lib/psy.c

   1 /********************************************************************
   2  *                                                                  *
   3  * THIS FILE IS PART OF THE OggVorbis SOFTWARE CODEC SOURCE CODE.   *
   4  * USE, DISTRIBUTION AND REPRODUCTION OF THIS LIBRARY SOURCE IS     *
   5  * GOVERNED BY A BSD-STYLE SOURCE LICENSE INCLUDED WITH THIS SOURCE *
   6  * IN 'COPYING'. PLEASE READ THESE TERMS BEFORE DISTRIBUTING.       *
   7  *                                                                  *
   8  * THE OggVorbis SOURCE CODE IS (C) COPYRIGHT 1994-2001             *
   9  * by the XIPHOPHORUS Company http://www.xiph.org/                  *
  10  *                                                                  *
  11  ********************************************************************
  12
  13  function: psychoacoustics not including preecho
  14  last mod: $Id: psy.c,v 1.50 2001/08/13 01:36:57 xiphmont Exp $
  15
  16  ********************************************************************/
  17
  18 #include <stdlib.h>
  19 #include <math.h>
  20 #include <string.h>
  21 #include "vorbis/codec.h"
  22 #include "codec_internal.h"
  23
  24 #include "masking.h"
  25 #include "psy.h"
  26 #include "os.h"
  27 #include "lpc.h"
  28 #include "smallft.h"
  29 #include "scales.h"
  30 #include "misc.h"
  31
  32 #define NEGINF -9999.f
  33
  34 /* Why Bark scale for encoding but not masking computation? Because
  35    masking has a strong harmonic dependancy */
  36
  37 vorbis_look_psy_global *_vp_global_look(vorbis_info *vi){
  38   int i,j;
  39   codec_setup_info *ci=vi->codec_setup;
  40   vorbis_info_psy_global *gi=ci->psy_g_param;
  41   vorbis_look_psy_global *look=_ogg_calloc(1,sizeof(vorbis_look_psy_global));
  42
  43   int shiftoc=rint(log(gi->eighth_octave_lines*8)/log(2))-1;
  44   look->decaylines=toOC(96000.f)*(1<<(shiftoc+1))+.5f; /* max sample
  45                                                           rate of
  46                                                           192000kHz
  47                                                           for now */
  48   look->decay=_ogg_calloc(vi->channels,sizeof(float *));
  49   for(i=0;i<vi->channels;i++){
  50     look->decay[i]=_ogg_calloc(look->decaylines,sizeof(float));
  51     for(j=0;j<look->decaylines;j++)
  52       look->decay[i][j]=-9999.;
  53   }
  54   look->channels=vi->channels;
  55
  56   look->ampmax=-9999.;
  57   look->gi=gi;
  58   return(look);
  59 }
  60
  61 void _vp_global_free(vorbis_look_psy_global *look){
  62   int i;
  63   if(look->decay){
  64     for(i=0;i<look->channels;i++)
  65       _ogg_free(look->decay[i]);
  66     _ogg_free(look->decay);
  67   }
  68   memset(look,0,sizeof(vorbis_look_psy_global));
  69   _ogg_free(look);
  70 }
  71
  72 void _vi_psy_free(vorbis_info_psy *i){
  73   if(i){
  74     memset(i,0,sizeof(vorbis_info_psy));
  75     _ogg_free(i);
  76   }
  77 }
  78
  79 vorbis_info_psy *_vi_psy_copy(vorbis_info_psy *i){
  80   vorbis_info_psy *ret=_ogg_malloc(sizeof(vorbis_info_psy));
  81   memcpy(ret,i,sizeof(vorbis_info_psy));
  82   return(ret);
  83 }
  84
  85 /* Set up decibel threshold slopes on a Bark frequency scale */
  86 /* ATH is the only bit left on a Bark scale.  No reason to change it
  87    right now */
  88 static void set_curve(float *ref,float *c,int n, float crate){
  89   int i,j=0;
  90
  91   for(i=0;i<MAX_BARK-1;i++){
  92     int endpos=rint(fromBARK(i+1)*2*n/crate);
  93     float base=ref[i];
  94     if(j<endpos){
  95       float delta=(ref[i+1]-base)/(endpos-j);
  96       for(;j<endpos && j<n;j++){
  97         c[j]=base;
  98         base+=delta;
  99       }
 100     }
 101   }
 102 }
 103
 104 static void min_curve(float *c,
 105                        float *c2){
 106   int i;
 107   for(i=0;i<EHMER_MAX;i++)if(c2[i]<c[i])c[i]=c2[i];
 108 }
 109 static void max_curve(float *c,
