* add support for liba52
[ffmpeg.git] / libavcodec / liba52 / imdct.c
1 /*
2  * imdct.c
3  * Copyright (C) 2000-2002 Michel Lespinasse <walken@zoy.org>
4  * Copyright (C) 1999-2000 Aaron Holtzman <aholtzma@ess.engr.uvic.ca>
5  *
6  * The ifft algorithms in this file have been largely inspired by Dan
7  * Bernstein's work, djbfft, available at http://cr.yp.to/djbfft.html
8  *
9  * This file is part of a52dec, a free ATSC A-52 stream decoder.
10  * See http://liba52.sourceforge.net/ for updates.
11  *
12  * a52dec is free software; you can redistribute it and/or modify
13  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
14  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
15  * (at your option) any later version.
16  *
17  * a52dec is distributed in the hope that it will be useful,
18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
20  * GNU General Public License for more details.
21  *
22  * You should have received a copy of the GNU General Public License
23  * along with this program; if not, write to the Free Software
24  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
25  */
26
27 #include "config.h"
28
29 #include <math.h>
30 #include <stdio.h>
31 #ifdef LIBA52_DJBFFT
32 #include <fftc4.h>
33 #endif
34 #ifndef M_PI
35 #define M_PI 3.1415926535897932384626433832795029
36 #endif
37 #include <inttypes.h>
38
39 #include "a52.h"
40 #include "a52_internal.h"
41 #include "mm_accel.h"
42
43 typedef struct complex_s {
44     sample_t real;
45     sample_t imag;
46 } complex_t;
47
48 static complex_t buf[128];
49
50 static uint8_t fftorder[] = {
51       0,128, 64,192, 32,160,224, 96, 16,144, 80,208,240,112, 48,176,
52       8,136, 72,200, 40,168,232,104,248,120, 56,184, 24,152,216, 88,
53       4,132, 68,196, 36,164,228,100, 20,148, 84,212,244,116, 52,180,
54     252,124, 60,188, 28,156,220, 92, 12,140, 76,204,236,108, 44,172,
55       2,130, 66,194, 34,162,226, 98, 18,146, 82,210,242,114, 50,178,
56      10,138, 74,202, 42,170,234,106,250,122, 58,186, 26,154,218, 90,
57     254,126, 62,190, 30,158,222, 94, 14,142, 78,206,238,110, 46,174,
58       6,134, 70,198, 38,166,230,102,246,118, 54,182, 22,150,214, 86
59 };
60
61 /* Root values for IFFT */
62 static sample_t roots16[3];
63 static sample_t roots32[7];
64 static sample_t roots64[15];
65 static sample_t roots128[31];
66
67 /* Twiddle factors for IMDCT */
68 static complex_t pre1[128];
69 static complex_t post1[64];
70 static complex_t pre2[64];
71 static complex_t post2[32];
72
73 static sample_t a52_imdct_window[256];
74
75 static void (* ifft128) (complex_t * buf);
76 static void (* ifft64) (complex_t * buf);
77
78 static inline void ifft2 (complex_t * buf)
79 {
80     double r, i;
81
82     r = buf[0].real;
83     i = buf[0].imag;
84     buf[0].real += buf[1].real;
85     buf[0].imag += buf[1].imag;
86     buf[1].real = r - buf[1].real;
87     buf[1].imag = i - buf[1].imag;
88 }
89
90 static inline void ifft4 (complex_t * buf)
91 {
92     double tmp1, tmp2, tmp3, tmp4, tmp5, tmp6, tmp7, tmp8;
93
94     tmp1 = buf[0].real + buf[1].real;
95     tmp2 = buf[3].real + buf[2].real;
96     tmp3 = buf[0].imag + buf[1].imag;
97     tmp4 = buf[2].imag + buf[3].imag;
98     tmp5 = buf[0].real - buf[1].real;
99     tmp6 = buf[0].imag - buf[1].imag;
100     tmp7 = buf[2].imag - buf[3].imag;
101     tmp8 = buf[3].real - buf[2].real;
102
103     buf[0].real = tmp1 + tmp2;
104     buf[0].imag = tmp3 + tmp4;
105     buf[2].real = tmp1 - tmp2;
106     buf[2].imag = tmp3 - tmp4;
107     buf[1].real = tmp5 + tmp7;
108     buf[1].imag = tmp6 + tmp8;
109     buf[3].real = tmp5 - tmp7;
110     buf[3].imag = tmp6 - tmp8;
111 }
112
113 /* the basic split-radix ifft butterfly */
114
