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