lavc: add a native Opus decoder.
[ffmpeg.git] / libavcodec / opus_imdct.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2013-2014 Mozilla Corporation
3  *
4  * This file is part of Libav.
5  *
6  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
8  * License as published by the Free Software Foundation; either
9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
10  *
11  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
14  * Lesser General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
17  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
19  */
20
21 /**
22  * @file
23  * Celt non-power of 2 iMDCT
24  */
25
26 #include <float.h>
27 #include <math.h>
28
29 #include "libavutil/attributes.h"
30 #include "libavutil/common.h"
31
32 #include "fft.h"
33 #include "opus.h"
34
35 // complex c = a * b
36 #define CMUL3(cre, cim, are, aim, bre, bim)          \
37 do {                                                 \
38     cre = are * bre - aim * bim;                     \
39     cim = are * bim + aim * bre;                     \
40 } while (0)
41
42 #define CMUL(c, a, b) CMUL3((c).re, (c).im, (a).re, (a).im, (b).re, (b).im)
43
44 // complex c = a * b
45 //         d = a * conjugate(b)
46 #define CMUL2(c, d, a, b)                            \
47 do {                                                 \
48     float are = (a).re;                              \
49     float aim = (a).im;                              \
50     float bre = (b).re;                              \
51     float bim = (b).im;                              \
52     float rr  = are * bre;                           \
53     float ri  = are * bim;                           \
54     float ir  = aim * bre;                           \
55     float ii  = aim * bim;                           \
56     (c).re =  rr - ii;                               \
57     (c).im =  ri + ir;                               \
58     (d).re =  rr + ii;                               \
59     (d).im = -ri + ir;                               \
60 } while (0)
61
62 struct CeltIMDCTContext {
63     int fft_n;
64     int len2;
65     int len4;
66
67     FFTComplex *tmp;
68
69     FFTComplex *twiddle_exptab;
70
71     FFTComplex *exptab[6];
72 };
73
74 av_cold void ff_celt_imdct_uninit(CeltIMDCTContext **ps)
75 {
76     CeltIMDCTContext *s = *ps;
77     int i;
78
79     if (!s)
80         return;
81
82     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->exptab); i++)
83         av_freep(&s->exptab[i]);
84
85     av_freep(&s->twiddle_exptab);
86
87     av_freep(&s->tmp);
88
89     av_freep(ps);
90 }
91
92 av_cold int ff_celt_imdct_init(CeltIMDCTContext **ps, int N)
93 {
94     CeltIMDCTContext *s;
95     int len2 = 15 * (1 << N);
96     int len  = 2 * len2;
97     int i, j;
98
99     if (len2 > CELT_MAX_FRAME_SIZE)
100         return AVERROR(EINVAL);
101
102     s = av_mallocz(sizeof(*s));
103     if (!s)
104         return AVERROR(ENOMEM);
105
106     s->fft_n = N - 1;
107     s->len4 = len2 / 2;
108     s->len2 = len2;
109
110     s->tmp  = av_malloc(len * 2 * sizeof(*s->tmp));
111     if (!s->tmp)
112         goto fail;
113
114     s->twiddle_exptab  = av_malloc(s->len4 * sizeof(*s->twiddle_exptab));
115     if (!s->twiddle_exptab)
116         goto fail;
117
118     for (i = 0; i < s->len4; i++) {
119         s->twiddle_exptab[i].re = cos(2 * M_PI * (i + 0.125 + s->len4) / len);
120         s->twiddle_exptab[i].im = sin(2 * M_PI * (i + 0.125 + s->len4) / len);
121     }
122
123     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->exptab); i++) {
124         int N = 15 * (1 << i);
125         s->exptab[i] = av_malloc(sizeof(*s->exptab[i]) * FFMAX(N, 19));
126         if (!s->exptab[i])
127             goto fail;
128
129         for (j = 0; j < N; j++) {
130             s->exptab[i][j].re = cos(2 * M_PI * j / N);
131             s->exptab[i][j].im = sin(2 * M_PI * j / N);
132         }
133     }
134
135     // wrap around to simplify fft15
136     for (j = 15; j < 19; j++)
137         s->exptab[0][j] = s->exptab[0][j - 15];
138
139     *ps = s;
140
141     return 0;
142 fail:
143     ff_celt_imdct_uninit(&s);
144     return AVERROR(ENOMEM);
145 }
146
147 static void fft5(FFTComplex *out, const FFTComplex *in, int stride)
148 {
149     // [0] = exp(2 * i * pi / 5), [1] = exp(2 * i * pi * 2 / 5)
150     static const FFTComplex fact[] = { { 0.30901699437494745,  0.95105651629515353 },
151                                        { -0.80901699437494734, 0.58778525229247325 } };
