Merge remote-tracking branch 'dwbuiten/master'
[ffmpeg.git] / libavcodec / lsp.c
1 /*
2  * LSP routines for ACELP-based codecs
3  *
4  * Copyright (c) 2007 Reynaldo H. Verdejo Pinochet (QCELP decoder)
5  * Copyright (c) 2008 Vladimir Voroshilov
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 #include <inttypes.h>
25
26 #include "avcodec.h"
27 #define FRAC_BITS 14
28 #include "mathops.h"
29 #include "lsp.h"
30 #include "celp_math.h"
31 #include "libavcodec/mips/lsp_mips.h"
32 #include "libavutil/avassert.h"
33
34
35 void ff_acelp_reorder_lsf(int16_t* lsfq, int lsfq_min_distance, int lsfq_min, int lsfq_max, int lp_order)
36 {
37     int i, j;
38
39     /* sort lsfq in ascending order. float bubble agorithm,
40        O(n) if data already sorted, O(n^2) - otherwise */
41     for(i=0; i<lp_order-1; i++)
42         for(j=i; j>=0 && lsfq[j] > lsfq[j+1]; j--)
43             FFSWAP(int16_t, lsfq[j], lsfq[j+1]);
44
45     for(i=0; i<lp_order; i++)
46     {
47         lsfq[i] = FFMAX(lsfq[i], lsfq_min);
48         lsfq_min = lsfq[i] + lsfq_min_distance;
49     }
50     lsfq[lp_order-1] = FFMIN(lsfq[lp_order-1], lsfq_max);//Is warning required ?
51 }
52
53 void ff_set_min_dist_lsf(float *lsf, double min_spacing, int size)
54 {
55     int i;
56     float prev = 0.0;
57     for (i = 0; i < size; i++)
58         prev = lsf[i] = FFMAX(lsf[i], prev + min_spacing);
59 }
60
61 void ff_acelp_lsf2lsp(int16_t *lsp, const int16_t *lsf, int lp_order)
62 {
63     int i;
64
65     /* Convert LSF to LSP, lsp=cos(lsf) */
66     for(i=0; i<lp_order; i++)
67         // 20861 = 2.0 / PI in (0.15)
68         lsp[i] = ff_cos(lsf[i] * 20861 >> 15); // divide by PI and (0,13) -> (0,14)
69 }
70
71 void ff_acelp_lsf2lspd(double *lsp, const float *lsf, int lp_order)
72 {
73     int i;
74
75     for(i = 0; i < lp_order; i++)
76         lsp[i] = cos(2.0 * M_PI * lsf[i]);
77 }
78
79 /**
80  * @brief decodes polynomial coefficients from LSP
81  * @param[out] f decoded polynomial coefficients (-0x20000000 <= (3.22) <= 0x1fffffff)
82  * @param lsp LSP coefficients (-0x8000 <= (0.15) <= 0x7fff)
83  */
84 static void lsp2poly(int* f, const int16_t* lsp, int lp_half_order)
85 {
86     int i, j;
87
88     f[0] = 0x400000;          // 1.0 in (3.22)
89     f[1] = -lsp[0] << 8;      // *2 and (0.15) -> (3.22)
90
91     for(i=2; i<=lp_half_order; i++)
92     {
93         f[i] = f[i-2];
94         for(j=i; j>1; j--)
95             f[j] -= MULL(f[j-1], lsp[2*i-2], FRAC_BITS) - f[j-2];
96
97         f[1] -= lsp[2*i-2] << 8;
98     }
99 }
100
101 void ff_acelp_lsp2lpc(int16_t* lp, const int16_t* lsp, int lp_half_order)
102 {
103     int i;
104     int f1[MAX_LP_HALF_ORDER+1]; // (3.22)
105     int f2[MAX_LP_HALF_ORDER+1]; // (3.22)
106
107     lsp2poly(f1, lsp  , lp_half_order);
108     lsp2poly(f2, lsp+1, lp_half_order);
109
110     /* 3.2.6 of G.729, Equations 25 and  26*/
111     lp[0] = 4096;
112     for(i=1; i<lp_half_order+1; i++)
113     {
114         int ff1 = f1[i] + f1[i-1]; // (3.22)
115         int ff2 = f2[i] - f2[i-1]; // (3.22)
116
117         ff1 += 1 << 10; // for rounding
