Add variable alpha and size of half window for Kaiser-Bessel Derived window
[ffmpeg.git] / libavcodec / mdct.c
1 /*
2  * MDCT/IMDCT transforms
3  * Copyright (c) 2002 Fabrice Bellard.
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 #include "dsputil.h"
22
23 /**
24  * @file mdct.c
25  * MDCT/IMDCT transforms.
26  */
27
28 // Generate a Kaiser-Bessel Derived Window.
29 #define BESSEL_I0_ITER 50 // default: 50 iterations of Bessel I0 approximation
30 void ff_kbd_window_init(float *window, float alpha, int n)
31 {
32    int i, j;
33    double sum = 0.0, bessel, tmp;
34    double local_window[n];
35    double alpha2 = (alpha * M_PI / n) * (alpha * M_PI / n);
36
37    for (i = 0; i < n; i++) {
38        tmp = i * (n - i) * alpha2;
39        bessel = 1.0;
40        for (j = BESSEL_I0_ITER; j > 0; j--)
41            bessel = bessel * tmp / (j * j) + 1;
42        sum += bessel;
43        local_window[i] = sum;
44    }
45
46    sum++;
47    for (i = 0; i < n; i++)
48        window[i] = sqrt(local_window[i] / sum);
49 }
50
51 /**
52  * init MDCT or IMDCT computation.
53  */
54 int ff_mdct_init(MDCTContext *s, int nbits, int inverse)
55 {
56     int n, n4, i;
57     float alpha;
58
59     memset(s, 0, sizeof(*s));
60     n = 1 << nbits;
61     s->nbits = nbits;
62     s->n = n;
63     n4 = n >> 2;
64     s->tcos = av_malloc(n4 * sizeof(FFTSample));
65     if (!s->tcos)
66         goto fail;
67     s->tsin = av_malloc(n4 * sizeof(FFTSample));
68     if (!s->tsin)
69         goto fail;
70
71     for(i=0;i<n4;i++) {
72         alpha = 2 * M_PI * (i + 1.0 / 8.0) / n;
73         s->tcos[i] = -cos(alpha);
74         s->tsin[i] = -sin(alpha);
75     }
76     if (ff_fft_init(&s->fft, s->nbits - 2, inverse) < 0)
77         goto fail;
78     return 0;
79  fail:
80     av_freep(&s->tcos);
81     av_freep(&s->tsin);
82     return -1;
83 }
84
85 /* complex multiplication: p = a * b */
86 #define CMUL(pre, pim, are, aim, bre, bim) \
87 {\
88     float _are = (are);\
89     float _aim = (aim);\
90     float _bre = (bre);\
91     float _bim = (bim);\
92     (pre) = _are * _bre - _aim * _bim;\
93     (pim) = _are * _bim + _aim * _bre;\
94 }
95
96 /**
97  * Compute inverse MDCT of size N = 2^nbits
98  * @param output N samples
99  * @param input N/2 samples
100  * @param tmp N/2 samples
101  */
102 void ff_imdct_calc(MDCTContext *s, FFTSample *output,
103                    const FFTSample *input, FFTSample *tmp)
104 {
105     int k, n8, n4, n2, n, j;
106     const uint16_t *revtab = s->fft.revtab;
107     const FFTSample *tcos = s->tcos;
108     const FFTSample *tsin = s->tsin;
109     const FFTSample *in1, *in2;
110     FFTComplex *z = (FFTComplex *)tmp;
111
112     n = 1 << s->nbits;
113     n2 = n >> 1;
114     n4 = n >> 2;
115     n8 = n >> 3;
116
117     /* pre rotation */
118     in1 = input;
119     in2 = input + n2 - 1;
120     for(k = 0; k < n4; k++) {
121         j=revtab[k];
122         CMUL(z[j].re, z[j].im, *in2, *in1, tcos[k], tsin[k]);
123         in1 += 2;
124         in2 -= 2;
125     }
126     ff_fft_calc(&s->fft, z);
127
128     /* post rotation + reordering */
129     /* XXX: optimize */
130     for(k = 0; k < n4; k++) {
131         CMUL(z[k].re, z[k].im, z[k].re, z[k].im, tcos[k], tsin[k]);
132     }
133     for(k = 0; k < n8; k++) {
134         output[2*k] = -z[n8 + k].im;
135         output[n2-1-2*k] = z[n8 + k].im;
136
137         output[2*k+1] = z[n8-1-k].re;
138         output[n2-1-2*k-1] = -z[n8-1-k].re;
139
140         output[n2 + 2*k]=-z[k+n8].re;
141         output[n-1- 2*k]=-z[k+n8].re;
142
143         output[n2 + 2*k+1]=z[n8-k-1].im;
144         output[n-2 - 2 * k] = z[n8-k-1].im;
145     }
146 }
147
148 /**
149  * Compute MDCT of size N = 2^nbits
150  * @param input N samples
151  * @param out N/2 samples
152  * @param tmp temporary storage of N/2 samples
153  */
154 void ff_mdct_calc(MDCTContext *s, FFTSample *out,
155                   const FFTSample *input, FFTSample *tmp)
156 {
157     int i, j, n, n8, n4, n2, n3;
158     FFTSample re, im, re1, im1;
159     const uint16_t *revtab = s->fft.revtab;
160     const FFTSample *tcos = s->tcos;
161     const FFTSample *tsin = s->tsin;
162     FFTComplex *x = (FFTComplex *)tmp;
163
164     n = 1 << s->nbits;
165     n2 = n >> 1;
166     n4 = n >> 2;
167     n8 = n >> 3;
168     n3 = 3 * n4;
169
170     /* pre rotation */
171     for(i=0;i<n8;i++) {
172         re = -input[2*i+3*n4] - input[n3-1-2*i];
173         im = -input[n4+2*i] + input[n4-1-2*i];
174         j = revtab[i];
175         CMUL(x[j].re, x[j].im, re, im, -tcos[i], tsin[i]);
176
177         re = input[2*i] - input[n2-1-2*i];
178         im = -(input[n2+2*i] + input[n-1-2*i]);
179         j = revtab[n8 + i];
180         CMUL(x[j].re, x[j].im, re, im, -tcos[n8 + i], tsin[n8 + i]);
181     }
182
183     ff_fft_calc(&s->fft, x);
184
185     /* post rotation */
186     for(i=0;i<n4;i++) {
187         re = x[i].re;
188         im = x[i].im;
189         CMUL(re1, im1, re, im, -tsin[i], -tcos[i]);
190         out[2*i] = im1;
191         out[n2-1-2*i] = re1;
192     }
193 }
194
195 void ff_mdct_end(MDCTContext *s)
196 {
197     av_freep(&s->tcos);
198     av_freep(&s->tsin);
199     ff_fft_end(&s->fft);
200 }