git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/liba52/imdct.c

   1 /*
   2  * imdct.c
   3  * Copyright (C) 2000-2003 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 uint8_t fftorder[] = {
  49       0,128, 64,192, 32,160,224, 96, 16,144, 80,208,240,112, 48,176,
  50       8,136, 72,200, 40,168,232,104,248,120, 56,184, 24,152,216, 88,
  51       4,132, 68,196, 36,164,228,100, 20,148, 84,212,244,116, 52,180,
  52     252,124, 60,188, 28,156,220, 92, 12,140, 76,204,236,108, 44,172,
  53       2,130, 66,194, 34,162,226, 98, 18,146, 82,210,242,114, 50,178,
  54      10,138, 74,202, 42,170,234,106,250,122, 58,186, 26,154,218, 90,
  55     254,126, 62,190, 30,158,222, 94, 14,142, 78,206,238,110, 46,174,
  56       6,134, 70,198, 38,166,230,102,246,118, 54,182, 22,150,214, 86
  57 };
  58
  59 /* Root values for IFFT */
  60 static sample_t roots16[3];
  61 static sample_t roots32[7];
  62 static sample_t roots64[15];
  63 static sample_t roots128[31];
  64
  65 /* Twiddle factors for IMDCT */
  66 static complex_t pre1[128];
  67 static complex_t post1[64];
  68 static complex_t pre2[64];
  69 static complex_t post2[32];
  70
  71 static sample_t a52_imdct_window[256];
  72
  73 static void (* ifft128) (complex_t * buf);
  74 static void (* ifft64) (complex_t * buf);
  75
  76 static inline void ifft2 (complex_t * buf)
  77 {
  78     sample_t r, i;
  79
  80     r = buf[0].real;
  81     i = buf[0].imag;
  82     buf[0].real += buf[1].real;
  83     buf[0].imag += buf[1].imag;
  84     buf[1].real = r - buf[1].real;
  85     buf[1].imag = i - buf[1].imag;
  86 }
  87
  88 static inline void ifft4 (complex_t * buf)
  89 {
  90     sample_t tmp1, tmp2, tmp3, tmp4, tmp5, tmp6, tmp7, tmp8;
  91
  92     tmp1 = buf[0].real + buf[1].real;
  93     tmp2 = buf[3].real + buf[2].real;
  94     tmp3 = buf[0].imag + buf[1].imag;
  95     tmp4 = buf[2].imag + buf[3].imag;
  96     tmp5 = buf[0].real - buf[1].real;
  97     tmp6 = buf[0].imag - buf[1].imag;
  98     tmp7 = buf[2].imag - buf[3].imag;
  99     tmp8 = buf[3].real - buf[2].real;
 100
 101     buf[0].real = tmp1 + tmp2;
 102     buf[0].imag = tmp3 + tmp4;
 103     buf[2].real = tmp1 - tmp2;
 104     buf[2].imag = tmp3 - tmp4;
 105     buf[1].real = tmp5 + tmp7;
 106     buf[1].imag = tmp6 + tmp8;
 107     buf[3].real = tmp5 - tmp7;
 108     buf[3].imag = tmp6 - tmp8;
 109 }
 110
 111 /* basic radix-2 ifft butterfly */
 112
 113 #define BUTTERFLY_0(t0,t1,W0,W1,d0,d1) do {     \
 114     t0 = MUL (W1, d1) + MUL (W0, d0);           \
 115     t1 = MUL (W0, d1) - MUL (W1, d0);           \
 116 } while (0)
 117
 118 /* radix-2 ifft butterfly with bias */
 119
 120 #define BUTTERFLY_B(t0,t1,W0,W1,d0,d1) do {     \
 121     t0 = BIAS (MUL (d1, W1) + MUL (d0, W0));    \
 122     t1 = BIAS (MUL (d1, W0) - MUL (d0, W1));    \
 123 } while (0)
 124
 125 /* the basic split-radix ifft butterfly */
 126
 127 #define BUTTERFLY(a0,a1,a2,a3,wr,wi) do {               \
 128     BUTTERFLY_0 (tmp5, tmp6, wr, wi, a2.real, a2.imag); \
 129     BUTTERFLY_0 (tmp8, tmp7, wr, wi, a3.imag, a3.real); \
 130     tmp1 = tmp5 + tmp7;                                 \
 131     tmp2 = tmp6 + tmp8;                                 \
 132     tmp3 = tmp6 - tmp8;                                 \
 133     tmp4 = tmp7 - tmp5;                                 \
 134     a2.real = a0.real - tmp1;                           \