 110                        float *c2){
 111   int i;
 112   for(i=0;i<EHMER_MAX;i++)if(c2[i]>c[i])c[i]=c2[i];
 113 }
 114
 115 static void attenuate_curve(float *c,float att){
 116   int i;
 117   for(i=0;i<EHMER_MAX;i++)
 118     c[i]+=att;
 119 }
 120
 121 static void interp_curve(float *c,float *c1,float *c2,float del){
 122   int i;
 123   for(i=0;i<EHMER_MAX;i++)
 124     c[i]=c2[i]*del+c1[i]*(1.f-del);
 125 }
 126
 127 extern int analysis_noisy;
 128 static void setup_curve(float **c,
 129                         int band,
 130                         float *curveatt_dB){
 131   int i,j;
 132   float ath[EHMER_MAX];
 133   float tempc[P_LEVELS][EHMER_MAX];
 134   float *ATH=ATH_Bark_dB_lspconservative; /* just for limiting here */
 135
 136   memcpy(c[0]+2,c[4]+2,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 137   memcpy(c[2]+2,c[4]+2,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 138
 139   /* we add back in the ATH to avoid low level curves falling off to
 140      -infinity and unneccessarily cutting off high level curves in the
 141      curve limiting (last step).  But again, remember... a half-band's
 142      settings must be valid over the whole band, and it's better to
 143      mask too little than too much, so be pessimal. */
 144
 145   for(i=0;i<EHMER_MAX;i++){
 146     float oc_min=band*.5+(i-EHMER_OFFSET)*.125;
 147     float oc_max=band*.5+(i-EHMER_OFFSET+1)*.125;
 148     float bark=toBARK(fromOC(oc_min));
 149     int ibark=floor(bark);
 150     float del=bark-ibark;
 151     float ath_min,ath_max;
 152
 153     if(ibark<26)
 154       ath_min=ATH[ibark]*(1.f-del)+ATH[ibark+1]*del;
 155     else
 156       ath_min=ATH[25];
 157
 158     bark=toBARK(fromOC(oc_max));
 159     ibark=floor(bark);
 160     del=bark-ibark;
 161
 162     if(ibark<26)
 163       ath_max=ATH[ibark]*(1.f-del)+ATH[ibark+1]*del;
 164     else
 165       ath_max=ATH[25];
 166
 167     ath[i]=min(ath_min,ath_max);
 168   }
 169
 170   /* The c array is comes in as dB curves at 20 40 60 80 100 dB.
 171      interpolate intermediate dB curves */
 172   for(i=1;i<P_LEVELS;i+=2){
 173     interp_curve(c[i]+2,c[i-1]+2,c[i+1]+2,.5);
 174   }
 175
 176   /* normalize curves so the driving amplitude is 0dB */
 177   /* make temp curves with the ATH overlayed */
 178   for(i=0;i<P_LEVELS;i++){
 179     attenuate_curve(c[i]+2,curveatt_dB[i]);
 180     memcpy(tempc[i],ath,EHMER_MAX*sizeof(float));
 181     attenuate_curve(tempc[i],-i*10.f);
 182     max_curve(tempc[i],c[i]+2);
 183   }
 184
 185   /* Now limit the louder curves.
 186
 187      the idea is this: We don't know what the playback attenuation
 188      will be; 0dB SL moves every time the user twiddles the volume
 189      knob. So that means we have to use a single 'most pessimal' curve
 190      for all masking amplitudes, right?  Wrong.  The *loudest* sound
 191      can be in (we assume) a range of ...+100dB] SL.  However, sounds
 192      20dB down will be in a range ...+80], 40dB down is from ...+60],
 193      etc... */
 194
 195   for(j=1;j<P_LEVELS;j++){
 196     min_curve(tempc[j],tempc[j-1]);
 197     min_curve(c[j]+2,tempc[j]);
 198   }
 199
 200   /* add fenceposts */
 201   for(j=0;j<P_LEVELS;j++){
 202
 203     for(i=0;i<EHMER_OFFSET;i++)
 204       if(c[j][i+2]>-200.f)break;
 205     c[j][0]=i;
 206
 207     for(i=EHMER_MAX-1;i>EHMER_OFFSET+1;i--)
 208       if(c[j][i+2]>-200.f)
 209         break;
 210     c[j][1]=i;
 211
 212   }
 213 }
 214
 215 void _vp_psy_init(vorbis_look_psy *p,vorbis_info_psy *vi,
 216                   vorbis_info_psy_global *gi,int n,long rate){
 217   long i,j,k,lo=0,hi=0;
 218   long maxoc;
 219   memset(p,0,sizeof(vorbis_look_psy));
 220
 221
 222   p->eighth_octave_lines=gi->eighth_octave_lines;
 223   p->shiftoc=rint(log(gi->eighth_octave_lines*8)/log(2))-1;
 224
 225   p->firstoc=toOC(.25f*rate/n)*(1<<(p->shiftoc+1))-gi->eighth_octave_lines;
 226   maxoc=toOC((n*.5f-.25f)*rate/n)*(1<<(p->shiftoc+1))+.5f;
