src/lib/doslib/ext/speex/cb_search.c

   1 /* Copyright (C) 2002-2006 Jean-Marc Valin
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   3
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   7
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  10
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  30 */
  31
  32 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  33 #include "config.h"
  34 #endif
  35
  36 #include "cb_search.h"
  37 #include "filters.h"
  38 #include "stack_alloc.h"
  39 #include "vq.h"
  40 #include "arch.h"
  41 #include "math_approx.h"
  42 #include "os_support.h"
  43
  44 #ifdef _USE_SSE
  45 #include "cb_search_sse.h"
  46 #elif defined(ARM4_ASM) || defined(ARM5E_ASM)
  47 #include "cb_search_arm4.h"
  48 #elif defined(BFIN_ASM)
  49 #include "cb_search_bfin.h"
  50 #endif
  51
  52 #ifndef OVERRIDE_COMPUTE_WEIGHTED_CODEBOOK
  53 static void compute_weighted_codebook(const signed char *shape_cb, const spx_word16_t *r, spx_word16_t *resp, spx_word16_t *resp2, spx_word32_t *E, int shape_cb_size, int subvect_size, char *stack)
  54 {
  55    int i, j, k;
  56    VARDECL(spx_word16_t *shape);
  57    ALLOC(shape, subvect_size, spx_word16_t);
  58    for (i=0;i<shape_cb_size;i++)
  59    {
  60       spx_word16_t *res;
  61
  62       res = resp+i*subvect_size;
  63       for (k=0;k<subvect_size;k++)
  64          shape[k] = (spx_word16_t)shape_cb[i*subvect_size+k];
  65       E[i]=0;
  66
  67       /* Compute codeword response using convolution with impulse response */
  68       for(j=0;j<subvect_size;j++)
  69       {
  70          spx_word32_t resj=0;
  71          spx_word16_t res16;
  72          for (k=0;k<=j;k++)
  73             resj = MAC16_16(resj,shape[k],r[j-k]);
  74 #ifdef FIXED_POINT
  75          res16 = EXTRACT16(SHR32(resj, 13));
  76 #else
  77          res16 = 0.03125f*resj;
  78 #endif
  79          /* Compute codeword energy */
  80          E[i]=MAC16_16(E[i],res16,res16);
  81          res[j] = res16;
  82          /*printf ("%d\n", (int)res[j]);*/
  83       }
  84    }
  85
  86 }
  87 #endif
  88
  89 #ifndef OVERRIDE_TARGET_UPDATE
  90 static inline void target_update(spx_word16_t *t, spx_word16_t g, spx_word16_t *r, int len)
  91 {
  92    int n;
  93    for (n=0;n<len;n++)
  94       t[n] = SUB16(t[n],PSHR32(MULT16_16(g,r[n]),13));
  95 }
  96 #endif
  97
  98
  99
 100 static void split_cb_search_shape_sign_N1(
 101 spx_word16_t target[],                  /* target vector */
 102 spx_coef_t ak[],                        /* LPCs for this subframe */
 103 spx_coef_t awk1[],                      /* Weighted LPCs for this subframe */
 104 spx_coef_t awk2[],                      /* Weighted LPCs for this subframe */
 105 const void *par,                      /* Codebook/search parameters*/
 106 int   p,                        /* number of LPC coeffs */
 107 int   nsf,                      /* number of samples in subframe */
 108 spx_sig_t *exc,
 109 spx_word16_t *r,
 110 SpeexBits *bits,
 111 char *stack,
 112 int   update_target
 113 )
 114 {
 115    int i,j,m,q;
 116    VARDECL(spx_word16_t *resp);
 117 #ifdef _USE_SSE
 118    VARDECL(__m128 *resp2);
 119    VARDECL(__m128 *E);
 120 #else
 121    spx_word16_t *resp2;
 122    VARDECL(spx_word32_t *E);
 123 #endif