 135     a2.imag = a0.imag - tmp2;                           \
 136     a3.real = a1.real - tmp3;                           \
 137     a3.imag = a1.imag - tmp4;                           \
 138     a0.real += tmp1;                                    \
 139     a0.imag += tmp2;                                    \
 140     a1.real += tmp3;                                    \
 141     a1.imag += tmp4;                                    \
 142 } while (0)
 143
 144 /* split-radix ifft butterfly, specialized for wr=1 wi=0 */
 145
 146 #define BUTTERFLY_ZERO(a0,a1,a2,a3) do {        \
 147     tmp1 = a2.real + a3.real;                   \
 148     tmp2 = a2.imag + a3.imag;                   \
 149     tmp3 = a2.imag - a3.imag;                   \
 150     tmp4 = a3.real - a2.real;                   \
 151     a2.real = a0.real - tmp1;                   \
 152     a2.imag = a0.imag - tmp2;                   \
 153     a3.real = a1.real - tmp3;                   \
 154     a3.imag = a1.imag - tmp4;                   \
 155     a0.real += tmp1;                            \
 156     a0.imag += tmp2;                            \
 157     a1.real += tmp3;                            \
 158     a1.imag += tmp4;                            \
 159 } while (0)
 160
 161 /* split-radix ifft butterfly, specialized for wr=wi */
 162
 163 #define BUTTERFLY_HALF(a0,a1,a2,a3,w) do {      \
 164     tmp5 = MUL (a2.real + a2.imag, w);          \
 165     tmp6 = MUL (a2.imag - a2.real, w);          \
 166     tmp7 = MUL (a3.real - a3.imag, w);          \
 167     tmp8 = MUL (a3.imag + a3.real, w);          \
 168     tmp1 = tmp5 + tmp7;                         \
 169     tmp2 = tmp6 + tmp8;                         \
 170     tmp3 = tmp6 - tmp8;                         \
 171     tmp4 = tmp7 - tmp5;                         \
 172     a2.real = a0.real - tmp1;                   \
 173     a2.imag = a0.imag - tmp2;                   \
 174     a3.real = a1.real - tmp3;                   \
 175     a3.imag = a1.imag - tmp4;                   \
 176     a0.real += tmp1;                            \
 177     a0.imag += tmp2;                            \
 178     a1.real += tmp3;                            \
 179     a1.imag += tmp4;                            \
 180 } while (0)
 181
 182 static inline void ifft8 (complex_t * buf)
 183 {
 184     sample_t tmp1, tmp2, tmp3, tmp4, tmp5, tmp6, tmp7, tmp8;
 185
 186     ifft4 (buf);
 187     ifft2 (buf + 4);
 188     ifft2 (buf + 6);
 189     BUTTERFLY_ZERO (buf[0], buf[2], buf[4], buf[6]);
 190     BUTTERFLY_HALF (buf[1], buf[3], buf[5], buf[7], roots16[1]);
 191 }
 192
 193 static void ifft_pass (complex_t * buf, sample_t * weight, int n)
 194 {
 195     complex_t * buf1;
 196     complex_t * buf2;
 197     complex_t * buf3;
 198     sample_t tmp1, tmp2, tmp3, tmp4, tmp5, tmp6, tmp7, tmp8;
 199     int i;
 200
 201     buf++;
 202     buf1 = buf + n;
 203     buf2 = buf + 2 * n;
 204     buf3 = buf + 3 * n;
 205
 206     BUTTERFLY_ZERO (buf[-1], buf1[-1], buf2[-1], buf3[-1]);
 207
 208     i = n - 1;
 209
 210     do {
 211         BUTTERFLY (buf[0], buf1[0], buf2[0], buf3[0],
 212                    weight[0], weight[2*i-n]);
 213         buf++;
 214         buf1++;
 215         buf2++;
 216         buf3++;
 217         weight++;
 218     } while (--i);
 219 }
 220
 221 static void ifft16 (complex_t * buf)