115 #define BUTTERFLY(a0,a1,a2,a3,wr,wi) do {       \
116     tmp5 = a2.real * wr + a2.imag * wi;         \
117     tmp6 = a2.imag * wr - a2.real * wi;         \
118     tmp7 = a3.real * wr - a3.imag * wi;         \
119     tmp8 = a3.imag * wr + a3.real * wi;         \
120     tmp1 = tmp5 + tmp7;                         \
121     tmp2 = tmp6 + tmp8;                         \
122     tmp3 = tmp6 - tmp8;                         \
123     tmp4 = tmp7 - tmp5;                         \
124     a2.real = a0.real - tmp1;                   \
125     a2.imag = a0.imag - tmp2;                   \
126     a3.real = a1.real - tmp3;                   \
127     a3.imag = a1.imag - tmp4;                   \
128     a0.real += tmp1;                            \
129     a0.imag += tmp2;                            \
130     a1.real += tmp3;                            \
131     a1.imag += tmp4;                            \
132 } while (0)
133
134 /* split-radix ifft butterfly, specialized for wr=1 wi=0 */
135
136 #define BUTTERFLY_ZERO(a0,a1,a2,a3) do {        \
137     tmp1 = a2.real + a3.real;                   \
138     tmp2 = a2.imag + a3.imag;                   \
139     tmp3 = a2.imag - a3.imag;                   \
140     tmp4 = a3.real - a2.real;                   \
141     a2.real = a0.real - tmp1;                   \
142     a2.imag = a0.imag - tmp2;                   \
143     a3.real = a1.real - tmp3;                   \
144     a3.imag = a1.imag - tmp4;                   \
145     a0.real += tmp1;                            \
146     a0.imag += tmp2;                            \
147     a1.real += tmp3;                            \
148     a1.imag += tmp4;                            \
149 } while (0)
150
151 /* split-radix ifft butterfly, specialized for wr=wi */
152
153 #define BUTTERFLY_HALF(a0,a1,a2,a3,w) do {      \
154     tmp5 = (a2.real + a2.imag) * w;             \
155     tmp6 = (a2.imag - a2.real) * w;             \
156     tmp7 = (a3.real - a3.imag) * w;             \
157     tmp8 = (a3.imag + a3.real) * w;             \
158     tmp1 = tmp5 + tmp7;                         \
159     tmp2 = tmp6 + tmp8;                         \
160     tmp3 = tmp6 - tmp8;                         \
161     tmp4 = tmp7 - tmp5;                         \
162     a2.real = a0.real - tmp1;                   \
163     a2.imag = a0.imag - tmp2;                   \
164     a3.real = a1.real - tmp3;                   \
165     a3.imag = a1.imag - tmp4;                   \
166     a0.real += tmp1;                            \
167     a0.imag += tmp2;                            \
168     a1.real += tmp3;                            \
169     a1.imag += tmp4;                            \
170 } while (0)
171
172 static inline void ifft8 (complex_t * buf)
173 {
174     double tmp1, tmp2, tmp3, tmp4, tmp5, tmp6, tmp7, tmp8;
175
176     ifft4 (buf);
177     ifft2 (buf + 4);
178     ifft2 (buf + 6);
179     BUTTERFLY_ZERO (buf[0], buf[2], buf[4], buf[6]);
180     BUTTERFLY_HALF (buf[1], buf[3], buf[5], buf[7], roots16[1]);
181 }
182
183 static void ifft_pass (complex_t * buf, sample_t * weight, int n)
184 {
185     complex_t * buf1;
186     complex_t * buf2;
187     complex_t * buf3;
188     double tmp1, tmp2, tmp3, tmp4, tmp5, tmp6, tmp7, tmp8;
189     int i;
190
191     buf++;
192     buf1 = buf + n;
193     buf2 = buf + 2 * n;
194     buf3 = buf + 3 * n;
195
196     BUTTERFLY_ZERO (buf[-1], buf1[-1], buf2[-1], buf3[-1]);
197
198     i = n - 1;
199
200     do {
201         BUTTERFLY (buf[0], buf1[0], buf2[0], buf3[0], weight[n], weight[2*i]);
202         buf++;
203         buf1++;
204         buf2++;
205         buf3++;
206         weight++;
207     } while (--i);
