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

   1 /*
   2  * MDCT/IMDCT transforms
   3  * Copyright (c) 2002 Fabrice Bellard
   4  *
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   6  *
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  11  *
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  18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 #include <stdlib.h>
  23 #include <string.h>
  24 #include "libavutil/common.h"
  25 #include "libavutil/mathematics.h"
  26 #include "fft.h"
  27
  28 /**
  29  * @file
  30  * MDCT/IMDCT transforms.
  31  */
  32
  33 // Generate a Kaiser-Bessel Derived Window.
  34 #define BESSEL_I0_ITER 50 // default: 50 iterations of Bessel I0 approximation
  35 av_cold void ff_kbd_window_init(float *window, float alpha, int n)
  36 {
  37    int i, j;
  38    double sum = 0.0, bessel, tmp;
  39    double local_window[FF_KBD_WINDOW_MAX];
  40    double alpha2 = (alpha * M_PI / n) * (alpha * M_PI / n);
  41
  42    assert(n <= FF_KBD_WINDOW_MAX);
  43
  44    for (i = 0; i < n; i++) {
  45        tmp = i * (n - i) * alpha2;
  46        bessel = 1.0;
  47        for (j = BESSEL_I0_ITER; j > 0; j--)
  48            bessel = bessel * tmp / (j * j) + 1;
  49        sum += bessel;
  50        local_window[i] = sum;
  51    }
  52
  53    sum++;
  54    for (i = 0; i < n; i++)
  55        window[i] = sqrt(local_window[i] / sum);
  56 }
  57
  58 #include "mdct_tablegen.h"
  59
  60 /**
  61  * init MDCT or IMDCT computation.
  62  */
  63 av_cold int ff_mdct_init(FFTContext *s, int nbits, int inverse, double scale)
  64 {
  65     int n, n4, i;
  66     double alpha, theta;
  67     int tstep;
  68
  69     memset(s, 0, sizeof(*s));
  70     n = 1 << nbits;
  71     s->mdct_bits = nbits;
  72     s->mdct_size = n;
  73     n4 = n >> 2;
  74     s->mdct_permutation = FF_MDCT_PERM_NONE;
  75
  76     if (ff_fft_init(s, s->mdct_bits - 2, inverse) < 0)
  77         goto fail;
  78
  79     s->tcos = av_malloc(n/2 * sizeof(FFTSample));
  80     if (!s->tcos)
  81         goto fail;
  82
  83     switch (s->mdct_permutation) {
  84     case FF_MDCT_PERM_NONE:
  85         s->tsin = s->tcos + n4;
  86         tstep = 1;
  87         break;
  88     case FF_MDCT_PERM_INTERLEAVE:
  89         s->tsin = s->tcos + 1;
  90         tstep = 2;
  91         break;
  92     default:
  93         goto fail;
  94     }
  95
  96     theta = 1.0 / 8.0 + (scale < 0 ? n4 : 0);
  97     scale = sqrt(fabs(scale));
  98     for(i=0;i<n4;i++) {
  99         alpha = 2 * M_PI * (i + theta) / n;
 100         s->tcos[i*tstep] = -cos(alpha) * scale;
 101         s->tsin[i*tstep] = -sin(alpha) * scale;
 102     }
 103     return 0;
 104  fail:
 105     ff_mdct_end(s);
 106     return -1;
 107 }
 108
 109 /* complex multiplication: p = a * b */
 110 #define CMUL(pre, pim, are, aim, bre, bim) \
 111 {\
 112     FFTSample _are = (are);\
 113     FFTSample _aim = (aim);\
 114     FFTSample _bre = (bre);\
 115     FFTSample _bim = (bim);\
 116     (pre) = _are * _bre - _aim * _bim;\
 117     (pim) = _are * _bim + _aim * _bre;\
 118 }
 119
 120 /**
 121  * Compute the middle half of the inverse MDCT of size N = 2^nbits,
 122  * thus excluding the parts that can be derived by symmetry
 123  * @param output N/2 samples
 124  * @param input N/2 samples
