Add the rdft family of transforms (fft/ifft of an all real sequence) to dsputil.
[ffmpeg.git] / libavcodec / rdft.c
1 /*
2  * (I)RDFT transforms
3  * Copyright (c) 2009 Alex Converse <alex dot converse at gmail dot 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 #include <math.h>
22 #include "dsputil.h"
23
24 /**
25  * @file rdft.c
26  * (Inverse) Real Discrete Fourier Transforms.
27  */
28
29 /* sin(2*pi*x/n) for 0<=x<n/4, followed by n/2<=x<3n/4 */
30 DECLARE_ALIGNED_16(FFTSample, ff_sin_16[8]);
31 DECLARE_ALIGNED_16(FFTSample, ff_sin_32[16]);
32 DECLARE_ALIGNED_16(FFTSample, ff_sin_64[32]);
33 DECLARE_ALIGNED_16(FFTSample, ff_sin_128[64]);
34 DECLARE_ALIGNED_16(FFTSample, ff_sin_256[128]);
35 DECLARE_ALIGNED_16(FFTSample, ff_sin_512[256]);
36 DECLARE_ALIGNED_16(FFTSample, ff_sin_1024[512]);
37 DECLARE_ALIGNED_16(FFTSample, ff_sin_2048[1024]);
38 DECLARE_ALIGNED_16(FFTSample, ff_sin_4096[2048]);
39 DECLARE_ALIGNED_16(FFTSample, ff_sin_8192[4096]);
40 DECLARE_ALIGNED_16(FFTSample, ff_sin_16384[8192]);
41 DECLARE_ALIGNED_16(FFTSample, ff_sin_32768[16384]);
42 DECLARE_ALIGNED_16(FFTSample, ff_sin_65536[32768]);
43 FFTSample *ff_sin_tabs[] = {
44     ff_sin_16, ff_sin_32, ff_sin_64, ff_sin_128, ff_sin_256, ff_sin_512, ff_sin_1024,
45     ff_sin_2048, ff_sin_4096, ff_sin_8192, ff_sin_16384, ff_sin_32768, ff_sin_65536,
46 };
47
48 av_cold int ff_rdft_init(RDFTContext *s, int nbits, enum RDFTransformType trans)
49 {
50     int n = 1 << nbits;
51     int i;
52     const double theta = (trans == RDFT || trans == IRIDFT ? -1 : 1)*2*M_PI/n;
53
54     s->nbits           = nbits;
55     s->inverse         = trans == IRDFT || trans == IRIDFT;
56     s->sign_convention = trans == RIDFT || trans == IRIDFT ? 1 : -1;
57
58     if (nbits < 4 || nbits > 16)
59         return -1;
60
61     if (ff_fft_init(&s->fft, nbits-1, trans == IRDFT || trans == RIDFT) < 0)
62         return -1;
63
64     s->tcos = ff_cos_tabs[nbits-4];
65     s->tsin = ff_sin_tabs[nbits-4]+(trans == RDFT || trans == IRIDFT)*(n>>2);
66     for (i = 0; i < (n>>2); i++) {
67         s->tcos[i] = cos(i*theta);
68         s->tsin[i] = sin(i*theta);
69     }
70     return 0;
71 }
72
73 /** Map one real FFT into two parallel real even and odd FFTs. Then interleave
74  * the two real FFTs into one complex FFT. Unmangle the results.
75  * ref: http://www.engineeringproductivitytools.com/stuff/T0001/PT10.HTM
76  */
77 void ff_rdft_calc_c(RDFTContext* s, FFTSample* data)
78 {
79     int i, i1, i2;
80     FFTComplex ev, od;
81     const int n = 1 << s->nbits;
82     const float k1 = 0.5;
83     const float k2 = 0.5 - s->inverse;
84     const FFTSample *tcos = s->tcos;
85     const FFTSample *tsin = s->tsin;
86
87     if (!s->inverse) {
88         ff_fft_permute(&s->fft, (FFTComplex*)data);
89         ff_fft_calc(&s->fft, (FFTComplex*)data);
90     }
91     /* i=0 is a special case because of packing, the DC term is real, so we
92        are going to throw the N/2 term (also real) in with it. */
93     ev.re = data[0];
94     data[0] = ev.re+data[1];
95     data[1] = ev.re-data[1];
96     for (i = 1; i < (n>>2); i++) {
97         i1 = 2*i;
98         i2 = n-i1;
99         /* Separate even and odd FFTs */
100         ev.re =  k1*(data[i1  ]+data[i2  ]);
101         od.im = -k2*(data[i1  ]-data[i2  ]);
102         ev.im =  k1*(data[i1+1]-data[i2+1]);
103         od.re =  k2*(data[i1+1]+data[i2+1]);
104         /* Apply twiddle factors to the odd FFT and add to the even FFT */
105         data[i1  ] =  ev.re + od.re*tcos[i] - od.im*tsin[i];
106         data[i1+1] =  ev.im + od.im*tcos[i] + od.re*tsin[i];
107         data[i2  ] =  ev.re - od.re*tcos[i] + od.im*tsin[i];
108         data[i2+1] = -ev.im + od.im*tcos[i] + od.re*tsin[i];
109     }
110     data[2*i+1]=s->sign_convention*data[2*i+1];
111     if (s->inverse) {
112         data[0] *= k1;
113         data[1] *= k1;
114         ff_fft_permute(&s->fft, (FFTComplex*)data);
115         ff_fft_calc(&s->fft, (FFTComplex*)data);
116     }
117 }
118
119 void ff_rdft_calc(RDFTContext *s, FFTSample *data)
120 {
121     ff_rdft_calc_c(s, data);
122 }
123
124 av_cold void ff_rdft_end(RDFTContext *s)
125 {
126     ff_fft_end(&s->fft);
127 }