 227   p->total_octave_lines=maxoc-p->firstoc+1;
 228
 229   if(vi->ath)
 230     p->ath=_ogg_malloc(n*sizeof(float));
 231   p->octave=_ogg_malloc(n*sizeof(long));
 232   p->bark=_ogg_malloc(n*sizeof(unsigned long));
 233   p->vi=vi;
 234   p->n=n;
 235   p->rate=rate;
 236
 237   /* set up the lookups for a given blocksize and sample rate */
 238   if(vi->ath)
 239     set_curve(vi->ath, p->ath,n,rate);
 240   for(i=0;i<n;i++){
 241     float bark=toBARK(rate/(2*n)*i);
 242
 243     for(;lo+vi->noisewindowlomin<i &&
 244           toBARK(rate/(2*n)*lo)<(bark-vi->noisewindowlo);lo++);
 245
 246     for(;hi<n && (hi<i+vi->noisewindowhimin ||
 247           toBARK(rate/(2*n)*hi)<(bark+vi->noisewindowhi));hi++);
 248
 249     p->bark[i]=(hi<<16)+lo;
 250
 251   }
 252
 253   for(i=0;i<n;i++)
 254     p->octave[i]=toOC((i*.5f+.25f)*rate/n)*(1<<(p->shiftoc+1))+.5f;
 255
 256   p->tonecurves=_ogg_malloc(P_BANDS*sizeof(float **));
 257   p->noisethresh=_ogg_malloc(n*sizeof(float));
 258   p->noiseoffset=_ogg_malloc(n*sizeof(float));
 259   for(i=0;i<P_BANDS;i++)
 260     p->tonecurves[i]=_ogg_malloc(P_LEVELS*sizeof(float *));
 261
 262   for(i=0;i<P_BANDS;i++)
 263     for(j=0;j<P_LEVELS;j++)
 264       p->tonecurves[i][j]=_ogg_malloc((EHMER_MAX+2)*sizeof(float));
 265
 266
 267   /* OK, yeah, this was a silly way to do it */
 268   memcpy(p->tonecurves[0][4]+2,tone_125_40dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 269   memcpy(p->tonecurves[0][6]+2,tone_125_60dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 270   memcpy(p->tonecurves[0][8]+2,tone_125_80dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 271   memcpy(p->tonecurves[0][10]+2,tone_125_100dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 272
 273   memcpy(p->tonecurves[2][4]+2,tone_125_40dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 274   memcpy(p->tonecurves[2][6]+2,tone_125_60dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 275   memcpy(p->tonecurves[2][8]+2,tone_125_80dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 276   memcpy(p->tonecurves[2][10]+2,tone_125_100dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 277
 278   memcpy(p->tonecurves[4][4]+2,tone_250_40dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 279   memcpy(p->tonecurves[4][6]+2,tone_250_60dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 280   memcpy(p->tonecurves[4][8]+2,tone_250_80dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 281   memcpy(p->tonecurves[4][10]+2,tone_250_100dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 282
 283   memcpy(p->tonecurves[6][4]+2,tone_500_40dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 284   memcpy(p->tonecurves[6][6]+2,tone_500_60dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 285   memcpy(p->tonecurves[6][8]+2,tone_500_80dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 286   memcpy(p->tonecurves[6][10]+2,tone_500_100dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 287
 288   memcpy(p->tonecurves[8][4]+2,tone_1000_40dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 289   memcpy(p->tonecurves[8][6]+2,tone_1000_60dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 290   memcpy(p->tonecurves[8][8]+2,tone_1000_80dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 291   memcpy(p->tonecurves[8][10]+2,tone_1000_100dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 292
 293   memcpy(p->tonecurves[10][4]+2,tone_2000_40dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 294   memcpy(p->tonecurves[10][6]+2,tone_2000_60dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 295   memcpy(p->tonecurves[10][8]+2,tone_2000_80dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 296   memcpy(p->tonecurves[10][10]+2,tone_2000_100dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 297
