Merge declaration and initialization of a few vars in compute_lpc_coefs()
[ffmpeg.git] / libavcodec / lpc.c
1 /**
2  * LPC utility code
3  * Copyright (c) 2006  Justin Ruggles <justin.ruggles@gmail.com>
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 #include "libavutil/lls.h"
23 #include "dsputil.h"
24 #include "lpc.h"
25
26
27 /**
28  * Levinson-Durbin recursion.
29  * Produces LPC coefficients from autocorrelation data.
30  */
31 static void compute_lpc_coefs(const double *autoc, int max_order,
32                               double lpc[][MAX_LPC_ORDER], double *ref)
33 {
34     int i, j, i2;
35     double err = autoc[0];
36     double lpc_tmp[MAX_LPC_ORDER];
37
38     for(i=0; i<max_order; i++) {
39         double r = -autoc[i+1];
40         for(j=0; j<i; j++) {
41             r -= lpc_tmp[j] * autoc[i-j];
42         }
43         r /= err;
44         ref[i] = fabs(r);
45
46         err *= 1.0 - (r * r);
47
48         i2 = (i >> 1);
49         lpc_tmp[i] = r;
50         for(j=0; j<i2; j++) {
51             double tmp = lpc_tmp[j];
52             lpc_tmp[j] += r * lpc_tmp[i-1-j];
53             lpc_tmp[i-1-j] += r * tmp;
54         }
55         if(i & 1) {
56             lpc_tmp[j] += lpc_tmp[j] * r;
57         }
58
59         for(j=0; j<=i; j++) {
60             lpc[i][j] = -lpc_tmp[j];
61         }
62     }
63 }
64
65 /**
66  * Quantize LPC coefficients
67  */
68 static void quantize_lpc_coefs(double *lpc_in, int order, int precision,
69                                int32_t *lpc_out, int *shift, int max_shift, int zero_shift)
70 {
71     int i;
72     double cmax, error;
73     int32_t qmax;
74     int sh;
75
76     /* define maximum levels */
77     qmax = (1 << (precision - 1)) - 1;
78
79     /* find maximum coefficient value */
80     cmax = 0.0;
81     for(i=0; i<order; i++) {
82         cmax= FFMAX(cmax, fabs(lpc_in[i]));
83     }
84
85     /* if maximum value quantizes to zero, return all zeros */
86     if(cmax * (1 << max_shift) < 1.0) {
87         *shift = zero_shift;
88         memset(lpc_out, 0, sizeof(int32_t) * order);
89         return;
90     }
91
92     /* calculate level shift which scales max coeff to available bits */
93     sh = max_shift;
94     while((cmax * (1 << sh) > qmax) && (sh > 0)) {
95         sh--;
96     }
97
98     /* since negative shift values are unsupported in decoder, scale down
99        coefficients instead */
100     if(sh == 0 && cmax > qmax) {
101         double scale = ((double)qmax) / cmax;
102         for(i=0; i<order; i++) {
103             lpc_in[i] *= scale;
104         }
105     }
106
107     /* output quantized coefficients and level shift */
108     error=0;
109     for(i=0; i<order; i++) {
110         error += lpc_in[i] * (1 << sh);
111         lpc_out[i] = av_clip(lrintf(error), -qmax, qmax);
112         error -= lpc_out[i];
113     }
114     *shift = sh;
115 }
116
117 static int estimate_best_order(double *ref, int min_order, int max_order)
118 {
119     int i, est;
120
121     est = min_order;
122     for(i=max_order-1; i>=min_order-1; i--) {
123         if(ref[i] > 0.10) {
124             est = i+1;
125             break;
126         }
127     }
128     return est;
129 }
130
131 /**
132  * Calculate LPC coefficients for multiple orders
133  */
134 int ff_lpc_calc_coefs(DSPContext *s,
135                       const int32_t *samples, int blocksize, int min_order,
136                       int max_order, int precision,
137                       int32_t coefs[][MAX_LPC_ORDER], int *shift, int use_lpc,
138                       int omethod, int max_shift, int zero_shift)
139 {
140     double autoc[MAX_LPC_ORDER+1];
141     double ref[MAX_LPC_ORDER];
142     double lpc[MAX_LPC_ORDER][MAX_LPC_ORDER];
143     int i, j, pass;
144     int opt_order;
145
146     assert(max_order >= MIN_LPC_ORDER && max_order <= MAX_LPC_ORDER);
147
148     if(use_lpc == 1){
149         s->flac_compute_autocorr(samples, blocksize, max_order, autoc);
150
151         compute_lpc_coefs(autoc, max_order, lpc, ref);
152     }else{
153         LLSModel m[2];
154         double var[MAX_LPC_ORDER+1], weight;
155
156         for(pass=0; pass<use_lpc-1; pass++){
157             av_init_lls(&m[pass&1], max_order);
158
159             weight=0;
160             for(i=max_order; i<blocksize; i++){
161                 for(j=0; j<=max_order; j++)
162                     var[j]= samples[i-j];
163
164                 if(pass){
165                     double eval, inv, rinv;
166                     eval= av_evaluate_lls(&m[(pass-1)&1], var+1, max_order-1);
167                     eval= (512>>pass) + fabs(eval - var[0]);
168                     inv = 1/eval;
169                     rinv = sqrt(inv);
170                     for(j=0; j<=max_order; j++)
171                         var[j] *= rinv;
172                     weight += inv;
173                 }else
174                     weight++;
175
176                 av_update_lls(&m[pass&1], var, 1.0);
177             }
178             av_solve_lls(&m[pass&1], 0.001, 0);
179         }
180
181         for(i=0; i<max_order; i++){
182             for(j=0; j<max_order; j++)
183                 lpc[i][j]= m[(pass-1)&1].coeff[i][j];
184             ref[i]= sqrt(m[(pass-1)&1].variance[i] / weight) * (blocksize - max_order) / 4000;
185         }
186         for(i=max_order-1; i>0; i--)
187             ref[i] = ref[i-1] - ref[i];
188     }
189     opt_order = max_order;
190
191     if(omethod == ORDER_METHOD_EST) {
192         opt_order = estimate_best_order(ref, min_order, max_order);
193         i = opt_order-1;
194         quantize_lpc_coefs(lpc[i], i+1, precision, coefs[i], &shift[i], max_shift, zero_shift);
195     } else {
196         for(i=min_order-1; i<max_order; i++) {
197             quantize_lpc_coefs(lpc[i], i+1, precision, coefs[i], &shift[i], max_shift, zero_shift);
198         }
199     }
200
201     return opt_order;
202 }