git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/mdct15.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2013-2014 Mozilla Corporation
   3  * Copyright (c) 2017 Rostislav Pehlivanov <atomnuker@gmail.com>
   4  *
   5  * This file is part of FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg 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  * FFmpeg 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 FFmpeg; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 /**
  23  * @file
  24  * Celt non-power of 2 iMDCT
  25  */
  26
  27 #include <float.h>
  28 #include <math.h>
  29 #include <stddef.h>
  30
  31 #include "config.h"
  32
  33 #include "libavutil/attributes.h"
  34 #include "libavutil/common.h"
  35
  36 #include "mdct15.h"
  37
  38 #define FFT_FLOAT 1
  39 #include "fft-internal.h"
  40
  41 #define CMUL3(c, a, b) CMUL((c).re, (c).im, (a).re, (a).im, (b).re, (b).im)
  42
  43 av_cold void ff_mdct15_uninit(MDCT15Context **ps)
  44 {
  45     MDCT15Context *s = *ps;
  46
  47     if (!s)
  48         return;
  49
  50     ff_fft_end(&s->ptwo_fft);
  51
  52     av_freep(&s->pfa_prereindex);
  53     av_freep(&s->pfa_postreindex);
  54     av_freep(&s->twiddle_exptab);
  55     av_freep(&s->tmp);
  56
  57     av_freep(ps);
  58 }
  59
  60 static void mdct15(MDCT15Context *s, float *dst, const float *src, ptrdiff_t stride);
  61
  62 static void imdct15_half(MDCT15Context *s, float *dst, const float *src,
  63                          ptrdiff_t stride, float scale);
  64
  65 static inline int init_pfa_reindex_tabs(MDCT15Context *s)
  66 {
  67     int i, j;
  68     const int b_ptwo = s->ptwo_fft.nbits; /* Bits for the power of two FFTs */
  69     const int l_ptwo = 1 << b_ptwo; /* Total length for the power of two FFTs */
  70     const int inv_1 = l_ptwo << ((4 - b_ptwo) & 3); /* (2^b_ptwo)^-1 mod 15 */
  71     const int inv_2 = 0xeeeeeeef & ((1U << b_ptwo) - 1); /* 15^-1 mod 2^b_ptwo */
  72
  73     s->pfa_prereindex = av_malloc(15 * l_ptwo * sizeof(*s->pfa_prereindex));
  74     if (!s->pfa_prereindex)
  75         return 1;
  76
  77     s->pfa_postreindex = av_malloc(15 * l_ptwo * sizeof(*s->pfa_postreindex));
  78     if (!s->pfa_postreindex)
  79         return 1;
  80
  81     /* Pre/Post-reindex */
  82     for (i = 0; i < l_ptwo; i++) {
  83         for (j = 0; j < 15; j++) {
  84             const int q_pre = ((l_ptwo * j)/15 + i) >> b_ptwo;
  85             const int q_post = (((j*inv_1)/15) + (i*inv_2)) >> b_ptwo;
  86             const int k_pre = 15*i + (j - q_pre*15)*(1 << b_ptwo);
  87             const int k_post = i*inv_2*15 + j*inv_1 - 15*q_post*l_ptwo;
  88             s->pfa_prereindex[i*15 + j] = k_pre;
  89             s->pfa_postreindex[k_post] = l_ptwo*j + i;
  90         }
  91     }
  92
  93     return 0;
  94 }
  95
  96 av_cold int ff_mdct15_init(MDCT15Context **ps, int inverse, int N, double scale)
  97 {
  98     MDCT15Context *s;
  99     double alpha, theta;
 100     int len2 = 15 * (1 << N);
 101     int len  = 2 * len2;
 102     int i;
 103
 104     /* Tested and verified to work on everything in between */
 105     if ((N < 2) || (N > 13))
 106         return AVERROR(EINVAL);
 107
 108     s = av_mallocz(sizeof(*s));
 109     if (!s)
 110         return AVERROR(ENOMEM);
 111
 112     s->fft_n = N - 1;
 113     s->len4 = len2 / 2;
 114     s->len2 = len2;
 115     s->inverse = inverse;
 116     s->mdct = mdct15;
 117     s->imdct_half = imdct15_half;
 118
 119     if (ff_fft_init(&s->ptwo_fft, N - 1, s->inverse) < 0)
 120         goto fail;
 121
 122     if (init_pfa_reindex_tabs(s))
 123         goto fail;
 124
 125     s->tmp  = av_malloc_array(len, 2 * sizeof(*s->tmp));
 126     if (!s->tmp)
 127         goto fail;
 128
 129     s->twiddle_exptab  = av_malloc_array(s->len4, sizeof(*s->twiddle_exptab));
 130     if (!s->twiddle_exptab)
 131         goto fail;
 132
 133     theta = 0.125f + (scale < 0 ? s->len4 : 0);