 298   memcpy(p->tonecurves[12][4]+2,tone_4000_40dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 299   memcpy(p->tonecurves[12][6]+2,tone_4000_60dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 300   memcpy(p->tonecurves[12][8]+2,tone_4000_80dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 301   memcpy(p->tonecurves[12][10]+2,tone_4000_100dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 302
 303   memcpy(p->tonecurves[14][4]+2,tone_8000_40dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 304   memcpy(p->tonecurves[14][6]+2,tone_8000_60dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 305   memcpy(p->tonecurves[14][8]+2,tone_8000_80dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 306   memcpy(p->tonecurves[14][10]+2,tone_8000_100dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 307
 308   memcpy(p->tonecurves[16][4]+2,tone_8000_40dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 309   memcpy(p->tonecurves[16][6]+2,tone_8000_60dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 310   memcpy(p->tonecurves[16][8]+2,tone_8000_80dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 311   memcpy(p->tonecurves[16][10]+2,tone_8000_100dB_SL,sizeof(float)*EHMER_MAX);
 312
 313   /* value limit the tonal masking curves; the peakatt not only
 314      optionally specifies maximum dynamic depth, but also [always]
 315      limits the masking curves to a minimum depth */
 316   for(i=0;i<P_BANDS;i+=2)
 317     for(j=4;j<P_LEVELS;j+=2)
 318       for(k=2;k<EHMER_MAX+2;k++)
 319         p->tonecurves[i][j][k]+=vi->tone_masteratt;
 320
 321   /* interpolate curves between */
 322   for(i=1;i<P_BANDS;i+=2)
 323     for(j=4;j<P_LEVELS;j+=2){
 324       memcpy(p->tonecurves[i][j]+2,p->tonecurves[i-1][j]+2,EHMER_MAX*sizeof(float));
 325       /*interp_curve(p->tonecurves[i][j],
 326                    p->tonecurves[i-1][j],
 327                    p->tonecurves[i+1][j],.5);*/
 328       min_curve(p->tonecurves[i][j]+2,p->tonecurves[i+1][j]+2);
 329     }
 330
 331   /* set up the final curves */
 332   for(i=0;i<P_BANDS;i++)
 333     setup_curve(p->tonecurves[i],i,vi->toneatt->block[i]);
 334
 335   if(vi->curvelimitp){
 336     /* value limit the tonal masking curves; the peakatt not only
 337        optionally specifies maximum dynamic depth, but also [always]
 338        limits the masking curves to a minimum depth  */
 339     for(i=0;i<P_BANDS;i++)
 340       for(j=0;j<P_LEVELS;j++){
 341         for(k=2;k<EHMER_OFFSET+2+vi->curvelimitp;k++)
 342           if(p->tonecurves[i][j][k]> vi->peakatt->block[i][j])
 343             p->tonecurves[i][j][k]=  vi->peakatt->block[i][j];
 344           else
 345             break;
 346       }
 347   }
 348
 349   if(vi->peakattp) /* we limit depth only optionally */
 350     for(i=0;i<P_BANDS;i++)
 351       for(j=0;j<P_LEVELS;j++)
 352         if(p->tonecurves[i][j][EHMER_OFFSET+2]< vi->peakatt->block[i][j])
 353           p->tonecurves[i][j][EHMER_OFFSET+2]=  vi->peakatt->block[i][j];
 354
 355   /* but guarding is mandatory */
 356   for(i=0;i<P_BANDS;i++)
 357     for(j=0;j<P_LEVELS;j++)
 358       if(p->tonecurves[i][j][EHMER_OFFSET+2]< vi->tone_maxatt)
 359           p->tonecurves[i][j][EHMER_OFFSET+2]=  vi->tone_maxatt;
 360
 361   /* set up rolling noise median */
 362   for(i=0;i<n;i++){
 363     float halfoc=toOC((i+.5)*rate/(2.*n))*2.;
 364     int inthalfoc;
 365     float del;
 366
 367     if(halfoc<0)halfoc=0;
 368     if(halfoc>=P_BANDS-1)halfoc=P_BANDS-1;
 369     inthalfoc=(int)halfoc;
 370     del=halfoc-inthalfoc;
 371
 372     p->noisethresh[i]=((p->vi->noisethresh[inthalfoc]*(1.-del) +
 373                         p->vi->noisethresh[inthalfoc+1]*del))*2.f-1.f;
 374     p->noiseoffset[i]=
 375       p->vi->noiseoff[inthalfoc]*(1.-del) +
 376       p->vi->noiseoff[inthalfoc+1]*del;
 377   }
 378
 379   analysis_noisy=1;
 380   _analysis_output("noiseoff",0,p->noiseoffset,n,1,0);
 381   _analysis_output("noisethresh",0,p->noisethresh,n,1,0);
 382
 383   for(i=0;i<P_LEVELS;i++)