 222 {
 223     ifft8 (buf);
 224     ifft4 (buf + 8);
 225     ifft4 (buf + 12);
 226     ifft_pass (buf, roots16, 4);
 227 }
 228
 229 static void ifft32 (complex_t * buf)
 230 {
 231     ifft16 (buf);
 232     ifft8 (buf + 16);
 233     ifft8 (buf + 24);
 234     ifft_pass (buf, roots32, 8);
 235 }
 236
 237 static void ifft64_c (complex_t * buf)
 238 {
 239     ifft32 (buf);
 240     ifft16 (buf + 32);
 241     ifft16 (buf + 48);
 242     ifft_pass (buf, roots64, 16);
 243 }
 244
 245 static void ifft128_c (complex_t * buf)
 246 {
 247     ifft32 (buf);
 248     ifft16 (buf + 32);
 249     ifft16 (buf + 48);
 250     ifft_pass (buf, roots64, 16);
 251
 252     ifft32 (buf + 64);
 253     ifft32 (buf + 96);
 254     ifft_pass (buf, roots128, 32);
 255 }
 256
 257 void a52_imdct_512 (sample_t * data, sample_t * delay, sample_t bias)
 258 {
 259     int i, k;
 260     sample_t t_r, t_i, a_r, a_i, b_r, b_i, w_1, w_2;
 261     const sample_t * window = a52_imdct_window;
 262     complex_t buf[128];
 263
 264     for (i = 0; i < 128; i++) {
 265         k = fftorder[i];
 266         t_r = pre1[i].real;
 267         t_i = pre1[i].imag;
 268         BUTTERFLY_0 (buf[i].real, buf[i].imag, t_r, t_i, data[k], data[255-k]);
 269     }
 270
 271     ifft128 (buf);
 272
 273     /* Post IFFT complex multiply plus IFFT complex conjugate*/
 274     /* Window and convert to real valued signal */
 275     for (i = 0; i < 64; i++) {
 276         /* y[n] = z[n] * (xcos1[n] + j * xsin1[n]) ; */
 277         t_r = post1[i].real;
 278         t_i = post1[i].imag;
 279         BUTTERFLY_0 (a_r, a_i, t_i, t_r, buf[i].imag, buf[i].real);
 280         BUTTERFLY_0 (b_r, b_i, t_r, t_i, buf[127-i].imag, buf[127-i].real);
 281
 282         w_1 = window[2*i];
 283         w_2 = window[255-2*i];
 284         BUTTERFLY_B (data[255-2*i], data[2*i], w_2, w_1, a_r, delay[2*i]);
 285         delay[2*i] = a_i;
 286
 287         w_1 = window[2*i+1];
 288         w_2 = window[254-2*i];
 289         BUTTERFLY_B (data[2*i+1], data[254-2*i], w_1, w_2, b_r, delay[2*i+1]);
 290         delay[2*i+1] = b_i;
 291     }
 292 }
 293
 294 void a52_imdct_256 (sample_t * data, sample_t * delay, sample_t bias)
 295 {
 296     int i, k;
 297     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;
 298     const sample_t * window = a52_imdct_window;
 299     complex_t buf1[64], buf2[64];
 300
 301     /* Pre IFFT complex multiply plus IFFT cmplx conjugate */
 302     for (i = 0; i < 64; i++) {
 303         k = fftorder[i];
 304         t_r = pre2[i].real;
 305         t_i = pre2[i].imag;
 306         BUTTERFLY_0 (buf1[i].real, buf1[i].imag, t_r, t_i, data[k], data[254-k]);
 307         BUTTERFLY_0 (buf2[i].real, buf2[i].imag, t_r, t_i, data[k+1], data[255-k]);
 308     }
 309
 310     ifft64 (buf1);
 311     ifft64 (buf2);
 312
 313     /* Post IFFT complex multiply */
 314     /* Window and convert to real valued signal */
 315     for (i = 0; i < 32; i++) {
 316         /* y1[n] = z1[n] * (xcos2[n] + j * xs in2[n]) ; */
 317         t_r = post2[i].real;
 318         t_i = post2[i].imag;
 319         BUTTERFLY_0 (a_r, a_i, t_i, t_r, buf1[i].imag, buf1[i].real);
 320         BUTTERFLY_0 (b_r, b_i, t_r, t_i, buf1[63-i].imag, buf1[63-i].real);
 321         BUTTERFLY_0 (c_r, c_i, t_i, t_r, buf2[i].imag, buf2[i].real);
 322         BUTTERFLY_0 (d_r, d_i, t_r, t_i, buf2[63-i].imag, buf2[63-i].real);
