git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/fft.c

   1 /*
   2  * FFT/IFFT transforms
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   4  *
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  18  */
  19
  20 /**
  21  * @file fft.c
  22  * FFT/IFFT transforms.
  23  */
  24
  25 #include "dsputil.h"
  26
  27 /**
  28  * The size of the FFT is 2^nbits. If inverse is TRUE, inverse FFT is
  29  * done
  30  */
  31 int ff_fft_init(FFTContext *s, int nbits, int inverse)
  32 {
  33     int i, j, m, n;
  34     float alpha, c1, s1, s2;
  35
  36     s->nbits = nbits;
  37     n = 1 << nbits;
  38
  39     s->exptab = av_malloc((n / 2) * sizeof(FFTComplex));
  40     if (!s->exptab)
  41         goto fail;
  42     s->revtab = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
  43     if (!s->revtab)
  44         goto fail;
  45     s->inverse = inverse;
  46
  47     s2 = inverse ? 1.0 : -1.0;
  48
  49     for(i=0;i<(n/2);i++) {
  50         alpha = 2 * M_PI * (float)i / (float)n;
  51         c1 = cos(alpha);
  52         s1 = sin(alpha) * s2;
  53         s->exptab[i].re = c1;
  54         s->exptab[i].im = s1;
  55     }
  56     s->fft_calc = ff_fft_calc_c;
  57     s->exptab1 = NULL;
  58
  59     /* compute constant table for HAVE_SSE version */
  60 #if (defined(HAVE_MMX) && (defined(HAVE_BUILTIN_VECTOR) || defined(HAVE_MM3DNOW))) || defined(HAVE_ALTIVEC)
  61     {
  62         int has_vectors = 0;
  63
  64 #if defined(HAVE_MMX)
  65 #ifdef HAVE_MM3DNOW
  66         has_vectors = mm_support() & (MM_3DNOW | MM_3DNOWEXT | MM_SSE | MM_SSE2);
  67 #else
  68         has_vectors = mm_support() & (MM_SSE | MM_SSE2);
  69 #endif
  70 #endif
  71 #if defined(HAVE_ALTIVEC) && !defined(ALTIVEC_USE_REFERENCE_C_CODE)
  72         has_vectors = mm_support() & MM_ALTIVEC;
  73 #endif
  74         if (has_vectors) {
  75             int np, nblocks, np2, l;
  76             FFTComplex *q;
  77
  78             np = 1 << nbits;
  79             nblocks = np >> 3;
  80             np2 = np >> 1;
  81             s->exptab1 = av_malloc(np * 2 * sizeof(FFTComplex));
  82             if (!s->exptab1)
  83                 goto fail;
  84             q = s->exptab1;
  85             do {
  86                 for(l = 0; l < np2; l += 2 * nblocks) {
  87                     *q++ = s->exptab[l];
  88                     *q++ = s->exptab[l + nblocks];
  89
  90                     q->re = -s->exptab[l].im;
  91                     q->im = s->exptab[l].re;
  92                     q++;
  93                     q->re = -s->exptab[l + nblocks].im;
  94                     q->im = s->exptab[l + nblocks].re;
  95                     q++;
  96                 }
  97                 nblocks = nblocks >> 1;
  98             } while (nblocks != 0);
  99             av_freep(&s->exptab);
 100 #if defined(HAVE_MMX)
 101 #ifdef HAVE_MM3DNOW
 102             if (has_vectors & MM_3DNOWEXT)
 103                 /* 3DNowEx for Athlon(XP) */
 104                 s->fft_calc = ff_fft_calc_3dn2;
 105             else if (has_vectors & MM_3DNOW)
 106                 /* 3DNow! for K6-2/3 */
 107                 s->fft_calc = ff_fft_calc_3dn;
 108 #endif
 109 #ifdef HAVE_BUILTIN_VECTOR
 110             if (has_vectors & MM_SSE2)
 111                 /* SSE for P4/K8 */
 112                 s->fft_calc = ff_fft_calc_sse;
 113             else if ((has_vectors & MM_SSE) &&
 114                      s->fft_calc == ff_fft_calc_c)
 115                 /* SSE for P3 */
 116                 s->fft_calc = ff_fft_calc_sse;
 117 #endif
 118 #else /* HAVE_MMX */
 119             s->fft_calc = ff_fft_calc_altivec;
 120 #endif
 121         }
 122     }
 123 #endif
 124
 125     /* compute bit reverse table */
 126
 127     for(i=0;i<n;i++) {
 128         m=0;
 129         for(j=0;j<nbits;j++) {
 130             m |= ((i >> j) & 1) << (nbits-j-1);
 131         }
 132         s->revtab[i]=m;
 133     }
 134     return 0;
 135  fail:
 136     av_freep(&s->revtab);
 137     av_freep(&s->exptab);
 138     av_freep(&s->exptab1);
 139     return -1;
 140 }
 141
 142 /* butter fly op */
 143 #define BF(pre, pim, qre, qim, pre1, pim1, qre1, qim1) \
 144 {\
 145   FFTSample ax, ay, bx, by;\
 146   bx=pre1;\
 147   by=pim1;\
 148   ax=qre1;\
 149   ay=qim1;\
 150   pre = (bx + ax);\
 151   pim = (by + ay);\
 152   qre = (bx - ax);\
 153   qim = (by - ay);\
 154 }
 155
 156 #define MUL16(a,b) ((a) * (b))
 157
 158 #define CMUL(pre, pim, are, aim, bre, bim) \
 159 {\
 160    pre = (MUL16(are, bre) - MUL16(aim, bim));\
 161    pim = (MUL16(are, bim) + MUL16(bre, aim));\
 162 }
 163
 164 /**
 165  * Do a complex FFT with the parameters defined in ff_fft_init(). The
 166  * input data must be permuted before with s->revtab table. No
 167  * 1.0/sqrt(n) normalization is done.