 134     scale = sqrt(fabs(scale));
 135     for (i = 0; i < s->len4; i++) {
 136         alpha = 2 * M_PI * (i + theta) / len;
 137         s->twiddle_exptab[i].re = cos(alpha) * scale;
 138         s->twiddle_exptab[i].im = sin(alpha) * scale;
 139     }
 140
 141     /* 15-point FFT exptab */
 142     for (i = 0; i < 19; i++) {
 143         if (i < 15) {
 144             double theta = (2.0f * M_PI * i) / 15.0f;
 145             if (!s->inverse)
 146                 theta *= -1;
 147             s->exptab[i].re = cos(theta);
 148             s->exptab[i].im = sin(theta);
 149         } else { /* Wrap around to simplify fft15 */
 150             s->exptab[i] = s->exptab[i - 15];
 151         }
 152     }
 153
 154     /* 5-point FFT exptab */
 155     s->exptab[19].re = cos(2.0f * M_PI / 5.0f);
 156     s->exptab[19].im = sin(2.0f * M_PI / 5.0f);
 157     s->exptab[20].re = cos(1.0f * M_PI / 5.0f);
 158     s->exptab[20].im = sin(1.0f * M_PI / 5.0f);
 159
 160     /* Invert the phase for an inverse transform, do nothing for a forward transform */
 161     if (s->inverse) {
 162         s->exptab[19].im *= -1;
 163         s->exptab[20].im *= -1;
 164     }
 165
 166     *ps = s;
 167
 168     return 0;
 169
 170 fail:
 171     ff_mdct15_uninit(&s);
 172     return AVERROR(ENOMEM);
 173 }
 174
 175 /* Stride is hardcoded to 3 */
 176 static inline void fft5(const FFTComplex exptab[2], FFTComplex *out,
 177                         const FFTComplex *in)
 178 {
 179     FFTComplex z0[4], t[6];
 180
 181     t[0].re = in[3].re + in[12].re;
 182     t[0].im = in[3].im + in[12].im;
 183     t[1].im = in[3].re - in[12].re;
 184     t[1].re = in[3].im - in[12].im;
 185     t[2].re = in[6].re + in[ 9].re;
 186     t[2].im = in[6].im + in[ 9].im;
 187     t[3].im = in[6].re - in[ 9].re;
 188     t[3].re = in[6].im - in[ 9].im;
 189
 190     out[0].re = in[0].re + in[3].re + in[6].re + in[9].re + in[12].re;
 191     out[0].im = in[0].im + in[3].im + in[6].im + in[9].im + in[12].im;
 192
 193     t[4].re = exptab[0].re * t[2].re - exptab[1].re * t[0].re;
 194     t[4].im = exptab[0].re * t[2].im - exptab[1].re * t[0].im;
 195     t[0].re = exptab[0].re * t[0].re - exptab[1].re * t[2].re;
 196     t[0].im = exptab[0].re * t[0].im - exptab[1].re * t[2].im;
 197     t[5].re = exptab[0].im * t[3].re - exptab[1].im * t[1].re;
 198     t[5].im = exptab[0].im * t[3].im - exptab[1].im * t[1].im;
 199     t[1].re = exptab[0].im * t[1].re + exptab[1].im * t[3].re;
 200     t[1].im = exptab[0].im * t[1].im + exptab[1].im * t[3].im;
 201
 202     z0[0].re = t[0].re - t[1].re;
 203     z0[0].im = t[0].im - t[1].im;
 204     z0[1].re = t[4].re + t[5].re;
 205     z0[1].im = t[4].im + t[5].im;
 206
 207     z0[2].re = t[4].re - t[5].re;
 208     z0[2].im = t[4].im - t[5].im;
 209     z0[3].re = t[0].re + t[1].re;
 210     z0[3].im = t[0].im + t[1].im;
 211
 212     out[1].re = in[0].re + z0[3].re;
 213     out[1].im = in[0].im + z0[0].im;
 214     out[2].re = in[0].re + z0[2].re;
 215     out[2].im = in[0].im + z0[1].im;
 216     out[3].re = in[0].re + z0[1].re;
 217     out[3].im = in[0].im + z0[2].im;
 218     out[4].re = in[0].re + z0[0].re;
 219     out[4].im = in[0].im + z0[3].im;
 220 }
 221
 222 static void fft15(const FFTComplex exptab[22], FFTComplex *out, const FFTComplex *in, size_t stride)
 223 {
 224     int k;
 225     FFTComplex tmp1[5], tmp2[5], tmp3[5];
 226
 227     fft5(exptab + 19, tmp1, in + 0);
 228     fft5(exptab + 19, tmp2, in + 1);
 229     fft5(exptab + 19, tmp3, in + 2);
 230
 231     for (k = 0; k < 5; k++) {
 232         FFTComplex t[2];
 233
 234         CMUL3(t[0], tmp2[k], exptab[k]);
 235         CMUL3(t[1], tmp3[k], exptab[2 * k]);
 236         out[stride*k].re = tmp1[k].re + t[0].re + t[1].re;
 237         out[stride*k].im = tmp1[k].im + t[0].im + t[1].im;
 238
 239         CMUL3(t[0], tmp2[k], exptab[k + 5]);
 240         CMUL3(t[1], tmp3[k], exptab[2 * (k + 5)]);