 384     _analysis_output("curve_63Hz",i,p->tonecurves[0][i]+2,EHMER_MAX,0,0);
 385   for(i=0;i<P_LEVELS;i++)
 386     _analysis_output("curve_88Hz",i,p->tonecurves[1][i]+2,EHMER_MAX,0,0);
 387   for(i=0;i<P_LEVELS;i++)
 388     _analysis_output("curve_125Hz",i,p->tonecurves[2][i]+2,EHMER_MAX,0,0);
 389   for(i=0;i<P_LEVELS;i++)
 390     _analysis_output("curve_170Hz",i,p->tonecurves[3][i]+2,EHMER_MAX,0,0);
 391   for(i=0;i<P_LEVELS;i++)
 392     _analysis_output("curve_250Hz",i,p->tonecurves[4][i]+2,EHMER_MAX,0,0);
 393   for(i=0;i<P_LEVELS;i++)
 394     _analysis_output("curve_350Hz",i,p->tonecurves[5][i]+2,EHMER_MAX,0,0);
 395   for(i=0;i<P_LEVELS;i++)
 396     _analysis_output("curve_500Hz",i,p->tonecurves[6][i]+2,EHMER_MAX,0,0);
 397   for(i=0;i<P_LEVELS;i++)
 398     _analysis_output("curve_700Hz",i,p->tonecurves[7][i]+2,EHMER_MAX,0,0);
 399   for(i=0;i<P_LEVELS;i++)
 400     _analysis_output("curve_1kHz",i,p->tonecurves[8][i]+2,EHMER_MAX,0,0);
 401   for(i=0;i<P_LEVELS;i++)
 402     _analysis_output("curve_1.4Hz",i,p->tonecurves[9][i]+2,EHMER_MAX,0,0);
 403   for(i=0;i<P_LEVELS;i++)
 404     _analysis_output("curve_2kHz",i,p->tonecurves[10][i]+2,EHMER_MAX,0,0);
 405   for(i=0;i<P_LEVELS;i++)
 406     _analysis_output("curve_2.4kHz",i,p->tonecurves[11][i]+2,EHMER_MAX,0,0);
 407   for(i=0;i<P_LEVELS;i++)
 408     _analysis_output("curve_4kHz",i,p->tonecurves[12][i]+2,EHMER_MAX,0,0);
 409   for(i=0;i<P_LEVELS;i++)
 410     _analysis_output("curve_5.6kHz",i,p->tonecurves[13][i]+2,EHMER_MAX,0,0);
 411   for(i=0;i<P_LEVELS;i++)
 412     _analysis_output("curve_8kHz",i,p->tonecurves[14][i]+2,EHMER_MAX,0,0);
 413   for(i=0;i<P_LEVELS;i++)
 414     _analysis_output("curve_11.5kHz",i,p->tonecurves[15][i]+2,EHMER_MAX,0,0);
 415   for(i=0;i<P_LEVELS;i++)
 416     _analysis_output("curve_16kHz",i,p->tonecurves[16][i]+2,EHMER_MAX,0,0);
 417   analysis_noisy=1;
 418
 419 }
 420
 421 void _vp_psy_clear(vorbis_look_psy *p){
 422   int i,j;
 423   if(p){
 424     if(p->ath)_ogg_free(p->ath);
 425     if(p->octave)_ogg_free(p->octave);
 426     if(p->bark)_ogg_free(p->bark);
 427     if(p->tonecurves){
 428       for(i=0;i<P_BANDS;i++){
 429         for(j=0;j<P_LEVELS;j++){
 430           _ogg_free(p->tonecurves[i][j]);
 431         }
 432         _ogg_free(p->tonecurves[i]);
 433       }
 434       _ogg_free(p->tonecurves);
 435       _ogg_free(p->noiseoffset);
 436     }
 437     memset(p,0,sizeof(vorbis_look_psy));
 438   }
 439 }
 440
 441 /* octave/(8*eighth_octave_lines) x scale and dB y scale */
 442 static void seed_curve(float *seed,
 443                        const float **curves,
 444                        float amp,
 445                        int oc, int n,
 446                        int linesper,float dBoffset){
 447   int i,post1;
 448   int seedptr;
 449   const float *posts,*curve;
 450
 451   int choice=(int)((amp+dBoffset)*.1f);
 452   choice=max(choice,0);
 453   choice=min(choice,P_LEVELS-1);
 454   posts=curves[choice];
 455   curve=posts+2;
 456   post1=(int)posts[1];
 457   seedptr=oc+(posts[0]-16)*linesper-(linesper>>1);
 458
 459   for(i=posts[0];i<post1;i++){
 460     if(seedptr>0){
 461       float lin=amp+curve[i];
 462       if(seed[seedptr]<lin)seed[seedptr]=lin;
 463     }
 464     seedptr+=linesper;
 465     if(seedptr>=n)break;
 466   }
 467 }
 468
 469 static void seed_loop(vorbis_look_psy *p,
 470                       const float ***curves,
 471                       const float *f,
 472                       const float *flr,
 473                       float *seed,
 474                       float specmax){
 475   vorbis_info_psy *vi=p->vi;
 476   long n=p->n,i;
 477   float dBoffset=vi->max_curve_dB-specmax;
 478
 479   /* prime the working vector with peak values */
 480
 481   for(i=0;i<n;i++){
 482     float max=f[i];
 483     long oc=p->octave[i];
 484     while(i+1<n && p->octave[i+1]==oc){
 485       i++;
 486       if(f[i]>max)max=f[i];