208 }
209
210 static void ifft16 (complex_t * buf)
211 {
212     ifft8 (buf);
213     ifft4 (buf + 8);
214     ifft4 (buf + 12);
215     ifft_pass (buf, roots16 - 4, 4);
216 }
217
218 static void ifft32 (complex_t * buf)
219 {
220     ifft16 (buf);
221     ifft8 (buf + 16);
222     ifft8 (buf + 24);
223     ifft_pass (buf, roots32 - 8, 8);
224 }
225
226 static void ifft64_c (complex_t * buf)
227 {
228     ifft32 (buf);
229     ifft16 (buf + 32);
230     ifft16 (buf + 48);
231     ifft_pass (buf, roots64 - 16, 16);
232 }
233
234 static void ifft128_c (complex_t * buf)
235 {
236     ifft32 (buf);
237     ifft16 (buf + 32);
238     ifft16 (buf + 48);
239     ifft_pass (buf, roots64 - 16, 16);
240
241     ifft32 (buf + 64);
242     ifft32 (buf + 96);
243     ifft_pass (buf, roots128 - 32, 32);
244 }
245
246 void a52_imdct_512 (sample_t * data, sample_t * delay, sample_t bias)
247 {
248     int i, k;
249     sample_t t_r, t_i, a_r, a_i, b_r, b_i, w_1, w_2;
250     const sample_t * window = a52_imdct_window;
251         
252     for (i = 0; i < 128; i++) {
253         k = fftorder[i];
254         t_r = pre1[i].real;
255         t_i = pre1[i].imag;
256
257         buf[i].real = t_i * data[255-k] + t_r * data[k];
258         buf[i].imag = t_r * data[255-k] - t_i * data[k];
259     }
260
261     ifft128 (buf);
262
263     /* Post IFFT complex multiply plus IFFT complex conjugate*/
264     /* Window and convert to real valued signal */
265     for (i = 0; i < 64; i++) {
266         /* y[n] = z[n] * (xcos1[n] + j * xsin1[n]) ; */
267         t_r = post1[i].real;
268         t_i = post1[i].imag;
269
270         a_r = t_r * buf[i].real     + t_i * buf[i].imag;
271         a_i = t_i * buf[i].real     - t_r * buf[i].imag;
272         b_r = t_i * buf[127-i].real + t_r * buf[127-i].imag;
273         b_i = t_r * buf[127-i].real - t_i * buf[127-i].imag;
274
275         w_1 = window[2*i];
276         w_2 = window[255-2*i];
277         data[2*i]     = delay[2*i] * w_2 - a_r * w_1 + bias;
278         data[255-2*i] = delay[2*i] * w_1 + a_r * w_2 + bias;
279         delay[2*i] = a_i;
280
281         w_1 = window[2*i+1];
282         w_2 = window[254-2*i];
283         data[2*i+1]   = delay[2*i+1] * w_2 + b_r * w_1 + bias;
284         data[254-2*i] = delay[2*i+1] * w_1 - b_r * w_2 + bias;
285         delay[2*i+1] = b_i;
286     }
287 }
288
289 void a52_imdct_256(sample_t data[],sample_t delay[],sample_t bias)
290 {
291     int i, k;
292     sample_t t_r, t_i, a_r, a_i, b_r, b_i, c_r, c_i, d_r, d_i, w_1, w_2;
293     complex_t * buf1, * buf2;
294     const sample_t * window = a52_imdct_window;
295
296     buf1 = &buf[0];
297     buf2 = &buf[64];
298
299     /* Pre IFFT complex multiply plus IFFT cmplx conjugate */
300     for (i = 0; i < 64; i++) {
301         k = fftorder[i];
302         t_r = pre2[i].real;
303         t_i = pre2[i].imag;
304
305         buf1[i].real = t_i * data[254-k] + t_r * data[k];
306         buf1[i].imag = t_r * data[254-k] - t_i * data[k];
307
308         buf2[i].real = t_i * data[255-k] + t_r * data[k+1];
309         buf2[i].imag = t_r * data[255-k] - t_i * data[k+1];
310     }
311
312     ifft64 (buf1);
313     ifft64 (buf2);
314
315     /* Post IFFT complex multiply */
316     /* Window and convert to real valued signal */
317     for (i = 0; i < 32; i++) {
318         /* y1[n] = z1[n] * (xcos2[n] + j * xs in2[n]) ; */ 
319         t_r = post2[i].real;
320         t_i = post2[i].imag;
321
322         a_r = t_r * buf1[i].real    + t_i * buf1[i].imag;
323         a_i = t_i * buf1[i].real    - t_r * buf1[i].imag;
324         b_r = t_i * buf1[63-i].real + t_r * buf1[63-i].imag;
325         b_i = t_r * buf1[63-i].real - t_i * buf1[63-i].imag;
