git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/lpc.h

   1 /*
   2  * LPC utility code
   3  * Copyright (c) 2006  Justin Ruggles <justin.ruggles@gmail.com>
   4  *
   5  * This file is part of Libav.
   6  *
   7  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 #ifndef AVCODEC_LPC_H
  23 #define AVCODEC_LPC_H
  24
  25 #include <stdint.h>
  26 #include "dsputil.h"
  27
  28 #define ORDER_METHOD_EST     0
  29 #define ORDER_METHOD_2LEVEL  1
  30 #define ORDER_METHOD_4LEVEL  2
  31 #define ORDER_METHOD_8LEVEL  3
  32 #define ORDER_METHOD_SEARCH  4
  33 #define ORDER_METHOD_LOG     5
  34
  35 #define MIN_LPC_ORDER        1
  36 #define MAX_LPC_ORDER       32
  37
  38 /**
  39  * LPC analysis type
  40  */
  41 enum FFLPCType {
  42     FF_LPC_TYPE_DEFAULT     = -1, ///< use the codec default LPC type
  43     FF_LPC_TYPE_NONE        =  0, ///< do not use LPC prediction or use all zero coefficients
  44     FF_LPC_TYPE_FIXED       =  1, ///< fixed LPC coefficients
  45     FF_LPC_TYPE_LEVINSON    =  2, ///< Levinson-Durbin recursion
  46     FF_LPC_TYPE_CHOLESKY    =  3, ///< Cholesky factorization
  47     FF_LPC_TYPE_NB              , ///< Not part of ABI
  48 };
  49
  50 typedef struct LPCContext {
  51     int blocksize;
  52     int max_order;
  53     enum FFLPCType lpc_type;
  54     double *windowed_buffer;
  55     double *windowed_samples;
  56
  57     /**
  58      * Apply a Welch window to an array of input samples.
  59      * The output samples have the same scale as the input, but are in double
  60      * sample format.
  61      * @param data    input samples
  62      * @param len     number of input samples
  63      * @param w_data  output samples
  64      */
  65     void (*lpc_apply_welch_window)(const int32_t *data, int len,
  66                                    double *w_data);
  67     /**
  68      * Perform autocorrelation on input samples with delay of 0 to lag.
  69      * @param data  input samples.
  70      *              constraints: no alignment needed, but must have have at
  71      *              least lag*sizeof(double) valid bytes preceding it, and
  72      *              size must be at least (len+1)*sizeof(double) if data is
  73      *              16-byte aligned or (len+2)*sizeof(double) if data is
  74      *              unaligned.
  75      * @param len   number of input samples to process
  76      * @param lag   maximum delay to calculate
  77      * @param autoc output autocorrelation coefficients.
  78      *              constraints: array size must be at least lag+1.
  79      */
  80     void (*lpc_compute_autocorr)(const double *data, int len, int lag,
  81                                  double *autoc);
  82 } LPCContext;
  83
  84
  85 /**
  86  * Calculate LPC coefficients for multiple orders
  87  */
  88 int ff_lpc_calc_coefs(LPCContext *s,
  89                       const int32_t *samples, int blocksize, int min_order,
  90                       int max_order, int precision,
  91                       int32_t coefs[][MAX_LPC_ORDER], int *shift,
  92                       enum FFLPCType lpc_type, int lpc_passes,
  93                       int omethod, int max_shift, int zero_shift);
  94
  95 /**
  96  * Initialize LPCContext.
  97  */
  98 int ff_lpc_init(LPCContext *s, int blocksize, int max_order,
  99                 enum FFLPCType lpc_type);
 100 void ff_lpc_init_x86(LPCContext *s);
 101
 102 /**
 103  * Uninitialize LPCContext.
 104  */
 105 void ff_lpc_end(LPCContext *s);
 106
 107 #ifdef LPC_USE_DOUBLE
 108 #define LPC_TYPE double
 109 #else
 110 #define LPC_TYPE float
 111 #endif
 112
 113 /**
 114  * Levinson-Durbin recursion.
 115  * Produce LPC coefficients from autocorrelation data.
 116  */
 117 static inline int compute_lpc_coefs(const LPC_TYPE *autoc, int max_order,
 118                                     LPC_TYPE *lpc, int lpc_stride, int fail,
 119                                     int normalize)
 120 {
 121     int i, j;
 122     LPC_TYPE err;
 123     LPC_TYPE *lpc_last = lpc;
 124
 125     if (normalize)
 126         err = *autoc++;
 127
 128     if (fail && (autoc[max_order - 1] == 0 || err <= 0))
 129         return -1;
 130
 131     for(i=0; i<max_order; i++) {
 132         LPC_TYPE r = -autoc[i];
 133
 134         if (normalize) {
 135             for(j=0; j<i; j++)
 136                 r -= lpc_last[j] * autoc[i-j-1];
 137
 138             r /= err;
 139             err *= 1.0 - (r * r);
 140         }
 141
 142         lpc[i] = r;
 143
 144         for(j=0; j < (i+1)>>1; j++) {
 145             LPC_TYPE f = lpc_last[    j];
 146             LPC_TYPE b = lpc_last[i-1-j];
 147             lpc[    j] = f + r * b;
 148             lpc[i-1-j] = b + r * f;
 149         }
 150
 151         if (fail && err < 0)
 152             return -1;
 153
 154         lpc_last = lpc;
 155         lpc += lpc_stride;
 156     }
 157
 158     return 0;
 159 }
 160
 161 #endif /* AVCODEC_LPC_H */