 168  */
 169 void ff_fft_calc_c(FFTContext *s, FFTComplex *z)
 170 {
 171     int ln = s->nbits;
 172     int j, np, np2;
 173     int nblocks, nloops;
 174     register FFTComplex *p, *q;
 175     FFTComplex *exptab = s->exptab;
 176     int l;
 177     FFTSample tmp_re, tmp_im;
 178
 179     np = 1 << ln;
 180
 181     /* pass 0 */
 182
 183     p=&z[0];
 184     j=(np >> 1);
 185     do {
 186         BF(p[0].re, p[0].im, p[1].re, p[1].im,
 187            p[0].re, p[0].im, p[1].re, p[1].im);
 188         p+=2;
 189     } while (--j != 0);
 190
 191     /* pass 1 */
 192
 193
 194     p=&z[0];
 195     j=np >> 2;
 196     if (s->inverse) {
 197         do {
 198             BF(p[0].re, p[0].im, p[2].re, p[2].im,
 199                p[0].re, p[0].im, p[2].re, p[2].im);
 200             BF(p[1].re, p[1].im, p[3].re, p[3].im,
 201                p[1].re, p[1].im, -p[3].im, p[3].re);
 202             p+=4;
 203         } while (--j != 0);
 204     } else {
 205         do {
 206             BF(p[0].re, p[0].im, p[2].re, p[2].im,
 207                p[0].re, p[0].im, p[2].re, p[2].im);
 208             BF(p[1].re, p[1].im, p[3].re, p[3].im,
 209                p[1].re, p[1].im, p[3].im, -p[3].re);
 210             p+=4;
 211         } while (--j != 0);
 212     }
 213     /* pass 2 .. ln-1 */
 214
 215     nblocks = np >> 3;
 216     nloops = 1 << 2;
 217     np2 = np >> 1;
 218     do {
 219         p = z;
 220         q = z + nloops;
 221         for (j = 0; j < nblocks; ++j) {
 222             BF(p->re, p->im, q->re, q->im,
 223                p->re, p->im, q->re, q->im);
 224
 225             p++;
 226             q++;
 227             for(l = nblocks; l < np2; l += nblocks) {
 228                 CMUL(tmp_re, tmp_im, exptab[l].re, exptab[l].im, q->re, q->im);
 229                 BF(p->re, p->im, q->re, q->im,
 230                    p->re, p->im, tmp_re, tmp_im);
 231                 p++;
 232                 q++;
 233             }
 234
 235             p += nloops;
 236             q += nloops;
 237         }
 238         nblocks = nblocks >> 1;
 239         nloops = nloops << 1;
 240     } while (nblocks != 0);
 241 }
 242
 243 /**
 244  * Do the permutation needed BEFORE calling ff_fft_calc()
 245  */
 246 void ff_fft_permute(FFTContext *s, FFTComplex *z)
 247 {
 248     int j, k, np;
 249     FFTComplex tmp;
 250     const uint16_t *revtab = s->revtab;
 251
 252     /* reverse */
 253     np = 1 << s->nbits;
 254     for(j=0;j<np;j++) {
 255         k = revtab[j];
 256         if (k < j) {
 257             tmp = z[k];
 258             z[k] = z[j];
 259             z[j] = tmp;
 260         }
 261     }
 262 }
 263
 264 void ff_fft_end(FFTContext *s)
 265 {
 266     av_freep(&s->revtab);
 267     av_freep(&s->exptab);
 268     av_freep(&s->exptab1);
 269 }
 270