326
327         c_r = t_r * buf2[i].real    + t_i * buf2[i].imag;
328         c_i = t_i * buf2[i].real    - t_r * buf2[i].imag;
329         d_r = t_i * buf2[63-i].real + t_r * buf2[63-i].imag;
330         d_i = t_r * buf2[63-i].real - t_i * buf2[63-i].imag;
331
332         w_1 = window[2*i];
333         w_2 = window[255-2*i];
334         data[2*i]     = delay[2*i] * w_2 - a_r * w_1 + bias;
335         data[255-2*i] = delay[2*i] * w_1 + a_r * w_2 + bias;
336         delay[2*i] = c_i;
337
338         w_1 = window[128+2*i];
339         w_2 = window[127-2*i];
340         data[128+2*i] = delay[127-2*i] * w_2 + a_i * w_1 + bias;
341         data[127-2*i] = delay[127-2*i] * w_1 - a_i * w_2 + bias;
342         delay[127-2*i] = c_r;
343
344         w_1 = window[2*i+1];
345         w_2 = window[254-2*i];
346         data[2*i+1]   = delay[2*i+1] * w_2 - b_i * w_1 + bias;
347         data[254-2*i] = delay[2*i+1] * w_1 + b_i * w_2 + bias;
348         delay[2*i+1] = d_r;
349
350         w_1 = window[129+2*i];
351         w_2 = window[126-2*i];
352         data[129+2*i] = delay[126-2*i] * w_2 + b_r * w_1 + bias;
353         data[126-2*i] = delay[126-2*i] * w_1 - b_r * w_2 + bias;
354         delay[126-2*i] = d_i;
355     }
356 }
357
358 static double besselI0 (double x)
359 {
360     double bessel = 1;
361     int i = 100;
362
363     do
364         bessel = bessel * x / (i * i) + 1;
365     while (--i);
366     return bessel;
367 }
368
369 void a52_imdct_init (uint32_t mm_accel)
370 {
371     int i, k;
372     double sum;
373
374     /* compute imdct window - kaiser-bessel derived window, alpha = 5.0 */
375     sum = 0;
376     for (i = 0; i < 256; i++) {
377         sum += besselI0 (i * (256 - i) * (5 * M_PI / 256) * (5 * M_PI / 256));
378         a52_imdct_window[i] = sum;
379     }
380     sum++;
381     for (i = 0; i < 256; i++)
382         a52_imdct_window[i] = sqrt (a52_imdct_window[i] / sum);
383
384     for (i = 0; i < 3; i++)
385         roots16[i] = cos ((M_PI / 8) * (i + 1));
386
387     for (i = 0; i < 7; i++)
388         roots32[i] = cos ((M_PI / 16) * (i + 1));
389
390     for (i = 0; i < 15; i++)
391         roots64[i] = cos ((M_PI / 32) * (i + 1));
392
393     for (i = 0; i < 31; i++)
394         roots128[i] = cos ((M_PI / 64) * (i + 1));
395
396     for (i = 0; i < 64; i++) {
397         k = fftorder[i] / 2 + 64;
398         pre1[i].real = cos ((M_PI / 256) * (k - 0.25));
399         pre1[i].imag = sin ((M_PI / 256) * (k - 0.25));
400     }
401
402     for (i = 64; i < 128; i++) {
403         k = fftorder[i] / 2 + 64;
404         pre1[i].real = -cos ((M_PI / 256) * (k - 0.25));
405         pre1[i].imag = -sin ((M_PI / 256) * (k - 0.25));
406     }
407
408     for (i = 0; i < 64; i++) {
409         post1[i].real = cos ((M_PI / 256) * (i + 0.5));
410         post1[i].imag = sin ((M_PI / 256) * (i + 0.5));
411     }
412
413     for (i = 0; i < 64; i++) {
414         k = fftorder[i] / 4;
415         pre2[i].real = cos ((M_PI / 128) * (k - 0.25));
416         pre2[i].imag = sin ((M_PI / 128) * (k - 0.25));
417     }
418
419     for (i = 0; i < 32; i++) {
420         post2[i].real = cos ((M_PI / 128) * (i + 0.5));
421         post2[i].imag = sin ((M_PI / 128) * (i + 0.5));
422     }
423
424 #ifdef LIBA52_DJBFFT
425     if (mm_accel & MM_ACCEL_DJBFFT) {
426         fprintf (stderr, "Using djbfft for IMDCT transform\n");
427         ifft128 = (void (*) (complex_t *)) fftc4_un128;
428         ifft64 = (void (*) (complex_t *)) fftc4_un64;
429     } else
430 #endif
431     {
432         fprintf (stderr, "No accelerated IMDCT transform found\n");
433         ifft128 = ifft128_c;
434         ifft64 = ifft64_c;
435     }
436 }