 487     }
 488
 489     if(max+6.f>flr[i]){
 490       oc=oc>>p->shiftoc;
 491       if(oc>=P_BANDS)oc=P_BANDS-1;
 492       if(oc<0)oc=0;
 493       seed_curve(seed,
 494                  curves[oc],
 495                  max,
 496                  p->octave[i]-p->firstoc,
 497                  p->total_octave_lines,
 498                  p->eighth_octave_lines,
 499                  dBoffset);
 500     }
 501   }
 502 }
 503
 504 static void seed_chase(float *seeds, int linesper, long n){
 505   long  *posstack=alloca(n*sizeof(long));
 506   float *ampstack=alloca(n*sizeof(float));
 507   long   stack=0;
 508   long   pos=0;
 509   long   i;
 510
 511   for(i=0;i<n;i++){
 512     if(stack<2){
 513       posstack[stack]=i;
 514       ampstack[stack++]=seeds[i];
 515     }else{
 516       while(1){
 517         if(seeds[i]<ampstack[stack-1]){
 518           posstack[stack]=i;
 519           ampstack[stack++]=seeds[i];
 520           break;
 521         }else{
 522           if(i<posstack[stack-1]+linesper){
 523             if(stack>1 && ampstack[stack-1]<=ampstack[stack-2] &&
 524                i<posstack[stack-2]+linesper){
 525               /* we completely overlap, making stack-1 irrelevant.  pop it */
 526               stack--;
 527               continue;
 528             }
 529           }
 530           posstack[stack]=i;
 531           ampstack[stack++]=seeds[i];
 532           break;
 533
 534         }
 535       }
 536     }
 537   }
 538
 539   /* the stack now contains only the positions that are relevant. Scan
 540      'em straight through */
 541
 542   for(i=0;i<stack;i++){
 543     long endpos;
 544     if(i<stack-1 && ampstack[i+1]>ampstack[i]){
 545       endpos=posstack[i+1];
 546     }else{
 547       endpos=posstack[i]+linesper+1; /* +1 is important, else bin 0 is
 548                                         discarded in short frames */
 549     }
 550     if(endpos>n)endpos=n;
 551     for(;pos<endpos;pos++)
 552       seeds[pos]=ampstack[i];
 553   }
 554
 555   /* there.  Linear time.  I now remember this was on a problem set I
 556      had in Grad Skool... I didn't solve it at the time ;-) */
 557
 558 }
 559
 560 /* bleaugh, this is more complicated than it needs to be */
 561 static void max_seeds(vorbis_look_psy *p,
 562                       vorbis_look_psy_global *g,
 563                       int channel,
 564                       float *seed,
 565                       float *flr){
 566   long   n=p->total_octave_lines;
 567   int    linesper=p->eighth_octave_lines;
 568   long   linpos=0;
 569   long   pos;
 570
 571   seed_chase(seed,linesper,n); /* for masking */
 572
 573   pos=p->octave[0]-p->firstoc-(linesper>>1);
 574   while(linpos+1<p->n){
 575     float minV=seed[pos];
 576     long end=((p->octave[linpos]+p->octave[linpos+1])>>1)-p->firstoc;
 577     while(pos+1<=end){
 578       pos++;
 579       if((seed[pos]>NEGINF && seed[pos]<minV) || minV==NEGINF)
 580         minV=seed[pos];
 581     }
 582
 583     /* seed scale is log.  Floor is linear.  Map back to it */
 584     end=pos+p->firstoc;
 585     for(;linpos<p->n && p->octave[linpos]<=end;linpos++)
 586       if(flr[linpos]<minV)flr[linpos]=minV;
 587   }
 588
 589   {
 590     float minV=seed[p->total_octave_lines-1];
 591     for(;linpos<p->n;linpos++)
 592       if(flr[linpos]<minV)flr[linpos]=minV;
 593   }
 594
 595 }
 596
 597 static void bark_noise_pointmp(int n,const long *b,
 598                                const float *f,
 599                                float *noise,
 600                                const int fixed){
 601   long i,hi=0,lo=0,hif=0,lof=0;
 602   double xa=0,xb=0;
 603   double ya=0,yb=0;
 604   double x2a=0,x2b=0;
 605   double y2a=0,y2b=0;
 606   double xya=0,xyb=0;
 607   double na=0,nb=0;
 608
 609   for(i=0;i<n;i++){
 610     if(hi<n){
 611       /* find new lo/hi */
 612       int bi=b[i]>>16;
 613       for(;hi<bi;hi++){