152
153     FFTComplex z[4][4];
154
155     CMUL2(z[0][0], z[0][3], in[1 * stride], fact[0]);
156     CMUL2(z[0][1], z[0][2], in[1 * stride], fact[1]);
157     CMUL2(z[1][0], z[1][3], in[2 * stride], fact[0]);
158     CMUL2(z[1][1], z[1][2], in[2 * stride], fact[1]);
159     CMUL2(z[2][0], z[2][3], in[3 * stride], fact[0]);
160     CMUL2(z[2][1], z[2][2], in[3 * stride], fact[1]);
161     CMUL2(z[3][0], z[3][3], in[4 * stride], fact[0]);
162     CMUL2(z[3][1], z[3][2], in[4 * stride], fact[1]);
163
164     out[0].re = in[0].re + in[stride].re + in[2 * stride].re + in[3 * stride].re + in[4 * stride].re;
165     out[0].im = in[0].im + in[stride].im + in[2 * stride].im + in[3 * stride].im + in[4 * stride].im;
166
167     out[1].re = in[0].re + z[0][0].re + z[1][1].re + z[2][2].re + z[3][3].re;
168     out[1].im = in[0].im + z[0][0].im + z[1][1].im + z[2][2].im + z[3][3].im;
169
170     out[2].re = in[0].re + z[0][1].re + z[1][3].re + z[2][0].re + z[3][2].re;
171     out[2].im = in[0].im + z[0][1].im + z[1][3].im + z[2][0].im + z[3][2].im;
172
173     out[3].re = in[0].re + z[0][2].re + z[1][0].re + z[2][3].re + z[3][1].re;
174     out[3].im = in[0].im + z[0][2].im + z[1][0].im + z[2][3].im + z[3][1].im;
175
176     out[4].re = in[0].re + z[0][3].re + z[1][2].re + z[2][1].re + z[3][0].re;
177     out[4].im = in[0].im + z[0][3].im + z[1][2].im + z[2][1].im + z[3][0].im;
178 }
179
180 static void fft15(CeltIMDCTContext *s, FFTComplex *out, const FFTComplex *in, int stride)
181 {
182     const FFTComplex *exptab = s->exptab[0];
183     FFTComplex tmp[5];
184     FFTComplex tmp1[5];
185     FFTComplex tmp2[5];
186     int k;
187
188     fft5(tmp,  in,              stride * 3);
189     fft5(tmp1, in +     stride, stride * 3);
190     fft5(tmp2, in + 2 * stride, stride * 3);
191
192     for (k = 0; k < 5; k++) {
193         FFTComplex t1, t2;
194
195         CMUL(t1, tmp1[k], exptab[k]);
196         CMUL(t2, tmp2[k], exptab[2 * k]);
197         out[k].re = tmp[k].re + t1.re + t2.re;
198         out[k].im = tmp[k].im + t1.im + t2.im;
199
200         CMUL(t1, tmp1[k], exptab[k + 5]);
201         CMUL(t2, tmp2[k], exptab[2 * (k + 5)]);
202         out[k + 5].re = tmp[k].re + t1.re + t2.re;
203         out[k + 5].im = tmp[k].im + t1.im + t2.im;
204
205         CMUL(t1, tmp1[k], exptab[k + 10]);
206         CMUL(t2, tmp2[k], exptab[2 * k + 5]);
207         out[k + 10].re = tmp[k].re + t1.re + t2.re;
208         out[k + 10].im = tmp[k].im + t1.im + t2.im;
209     }
210 }
211
212 /*
213  * FFT of the length 15 * (2^N)
214  */
215 static void fft_calc(CeltIMDCTContext *s, FFTComplex *out, const FFTComplex *in, int N, int stride)
216 {
217     if (N) {
218         const FFTComplex *exptab = s->exptab[N];
219         const int len2 = 15 * (1 << (N - 1));
220         int k;
221
222         fft_calc(s, out,        in,          N - 1, stride * 2);
223         fft_calc(s, out + len2, in + stride, N - 1, stride * 2);
224
225         for (k = 0; k < len2; k++) {
226             FFTComplex t;
227
228             CMUL(t, out[len2 + k], exptab[k]);
229
230             out[len2 + k].re = out[k].re - t.re;
231             out[len2 + k].im = out[k].im - t.im;
232
233             out[k].re += t.re;
234             out[k].im += t.im;
235         }
236     } else
237         fft15(s, out, in, stride);
238 }
239
240 void ff_celt_imdct_half(CeltIMDCTContext *s, float *dst, const float *src,
241                         int stride, float scale)
242 {
243     FFTComplex *z = (FFTComplex *)dst;
244     const int len8 = s->len4 / 2;
245     const float *in1 = src;
246     const float *in2 = src + (s->len2 - 1) * stride;
247     int i;
248
249     for (i = 0; i < s->len4; i++) {
250         FFTComplex tmp = { *in2, *in1 };
251         CMUL(s->tmp[i], tmp, s->twiddle_exptab[i]);
252         in1 += 2 * stride;
253         in2 -= 2 * stride;
254     }
255
256     fft_calc(s, z, s->tmp, s->fft_n, 1);
257
258     for (i = 0; i < len8; i++) {
259         float r0, i0, r1, i1;
260
261         CMUL3(r0, i1, z[len8 - i - 1].im, z[len8 - i - 1].re,  s->twiddle_exptab[len8 - i - 1].im, s->twiddle_exptab[len8 - i - 1].re);
262         CMUL3(r1, i0, z[len8 + i].im,     z[len8 + i].re,      s->twiddle_exptab[len8 + i].im,     s->twiddle_exptab[len8 + i].re);
263         z[len8 - i - 1].re = scale * r0;
264         z[len8 - i - 1].im = scale * i0;
265         z[len8 + i].re     = scale * r1;
266         z[len8 + i].im     = scale * i1;
267     }
268 }