 124    VARDECL(spx_word16_t *t);
 125    VARDECL(spx_sig_t *e);
 126    const signed char *shape_cb;
 127    int shape_cb_size, subvect_size, nb_subvect;
 128    const split_cb_params *params;
 129    int best_index;
 130    spx_word32_t best_dist;
 131    int have_sign;
 132
 133    params = (const split_cb_params *) par;
 134    subvect_size = params->subvect_size;
 135    nb_subvect = params->nb_subvect;
 136    shape_cb_size = 1<<params->shape_bits;
 137    shape_cb = params->shape_cb;
 138    have_sign = params->have_sign;
 139    ALLOC(resp, shape_cb_size*subvect_size, spx_word16_t);
 140 #ifdef _USE_SSE
 141    ALLOC(resp2, (shape_cb_size*subvect_size)>>2, __m128);
 142    ALLOC(E, shape_cb_size>>2, __m128);
 143 #else
 144    resp2 = resp;
 145    ALLOC(E, shape_cb_size, spx_word32_t);
 146 #endif
 147    ALLOC(t, nsf, spx_word16_t);
 148    ALLOC(e, nsf, spx_sig_t);
 149
 150    /* FIXME: Do we still need to copy the target? */
 151    SPEEX_COPY(t, target, nsf);
 152
 153    compute_weighted_codebook(shape_cb, r, resp, resp2, E, shape_cb_size, subvect_size, stack);
 154
 155    for (i=0;i<nb_subvect;i++)
 156    {
 157       spx_word16_t *x=t+subvect_size*i;
 158       /*Find new n-best based on previous n-best j*/
 159       if (have_sign)
 160          vq_nbest_sign(x, resp2, subvect_size, shape_cb_size, E, 1, &best_index, &best_dist, stack);
 161       else
 162          vq_nbest(x, resp2, subvect_size, shape_cb_size, E, 1, &best_index, &best_dist, stack);
 163
 164       speex_bits_pack(bits,best_index,params->shape_bits+have_sign);
 165
 166       {
 167          int rind;
 168          spx_word16_t *res;
 169          spx_word16_t sign=1;
 170          rind = best_index;
 171          if (rind>=shape_cb_size)
 172          {
 173             sign=-1;
 174             rind-=shape_cb_size;
 175          }
 176          res = resp+rind*subvect_size;
 177          if (sign>0)
 178             for (m=0;m<subvect_size;m++)
 179                t[subvect_size*i+m] = SUB16(t[subvect_size*i+m], res[m]);
 180          else
 181             for (m=0;m<subvect_size;m++)
 182                t[subvect_size*i+m] = ADD16(t[subvect_size*i+m], res[m]);
 183
 184 #ifdef FIXED_POINT
 185          if (sign==1)
 186          {
 187             for (j=0;j<subvect_size;j++)
 188                e[subvect_size*i+j]=SHL32(EXTEND32(shape_cb[rind*subvect_size+j]),SIG_SHIFT-5);
 189          } else {
 190             for (j=0;j<subvect_size;j++)
 191                e[subvect_size*i+j]=NEG32(SHL32(EXTEND32(shape_cb[rind*subvect_size+j]),SIG_SHIFT-5));
 192          }
 193 #else
 194          for (j=0;j<subvect_size;j++)
 195             e[subvect_size*i+j]=sign*0.03125*shape_cb[rind*subvect_size+j];
 196 #endif
 197
 198       }
 199
 200       for (m=0;m<subvect_size;m++)
 201       {
 202          spx_word16_t g;
 203          int rind;
 204          spx_word16_t sign=1;
 205          rind = best_index;
 206          if (rind>=shape_cb_size)
 207          {
 208             sign=-1;
 209             rind-=shape_cb_size;
 210          }
 211
 212          q=subvect_size-m;
 213 #ifdef FIXED_POINT
 214          g=sign*shape_cb[rind*subvect_size+m];
 215 #else
 216          g=sign*0.03125*shape_cb[rind*subvect_size+m];
 217 #endif