 614         double bin=(f[hi]<-140.f?0.:f[hi]+140.);
 615         double nn= bin*bin;
 616         na  += nn;
 617         xa  += hi*nn;
 618         ya  += bin*nn;
 619         x2a += hi*hi*nn;
 620         y2a += bin*bin*nn;
 621         xya += hi*bin*nn;
 622       }
 623       bi=b[i]&0xffff;
 624       for(;lo<bi;lo++){
 625         double bin=(f[lo]<-140.f?0.:f[lo]+140.);
 626         double nn= bin*bin;
 627         na  -= nn;
 628         xa  -= lo*nn;
 629         ya  -= bin*nn;
 630         x2a -= lo*lo*nn;
 631         y2a -= bin*bin*nn;
 632         xya -= lo*bin*nn;
 633       }
 634     }
 635
 636     if(hif<n && fixed>0){
 637       int bi=i+fixed/2;
 638       if(bi>n)bi=n;
 639       for(;hif<bi;hif++){
 640         double bin=(f[hif]<-140.f?0.:f[hif]+140.);
 641         double nn= bin*bin;
 642         nb  += nn;
 643         xb  += hif*nn;
 644         yb  += bin*nn;
 645         x2b += hif*hif*nn;
 646         y2b += bin*bin*nn;
 647         xyb += hif*bin*nn;
 648       }
 649       bi=i-(fixed+1)/2;
 650       if(bi<0)bi=0;
 651       for(;lof<bi;lof++){
 652         double bin=(f[lof]<-140.f?0.:f[lof]+140.);
 653         double nn= bin*bin;
 654         nb  -= nn;
 655         xb  -= lof*nn;
 656         yb  -= bin*nn;
 657         x2b -= lof*lof*nn;
 658         y2b -= bin*bin*nn;
 659         xyb -= lof*bin*nn;
 660       }
 661     }
 662
 663     {
 664       double denom=1./(na*x2a-xa*xa);
 665       double a=(ya*x2a-xya*xa)*denom;
 666       double b=(na*xya-xa*ya)*denom;
 667       double va=a+b*i;
 668
 669       if(fixed>0){
 670         double denomf=1./(nb*x2b-xb*xb);
 671         double af=(yb*x2b-xyb*xb)*denomf;
 672         double bf=(nb*xyb-xb*yb)*denomf;
 673         double vb=af+bf*i;
 674         if(va>vb)va=vb;
 675       }
 676
 677       noise[i]=va-140.f;
 678     }
 679   }
 680 }
 681
 682 static void bark_noise_hybridmp(int n,const long *b,
 683                                const float *f,
 684                                float *noise,
 685                                const int fixed){
 686   long i,hi=0,lo=0,hif=0,lof=0;
 687   double xa=0,xb=0;
 688   double ya=0,yb=0;
 689   double x2a=0,x2b=0;
 690   double y2a=0,y2b=0;
 691   double xya=0,xyb=0;
 692   double na=0,nb=0;
 693   int first=-1,firstf=-1;
 694   int last=0,lastf=0;
 695   int rna=0,rnb=0;
 696
 697   for(i=0;i<n;i++){
 698     if(hi<n){
 699       /* find new lo/hi */
 700       int bi=b[i]>>16;
 701       for(;hi<bi;hi++){
 702         double bin=f[hi];
 703         if(bin>0.f){
 704           double nn= bin*bin;
 705           nn*=nn;
 706           na  += nn;
 707           xa  += hi*nn;
 708           ya  += bin*nn;
 709           x2a += hi*hi*nn;
 710           y2a += bin*bin*nn;
 711           xya += hi*bin*nn;
 712           last=hi;
 713           rna++;
 714           if(first==-1)first=hi;
 715         }
 716       }
 717       bi=b[i]&0xffff;
 718       for(;lo<bi;lo++){
 719         double bin=f[lo];
 720         if(bin>0.f){
 721           double nn= bin*bin;
 722           nn*=nn;
 723           na  -= nn;
 724           xa  -= lo*nn;
 725           ya  -= bin*nn;
 726           x2a -= lo*lo*nn;
 727           y2a -= bin*bin*nn;
 728           xya -= lo*bin*nn;
 729           rna--;
 730         }
 731         if(first<lo)first=-1;
 732         if(last<lo){
 733           first=-1;
 734         }else{
 735           for(first=lo;first<hi;first++)
 736             if(f[first]>0.f)break;
 737           if(first==hi)first=-1;
 738         }
 739       }
 740     }
 741
 742     if(hif<n && fixed>0){
 743       int bi=i+fixed/2;
 744       if(bi>n)bi=n;
 745
 746       for(;hif<bi;hif++){
 747         double bin=f[hif];
 748         if(bin>0.f){
 749           double nn= bin*bin;
 750           nn*=nn;
 751           nb  += nn;
 752           xb  += hif*nn;
 753           yb  += bin*nn;
 754           x2b += hif*hif*nn;
 755           y2b += bin*bin*nn;