 125  */
 126 void ff_imdct_half_c(FFTContext *s, FFTSample *output, const FFTSample *input)
 127 {
 128     int k, n8, n4, n2, n, j;
 129     const uint16_t *revtab = s->revtab;
 130     const FFTSample *tcos = s->tcos;
 131     const FFTSample *tsin = s->tsin;
 132     const FFTSample *in1, *in2;
 133     FFTComplex *z = (FFTComplex *)output;
 134
 135     n = 1 << s->mdct_bits;
 136     n2 = n >> 1;
 137     n4 = n >> 2;
 138     n8 = n >> 3;
 139
 140     /* pre rotation */
 141     in1 = input;
 142     in2 = input + n2 - 1;
 143     for(k = 0; k < n4; k++) {
 144         j=revtab[k];
 145         CMUL(z[j].re, z[j].im, *in2, *in1, tcos[k], tsin[k]);
 146         in1 += 2;
 147         in2 -= 2;
 148     }
 149     ff_fft_calc(s, z);
 150
 151     /* post rotation + reordering */
 152     for(k = 0; k < n8; k++) {
 153         FFTSample r0, i0, r1, i1;
 154         CMUL(r0, i1, z[n8-k-1].im, z[n8-k-1].re, tsin[n8-k-1], tcos[n8-k-1]);
 155         CMUL(r1, i0, z[n8+k  ].im, z[n8+k  ].re, tsin[n8+k  ], tcos[n8+k  ]);
 156         z[n8-k-1].re = r0;
 157         z[n8-k-1].im = i0;
 158         z[n8+k  ].re = r1;
 159         z[n8+k  ].im = i1;
 160     }
 161 }
 162
 163 /**
 164  * Compute inverse MDCT of size N = 2^nbits
 165  * @param output N samples
 166  * @param input N/2 samples
 167  */
 168 void ff_imdct_calc_c(FFTContext *s, FFTSample *output, const FFTSample *input)
 169 {
 170     int k;
 171     int n = 1 << s->mdct_bits;
 172     int n2 = n >> 1;
 173     int n4 = n >> 2;
 174
 175     ff_imdct_half_c(s, output+n4, input);
 176
 177     for(k = 0; k < n4; k++) {
 178         output[k] = -output[n2-k-1];
 179         output[n-k-1] = output[n2+k];
 180     }
 181 }
 182
 183 /**
 184  * Compute MDCT of size N = 2^nbits
 185  * @param input N samples
 186  * @param out N/2 samples
 187  */
 188 void ff_mdct_calc_c(FFTContext *s, FFTSample *out, const FFTSample *input)
 189 {
 190     int i, j, n, n8, n4, n2, n3;
 191     FFTSample re, im;
 192     const uint16_t *revtab = s->revtab;
 193     const FFTSample *tcos = s->tcos;
 194     const FFTSample *tsin = s->tsin;
 195     FFTComplex *x = (FFTComplex *)out;
 196
 197     n = 1 << s->mdct_bits;
 198     n2 = n >> 1;
 199     n4 = n >> 2;
 200     n8 = n >> 3;
 201     n3 = 3 * n4;
 202
 203     /* pre rotation */
 204     for(i=0;i<n8;i++) {
 205         re = -input[2*i+n3] - input[n3-1-2*i];
 206         im = -input[n4+2*i] + input[n4-1-2*i];
 207         j = revtab[i];
 208         CMUL(x[j].re, x[j].im, re, im, -tcos[i], tsin[i]);
 209
 210         re = input[2*i] - input[n2-1-2*i];
 211         im = -(input[n2+2*i] + input[n-1-2*i]);
 212         j = revtab[n8 + i];
 213         CMUL(x[j].re, x[j].im, re, im, -tcos[n8 + i], tsin[n8 + i]);
 214     }
 215
 216     ff_fft_calc(s, x);
 217
 218     /* post rotation */
 219     for(i=0;i<n8;i++) {
 220         FFTSample r0, i0, r1, i1;
 221         CMUL(i1, r0, x[n8-i-1].re, x[n8-i-1].im, -tsin[n8-i-1], -tcos[n8-i-1]);
 222         CMUL(i0, r1, x[n8+i  ].re, x[n8+i  ].im, -tsin[n8+i  ], -tcos[n8+i  ]);
 223         x[n8-i-1].re = r0;
 224         x[n8-i-1].im = i0;
 225         x[n8+i  ].re = r1;
 226         x[n8+i  ].im = i1;
 227     }
 228 }
 229
 230 av_cold void ff_mdct_end(FFTContext *s)
 231 {
 232     av_freep(&s->tcos);
 233     ff_fft_end(s);
 234 }