 218          target_update(t+subvect_size*(i+1), g, r+q, nsf-subvect_size*(i+1));
 219       }
 220    }
 221
 222    /* Update excitation */
 223    /* FIXME: We could update the excitation directly above */
 224    for (j=0;j<nsf;j++)
 225       exc[j]=ADD32(exc[j],e[j]);
 226
 227    /* Update target: only update target if necessary */
 228    if (update_target)
 229    {
 230       VARDECL(spx_word16_t *r2);
 231       ALLOC(r2, nsf, spx_word16_t);
 232       for (j=0;j<nsf;j++)
 233          r2[j] = EXTRACT16(PSHR32(e[j] ,6));
 234       syn_percep_zero16(r2, ak, awk1, awk2, r2, nsf,p, stack);
 235       for (j=0;j<nsf;j++)
 236          target[j]=SUB16(target[j],PSHR16(r2[j],2));
 237    }
 238 }
 239
 240
 241
 242 void split_cb_search_shape_sign(
 243 spx_word16_t target[],                  /* target vector */
 244 spx_coef_t ak[],                        /* LPCs for this subframe */
 245 spx_coef_t awk1[],                      /* Weighted LPCs for this subframe */
 246 spx_coef_t awk2[],                      /* Weighted LPCs for this subframe */
 247 const void *par,                      /* Codebook/search parameters*/
 248 int   p,                        /* number of LPC coeffs */
 249 int   nsf,                      /* number of samples in subframe */
 250 spx_sig_t *exc,
 251 spx_word16_t *r,
 252 SpeexBits *bits,
 253 char *stack,
 254 int   complexity,
 255 int   update_target
 256 )
 257 {
 258    int i,j,k,m,n,q;
 259    VARDECL(spx_word16_t *resp);
 260 #ifdef _USE_SSE
 261    VARDECL(__m128 *resp2);
 262    VARDECL(__m128 *E);
 263 #else
 264    spx_word16_t *resp2;
 265    VARDECL(spx_word32_t *E);
 266 #endif
 267    VARDECL(spx_word16_t *t);
 268    VARDECL(spx_sig_t *e);
 269    VARDECL(spx_word16_t *tmp);
 270    VARDECL(spx_word32_t *ndist);
 271    VARDECL(spx_word32_t *odist);
 272    VARDECL(int *itmp);
 273    VARDECL(spx_word16_t **ot2);
 274    VARDECL(spx_word16_t **nt2);
 275    spx_word16_t **ot, **nt;
 276    VARDECL(int **nind);
 277    VARDECL(int **oind);
 278    VARDECL(int *ind);
 279    const signed char *shape_cb;
 280    int shape_cb_size, subvect_size, nb_subvect;
 281    const split_cb_params *params;
 282    int N=2;
 283    VARDECL(int *best_index);
 284    VARDECL(spx_word32_t *best_dist);
 285    VARDECL(int *best_nind);
 286    VARDECL(int *best_ntarget);
 287    int have_sign;
 288    N=complexity;
 289    if (N>10)
 290       N=10;
 291    /* Complexity isn't as important for the codebooks as it is for the pitch */
 292    N=(2*N)/3;
 293    if (N<1)
 294       N=1;
 295    if (N==1)
 296    {
 297       split_cb_search_shape_sign_N1(target,ak,awk1,awk2,par,p,nsf,exc,r,bits,stack,update_target);
 298       return;
 299    }
 300    ALLOC(ot2, N, spx_word16_t*);
 301    ALLOC(nt2, N, spx_word16_t*);
 302    ALLOC(oind, N, int*);
 303    ALLOC(nind, N, int*);
 304
 305    params = (const split_cb_params *) par;
 306    subvect_size = params->subvect_size;
 307    nb_subvect = params->nb_subvect;
 308    shape_cb_size = 1<<params->shape_bits;
 309    shape_cb = params->shape_cb;
 310    have_sign = params->have_sign;
 311    ALLOC(resp, shape_cb_size*subvect_size, spx_word16_t);
 312 #ifdef _USE_SSE
 313    ALLOC(resp2, (shape_cb_size*subvect_size)>>2, __m128);
 314    ALLOC(E, shape_cb_size>>2, __m128);
