft_calc_c(FFTContext *s, FFTComplex *z)
350 {
351     fft_dispatch[s->nbits-2](z);
352 }