118         lp[i]    = (ff1 + ff2) >> 11; // divide by 2 and (3.22) -> (3.12)
119         lp[(lp_half_order << 1) + 1 - i] = (ff1 - ff2) >> 11; // divide by 2 and (3.22) -> (3.12)
120     }
121 }
122
123 void ff_amrwb_lsp2lpc(const double *lsp, float *lp, int lp_order)
124 {
125     int lp_half_order = lp_order >> 1;
126     double buf[MAX_LP_HALF_ORDER + 1];
127     double pa[MAX_LP_HALF_ORDER + 1];
128     double *qa = buf + 1;
129     int i,j;
130
131     qa[-1] = 0.0;
132
133     ff_lsp2polyf(lsp    , pa, lp_half_order    );
134     ff_lsp2polyf(lsp + 1, qa, lp_half_order - 1);
135
136     for (i = 1, j = lp_order - 1; i < lp_half_order; i++, j--) {
137         double paf =  pa[i]            * (1 + lsp[lp_order - 1]);
138         double qaf = (qa[i] - qa[i-2]) * (1 - lsp[lp_order - 1]);
139         lp[i-1]  = (paf + qaf) * 0.5;
140         lp[j-1]  = (paf - qaf) * 0.5;
141     }
142
143     lp[lp_half_order - 1] = (1.0 + lsp[lp_order - 1]) *
144         pa[lp_half_order] * 0.5;
145
146     lp[lp_order - 1] = lsp[lp_order - 1];
147 }
148
149 void ff_acelp_lp_decode(int16_t* lp_1st, int16_t* lp_2nd, const int16_t* lsp_2nd, const int16_t* lsp_prev, int lp_order)
150 {
151     int16_t lsp_1st[MAX_LP_ORDER]; // (0.15)
152     int i;
153
154     /* LSP values for first subframe (3.2.5 of G.729, Equation 24)*/
155     for(i=0; i<lp_order; i++)
156 #ifdef G729_BITEXACT
157         lsp_1st[i] = (lsp_2nd[i] >> 1) + (lsp_prev[i] >> 1);
158 #else
159         lsp_1st[i] = (lsp_2nd[i] + lsp_prev[i]) >> 1;
160 #endif
161
162     ff_acelp_lsp2lpc(lp_1st, lsp_1st, lp_order >> 1);
163
164     /* LSP values for second subframe (3.2.5 of G.729)*/
165     ff_acelp_lsp2lpc(lp_2nd, lsp_2nd, lp_order >> 1);
166 }
167
168 #ifndef ff_lsp2polyf
169 void ff_lsp2polyf(const double *lsp, double *f, int lp_half_order)
170 {
171     int i, j;
172
173     f[0] = 1.0;
174     f[1] = -2 * lsp[0];
175     lsp -= 2;
176     for(i=2; i<=lp_half_order; i++)
177     {
178         double val = -2 * lsp[2*i];
179         f[i] = val * f[i-1] + 2*f[i-2];
180         for(j=i-1; j>1; j--)
181             f[j] += f[j-1] * val + f[j-2];
182         f[1] += val;
183     }
184 }
185 #endif /* ff_lsp2polyf */
186
187 void ff_acelp_lspd2lpc(const double *lsp, float *lpc, int lp_half_order)
188 {
189     double pa[MAX_LP_HALF_ORDER+1], qa[MAX_LP_HALF_ORDER+1];
190     float *lpc2 = lpc + (lp_half_order << 1) - 1;
191
192     av_assert2(lp_half_order <= MAX_LP_HALF_ORDER);
193
194     ff_lsp2polyf(lsp,     pa, lp_half_order);
195     ff_lsp2polyf(lsp + 1, qa, lp_half_order);
196
197     while (lp_half_order--) {
198         double paf = pa[lp_half_order+1] + pa[lp_half_order];
199         double qaf = qa[lp_half_order+1] - qa[lp_half_order];
200
201         lpc [ lp_half_order] = 0.5*(paf+qaf);
202         lpc2[-lp_half_order] = 0.5*(paf-qaf);
203     }
204 }
205
206 void ff_sort_nearly_sorted_floats(float *vals, int len)
207 {
208     int i,j;
209
210     for (i = 0; i < len - 1; i++)
211         for (j = i; j >= 0 && vals[j] > vals[j+1]; j--)
212             FFSWAP(float, vals[j], vals[j+1]);
213 }