 315 #else
 316    resp2 = resp;
 317    ALLOC(E, shape_cb_size, spx_word32_t);
 318 #endif
 319    ALLOC(t, nsf, spx_word16_t);
 320    ALLOC(e, nsf, spx_sig_t);
 321    ALLOC(ind, nb_subvect, int);
 322
 323    ALLOC(tmp, 2*N*nsf, spx_word16_t);
 324    for (i=0;i<N;i++)
 325    {
 326       ot2[i]=tmp+2*i*nsf;
 327       nt2[i]=tmp+(2*i+1)*nsf;
 328    }
 329    ot=ot2;
 330    nt=nt2;
 331    ALLOC(best_index, N, int);
 332    ALLOC(best_dist, N, spx_word32_t);
 333    ALLOC(best_nind, N, int);
 334    ALLOC(best_ntarget, N, int);
 335    ALLOC(ndist, N, spx_word32_t);
 336    ALLOC(odist, N, spx_word32_t);
 337
 338    ALLOC(itmp, 2*N*nb_subvect, int);
 339    for (i=0;i<N;i++)
 340    {
 341       nind[i]=itmp+2*i*nb_subvect;
 342       oind[i]=itmp+(2*i+1)*nb_subvect;
 343    }
 344
 345    SPEEX_COPY(t, target, nsf);
 346
 347    for (j=0;j<N;j++)
 348       SPEEX_COPY(&ot[j][0], t, nsf);
 349
 350    /* Pre-compute codewords response and energy */
 351    compute_weighted_codebook(shape_cb, r, resp, resp2, E, shape_cb_size, subvect_size, stack);
 352
 353    for (j=0;j<N;j++)
 354       odist[j]=0;
 355
 356    /*For all subvectors*/
 357    for (i=0;i<nb_subvect;i++)
 358    {
 359       /*"erase" nbest list*/
 360       for (j=0;j<N;j++)
 361          ndist[j]=VERY_LARGE32;
 362       /* This is not strictly necessary, but it provides an additonal safety
 363          to prevent crashes in case something goes wrong in the previous
 364          steps (e.g. NaNs) */
 365       for (j=0;j<N;j++)
 366          best_nind[j] = best_ntarget[j] = 0;
 367       /*For all n-bests of previous subvector*/
 368       for (j=0;j<N;j++)
 369       {
 370          spx_word16_t *x=ot[j]+subvect_size*i;
 371          spx_word32_t tener = 0;
 372          for (m=0;m<subvect_size;m++)
 373             tener = MAC16_16(tener, x[m],x[m]);
 374 #ifdef FIXED_POINT
 375          tener = SHR32(tener,1);
 376 #else
 377          tener *= .5;
 378 #endif
 379          /*Find new n-best based on previous n-best j*/
 380          if (have_sign)
 381             vq_nbest_sign(x, resp2, subvect_size, shape_cb_size, E, N, best_index, best_dist, stack);
 382          else
 383             vq_nbest(x, resp2, subvect_size, shape_cb_size, E, N, best_index, best_dist, stack);
 384
 385          /*For all new n-bests*/
 386          for (k=0;k<N;k++)
 387          {
 388             /* Compute total distance (including previous sub-vectors */
 389             spx_word32_t err = ADD32(ADD32(odist[j],best_dist[k]),tener);
 390
 391             /*update n-best list*/
 392             if (err<ndist[N-1])
 393             {
 394                for (m=0;m<N;m++)
 395                {
 396                   if (err < ndist[m])
 397                   {
 398                      for (n=N-1;n>m;n--)
 399                      {
 400                         ndist[n] = ndist[n-1];
 401                         best_nind[n] = best_nind[n-1];
 402                         best_ntarget[n] = best_ntarget[n-1];
 403                      }
 404                      /* n is equal to m here, so they're interchangeable */
 405                      ndist[m] = err;
 406                      best_nind[n] = best_index[k];
 407                      best_ntarget[n] = j;