 323
 324         w_1 = window[2*i];
 325         w_2 = window[255-2*i];
 326         BUTTERFLY_B (data[255-2*i], data[2*i], w_2, w_1, a_r, delay[2*i]);
 327         delay[2*i] = c_i;
 328
 329         w_1 = window[128+2*i];
 330         w_2 = window[127-2*i];
 331         BUTTERFLY_B (data[128+2*i], data[127-2*i], w_1, w_2, a_i, delay[127-2*i]);
 332         delay[127-2*i] = c_r;
 333
 334         w_1 = window[2*i+1];
 335         w_2 = window[254-2*i];
 336         BUTTERFLY_B (data[254-2*i], data[2*i+1], w_2, w_1, b_i, delay[2*i+1]);
 337         delay[2*i+1] = d_r;
 338
 339         w_1 = window[129+2*i];
 340         w_2 = window[126-2*i];
 341         BUTTERFLY_B (data[129+2*i], data[126-2*i], w_1, w_2, b_r, delay[126-2*i]);
 342         delay[126-2*i] = d_i;
 343     }
 344 }
 345
 346 static double besselI0 (double x)
 347 {
 348     double bessel = 1;
 349     int i = 100;
 350
 351     do
 352         bessel = bessel * x / (i * i) + 1;
 353     while (--i);
 354     return bessel;
 355 }
 356
 357 void a52_imdct_init (uint32_t mm_accel)
 358 {
 359     int i, k;
 360     double sum;
 361     double local_imdct_window[256];
 362
 363     /* compute imdct window - kaiser-bessel derived window, alpha = 5.0 */
 364     sum = 0;
 365     for (i = 0; i < 256; i++) {
 366         sum += besselI0 (i * (256 - i) * (5 * M_PI / 256) * (5 * M_PI / 256));
 367         local_imdct_window[i] = sum;
 368     }
 369     sum++;
 370     for (i = 0; i < 256; i++)
 371         a52_imdct_window[i] = SAMPLE (sqrt (local_imdct_window[i] / sum));
 372
 373     for (i = 0; i < 3; i++)
 374         roots16[i] = SAMPLE (cos ((M_PI / 8) * (i + 1)));
 375
 376     for (i = 0; i < 7; i++)
 377         roots32[i] = SAMPLE (cos ((M_PI / 16) * (i + 1)));
 378
 379     for (i = 0; i < 15; i++)
 380         roots64[i] = SAMPLE (cos ((M_PI / 32) * (i + 1)));
 381
 382     for (i = 0; i < 31; i++)
 383         roots128[i] = SAMPLE (cos ((M_PI / 64) * (i + 1)));
 384
 385     for (i = 0; i < 64; i++) {
 386         k = fftorder[i] / 2 + 64;
 387         pre1[i].real = SAMPLE (cos ((M_PI / 256) * (k - 0.25)));
 388         pre1[i].imag = SAMPLE (sin ((M_PI / 256) * (k - 0.25)));
 389     }
 390
 391     for (i = 64; i < 128; i++) {
 392         k = fftorder[i] / 2 + 64;
 393         pre1[i].real = SAMPLE (-cos ((M_PI / 256) * (k - 0.25)));
 394         pre1[i].imag = SAMPLE (-sin ((M_PI / 256) * (k - 0.25)));
 395     }
 396
 397     for (i = 0; i < 64; i++) {
 398         post1[i].real = SAMPLE (cos ((M_PI / 256) * (i + 0.5)));
 399         post1[i].imag = SAMPLE (sin ((M_PI / 256) * (i + 0.5)));
 400     }
 401
 402     for (i = 0; i < 64; i++) {
 403         k = fftorder[i] / 4;
 404         pre2[i].real = SAMPLE (cos ((M_PI / 128) * (k - 0.25)));
 405         pre2[i].imag = SAMPLE (sin ((M_PI / 128) * (k - 0.25)));
 406     }
 407
 408     for (i = 0; i < 32; i++) {
 409         post2[i].real = SAMPLE (cos ((M_PI / 128) * (i + 0.5)));
 410         post2[i].imag = SAMPLE (sin ((M_PI / 128) * (i + 0.5)));
 411     }
 412
 413 #ifdef LIBA52_DJBFFT
 414     if (mm_accel & MM_ACCEL_DJBFFT) {
 415         ifft128 = (void (*) (complex_t *)) fftc4_un128;
 416         ifft64 = (void (*) (complex_t *)) fftc4_un64;
 417     } else
 418 #endif
 419     {
 420         ifft128 = ifft128_c;
 421         ifft64 = ifft64_c;
 422     }
 423 }