 241         out[stride*(k + 5)].re = tmp1[k].re + t[0].re + t[1].re;
 242         out[stride*(k + 5)].im = tmp1[k].im + t[0].im + t[1].im;
 243
 244         CMUL3(t[0], tmp2[k], exptab[k + 10]);
 245         CMUL3(t[1], tmp3[k], exptab[2 * k + 5]);
 246         out[stride*(k + 10)].re = tmp1[k].re + t[0].re + t[1].re;
 247         out[stride*(k + 10)].im = tmp1[k].im + t[0].im + t[1].im;
 248     }
 249 }
 250
 251 static void mdct15(MDCT15Context *s, float *dst, const float *src, ptrdiff_t stride)
 252 {
 253     int i, j;
 254     const int len4 = s->len4, len3 = len4 * 3, len8 = len4 >> 1;
 255     const int l_ptwo = 1 << s->ptwo_fft.nbits;
 256     FFTComplex fft15in[15];
 257
 258     /* Folding and pre-reindexing */
 259     for (i = 0; i < l_ptwo; i++) {
 260         for (j = 0; j < 15; j++) {
 261             float re, im;
 262             const int k = s->pfa_prereindex[i*15 + j];
 263             if (k < len8) {
 264                 re = -src[2*k+len3] - src[len3-1-2*k];
 265                 im = -src[len4+2*k] + src[len4-1-2*k];
 266             } else {
 267                 re =  src[2*k-len4] - src[1*len3-1-2*k];
 268                 im = -src[2*k+len4] - src[5*len4-1-2*k];
 269             }
 270             CMUL(fft15in[j].re, fft15in[j].im, re, im, s->twiddle_exptab[k].re, -s->twiddle_exptab[k].im);
 271         }
 272         fft15(s->exptab, s->tmp + s->ptwo_fft.revtab[i], fft15in, l_ptwo);
 273     }
 274
 275     /* Then a 15xN FFT (where N is a power of two) */
 276     for (i = 0; i < 15; i++)
 277         s->ptwo_fft.fft_calc(&s->ptwo_fft, s->tmp + l_ptwo*i);
 278
 279     /* Reindex again, apply twiddles and output */
 280     for (i = 0; i < len8; i++) {
 281         float re0, im0, re1, im1;
 282         const int i0 = len8 + i, i1 = len8 - i - 1;
 283         const int s0 = s->pfa_postreindex[i0], s1 = s->pfa_postreindex[i1];
 284
 285         CMUL(im1, re0, s->tmp[s1].re, s->tmp[s1].im, s->twiddle_exptab[i1].im, s->twiddle_exptab[i1].re);
 286         CMUL(im0, re1, s->tmp[s0].re, s->tmp[s0].im, s->twiddle_exptab[i0].im, s->twiddle_exptab[i0].re);
 287         dst[2*i1*stride         ] = re0;
 288         dst[2*i1*stride + stride] = im0;
 289         dst[2*i0*stride         ] = re1;
 290         dst[2*i0*stride + stride] = im1;
 291     }
 292 }
 293
 294 static void imdct15_half(MDCT15Context *s, float *dst, const float *src,
 295                          ptrdiff_t stride, float scale)
 296 {
 297     FFTComplex fft15in[15];
 298     FFTComplex *z = (FFTComplex *)dst;
 299     int i, j, len8 = s->len4 >> 1, l_ptwo = 1 << s->ptwo_fft.nbits;
 300     const float *in1 = src, *in2 = src + (s->len2 - 1) * stride;
 301
 302     /* Reindex input, putting it into a buffer and doing an Nx15 FFT */
 303     for (i = 0; i < l_ptwo; i++) {
 304         for (j = 0; j < 15; j++) {
 305             const int k = s->pfa_prereindex[i*15 + j];
 306             FFTComplex tmp = { *(in2 - 2*k*stride), *(in1 + 2*k*stride) };
 307             CMUL3(fft15in[j], tmp, s->twiddle_exptab[k]);
 308         }
 309         fft15(s->exptab, s->tmp + s->ptwo_fft.revtab[i], fft15in, l_ptwo);
 310     }
 311
 312     /* Then a 15xN FFT (where N is a power of two) */
 313     for (i = 0; i < 15; i++)
 314         s->ptwo_fft.fft_calc(&s->ptwo_fft, s->tmp + l_ptwo*i);
 315
 316     /* Reindex again, apply twiddles and output */
 317     for (i = 0; i < len8; i++) {
 318         float re0, im0, re1, im1;
 319         const int i0 = len8 + i, i1 = len8 - i - 1;
 320         const int s0 = s->pfa_postreindex[i0], s1 = s->pfa_postreindex[i1];
 321
 322         CMUL(re0, im1, s->tmp[s1].im, s->tmp[s1].re,  s->twiddle_exptab[i1].im, s->twiddle_exptab[i1].re);
 323         CMUL(re1, im0, s->tmp[s0].im, s->tmp[s0].re,  s->twiddle_exptab[i0].im, s->twiddle_exptab[i0].re);
 324         z[i1].re = scale * re0;
 325         z[i1].im = scale * im0;
 326         z[i0].re = scale * re1;
 327         z[i0].im = scale * im1;
 328     }
 329 }