 408                      break;
 409                   }
 410                }
 411             }
 412          }
 413          if (i==0)
 414             break;
 415       }
 416       for (j=0;j<N;j++)
 417       {
 418          /*previous target (we don't care what happened before*/
 419          for (m=(i+1)*subvect_size;m<nsf;m++)
 420             nt[j][m]=ot[best_ntarget[j]][m];
 421
 422          /* New code: update the rest of the target only if it's worth it */
 423          for (m=0;m<subvect_size;m++)
 424          {
 425             spx_word16_t g;
 426             int rind;
 427             spx_word16_t sign=1;
 428             rind = best_nind[j];
 429             if (rind>=shape_cb_size)
 430             {
 431                sign=-1;
 432                rind-=shape_cb_size;
 433             }
 434
 435             q=subvect_size-m;
 436 #ifdef FIXED_POINT
 437             g=sign*shape_cb[rind*subvect_size+m];
 438 #else
 439             g=sign*0.03125*shape_cb[rind*subvect_size+m];
 440 #endif
 441             target_update(nt[j]+subvect_size*(i+1), g, r+q, nsf-subvect_size*(i+1));
 442          }
 443
 444          for (q=0;q<nb_subvect;q++)
 445             nind[j][q]=oind[best_ntarget[j]][q];
 446          nind[j][i]=best_nind[j];
 447       }
 448
 449       /*update old-new data*/
 450       /* just swap pointers instead of a long copy */
 451       {
 452          spx_word16_t **tmp2;
 453          tmp2=ot;
 454          ot=nt;
 455          nt=tmp2;
 456       }
 457       for (j=0;j<N;j++)
 458          for (m=0;m<nb_subvect;m++)
 459             oind[j][m]=nind[j][m];
 460       for (j=0;j<N;j++)
 461          odist[j]=ndist[j];
 462    }
 463
 464    /*save indices*/
 465    for (i=0;i<nb_subvect;i++)
 466    {
 467       ind[i]=nind[0][i];
 468       speex_bits_pack(bits,ind[i],params->shape_bits+have_sign);
 469    }
 470
 471    /* Put everything back together */
 472    for (i=0;i<nb_subvect;i++)
 473    {
 474       int rind;
 475       spx_word16_t sign=1;
 476       rind = ind[i];
 477       if (rind>=shape_cb_size)
 478       {
 479          sign=-1;
 480          rind-=shape_cb_size;
 481       }
 482 #ifdef FIXED_POINT
 483       if (sign==1)
 484       {
 485          for (j=0;j<subvect_size;j++)
 486             e[subvect_size*i+j]=SHL32(EXTEND32(shape_cb[rind*subvect_size+j]),SIG_SHIFT-5);
 487       } else {
 488          for (j=0;j<subvect_size;j++)
 489             e[subvect_size*i+j]=NEG32(SHL32(EXTEND32(shape_cb[rind*subvect_size+j]),SIG_SHIFT-5));
 490       }
 491 #else
 492       for (j=0;j<subvect_size;j++)
 493          e[subvect_size*i+j]=sign*0.03125*shape_cb[rind*subvect_size+j];
 494 #endif
 495    }
 496    /* Update excitation */
 497    for (j=0;j<nsf;j++)
 498       exc[j]=ADD32(exc[j],e[j]);
 499
 500    /* Update target: only update target if necessary */
 501    if (update_target)
 502    {
 503       VARDECL(spx_word16_t *r2);
 504       ALLOC(r2, nsf, spx_word16_t);
 505       for (j=0;j<nsf;j++)
 506          r2[j] = EXTRACT16(PSHR32(e[j] ,6));
 507       syn_percep_zero16(r2, ak, awk1, awk2, r2, nsf,p, stack);
 508       for (j=0;j<nsf;j++)
 509          target[j]=SUB16(target[j],PSHR16(r2[j],2));
 510    }
 511 }
 512
 513
 514 void split_cb_shape_sign_unquant(
 515 spx_sig_t *exc,
 516 const void *par,                      /* non-overlapping codebook */
 517 int   nsf,                      /* number of samples in subframe */
 518 SpeexBits *bits,
 519 char *stack,
 520 spx_int32_t *seed
 521 )
 522 {
 523    int i,j;
 524    VARDECL(int *ind);
 525    VARDECL(int *signs);
 526    const signed char *shape_cb;
 527    int shape_cb_size, subvect_size, nb_subvect;
 528    const split_cb_params *params;
 529    int have_sign;
 530
 531    params = (const split_cb_params *) par;
 532    subvect_size = params->subvect_size;
 533    nb_subvect = params->nb_subvect;
 534    shape_cb_size = 1<<params->shape_bits;
 535    shape_cb = params->shape_cb;
 536    have_sign = params->have_sign;
 537
 538    ALLOC(ind, nb_subvect, int);
 539    ALLOC(signs, nb_subvect, int);
 540
 541    /* Decode codewords and gains */
 542    for (i=0;i<nb_subvect;i++)
 543    {
 544       if (have_sign)
 545          signs[i] = speex_bits_unpack_unsigned(bits, 1);
 546       else
 547          signs[i] = 0;
 548       ind[i] = speex_bits_unpack_unsigned(bits, params->shape_bits);
 549    }
 550    /* Compute decoded excitation */
 551    for (i=0;i<nb_subvect;i++)
 552    {
 553       spx_word16_t s=1;
 554       if (signs[i])
 555          s=-1;
 556 #ifdef FIXED_POINT
 557       if (s==1)
 558       {
 559          for (j=0;j<subvect_size;j++)
 560             exc[subvect_size*i+j]=SHL32(EXTEND32(shape_cb[ind[i]*subvect_size+j]),SIG_SHIFT-5);
 561       } else {
 562          for (j=0;j<subvect_size;j++)
 563             exc[subvect_size*i+j]=NEG32(SHL32(EXTEND32(shape_cb[ind[i]*subvect_size+j]),SIG_SHIFT-5));
 564       }
 565 #else
 566       for (j=0;j<subvect_size;j++)
 567          exc[subvect_size*i+j]+=s*0.03125*shape_cb[ind[i]*subvect_size+j];
 568 #endif
 569    }
 570 }
 571
 572 void noise_codebook_quant(
 573 spx_word16_t target[],                  /* target vector */
 574 spx_coef_t ak[],                        /* LPCs for this subframe */
 575 spx_coef_t awk1[],                      /* Weighted LPCs for this subframe */
 576 spx_coef_t awk2[],                      /* Weighted LPCs for this subframe */
 577 const void *par,                      /* Codebook/search parameters*/
 578 int   p,                        /* number of LPC coeffs */
 579 int   nsf,                      /* number of samples in subframe */
 580 spx_sig_t *exc,
 581 spx_word16_t *r,
 582 SpeexBits *bits,
 583 char *stack,
 584 int   complexity,
 585 int   update_target
 586 )
 587 {
 588    int i;
 589    VARDECL(spx_word16_t *tmp);
 590    ALLOC(tmp, nsf, spx_word16_t);
 591    residue_percep_zero16(target, ak, awk1, awk2, tmp, nsf, p, stack);
 592
 593    for (i=0;i<nsf;i++)
 594       exc[i]+=SHL32(EXTEND32(tmp[i]),8);
 595    SPEEX_MEMSET(target, 0, nsf);
 596 }
 597
 598
 599 void noise_codebook_unquant(
 600 spx_sig_t *exc,
 601 const void *par,                      /* non-overlapping codebook */
 602 int   nsf,                      /* number of samples in subframe */
 603 SpeexBits *bits,
 604 char *stack,
 605 spx_int32_t *seed
 606 )
 607 {
 608    int i;
 609    /* FIXME: This is bad, but I don't think the function ever gets called anyway */
 610    for (i=0;i<nsf;i++)
 611       exc[i]=SHL32(EXTEND32(speex_rand(1, seed)),SIG_SHIFT);
 612 }