 756           xyb += hif*bin*nn;
 757           lastf=hif;
 758           rnb++;
 759           if(firstf==-1)firstf=hif;
 760         }
 761       }
 762       bi=i-(fixed+1)/2;
 763       if(bi<0)bi=0;
 764       for(;lof<bi;lof++){
 765         double bin=f[lof];
 766         if(bin>0.f){
 767           double nn= bin*bin;
 768           nn*=nn;
 769           nb  -= nn;
 770           xb  -= lof*nn;
 771           yb  -= bin*nn;
 772           x2b -= lof*lof*nn;
 773           y2b -= bin*bin*nn;
 774           xyb -= lof*bin*nn;
 775           rnb--;
 776         }
 777         if(firstf<lof)firstf=-1;
 778         if(lastf<lof){
 779           firstf=-1;
 780         }else{
 781           for(firstf=lof;firstf<hif;firstf++)
 782             if(f[firstf]>0.f)break;
 783           if(firstf==hif)firstf=-1;
 784         }
 785       }
 786     }
 787
 788     {
 789       double va;
 790
 791       if(rna>2 && (last-first)*3/2>hi-lo){
 792         double denom=1./(na*x2a-xa*xa);
 793         double a=(ya*x2a-xya*xa)*denom;
 794         double b=(na*xya-xa*ya)*denom;
 795         va=a+b*i;
 796       }else{
 797         va=0.f;
 798         if(na>.5)va=ya/na;
 799       }
 800       if(va<0.)va=0.;
 801
 802       if(fixed>0){
 803         double vb;
 804
 805         if(rnb>2 && (lastf-firstf)*3/2>hif-lof){
 806           double denomf=1./(nb*x2b-xb*xb);
 807           double af=(yb*x2b-xyb*xb)*denomf;
 808           double bf=(nb*xyb-xb*yb)*denomf;
 809           vb=af+bf*i;
 810         }else{
 811           vb=0.f;
 812           if(nb>.5)vb=yb/nb;
 813         }
 814
 815         if(vb<0.)vb=0.;
 816         if(va>vb && vb>0.)va=vb;
 817
 818       }
 819
 820       noise[i]=va;
 821     }
 822   }
 823 }
 824
 825
 826 void _vp_remove_floor(vorbis_look_psy *p,
 827                       vorbis_look_psy_global *g,
 828                       float *logmdct,
 829                       float *mdct,
 830                       float *codedflr,
 831                       float *residue,
 832                       float local_specmax){
 833   int i,n=p->n;
 834
 835   for(i=0;i<n;i++)
 836     if(mdct[i]!=0.f)
 837       residue[i]=mdct[i]/codedflr[i];
 838     else
 839       residue[i]=0.f;
 840 }
 841
 842
 843 void _vp_compute_mask(vorbis_look_psy *p,
 844                        vorbis_look_psy_global *g,
 845                        int channel,
 846                        float *logfft,
 847                        float *logmdct,
 848                        float *logmask,
 849                        float global_specmax,
 850                        float local_specmax,
 851                        int lastsize){
 852   int i,n=p->n;
 853   static int seq=0;
 854
 855   float *seed=alloca(sizeof(float)*p->total_octave_lines);
 856   for(i=0;i<p->total_octave_lines;i++)seed[i]=NEGINF;
 857
 858   /* noise masking */
 859   if(p->vi->noisemaskp){
 860     float *work=alloca(n*sizeof(float));
 861
 862     bark_noise_pointmp(n,p->bark,logmdct,logmask,
 863                        -1);
 864
 865     for(i=0;i<n;i++)work[i]=logmdct[i]-logmask[i];
 866
 867     _analysis_output("medianmdct",seq,work,n,1,0);
 868     bark_noise_hybridmp(n,p->bark,work,logmask,
 869                         p->vi->noisewindowfixed);
 870
 871     for(i=0;i<n;i++)work[i]=logmdct[i]-work[i];
 872
 873     /* work[i] holds the median line (.5), logmask holds the upper
 874        envelope line (1.) */
 875
 876     _analysis_output("median",seq,work,n,1,0);
 877     _analysis_output("envelope",seq,logmask,n,1,0);
 878
 879     for(i=0;i<n;i++)logmask[i]=
 880                       work[i]+
 881                       p->noisethresh[i]*logmask[i]+p->noiseoffset[i];
 882
 883     _analysis_output("noise",seq,logmask,n,1,0);
 884
 885   }else{
 886     for(i=0;i<n;i++)logmask[i]=NEGINF;
 887   }
 888
 889   /* set the ATH (floating below localmax, not global max by a
 890      specified att) */
 891   if(p->vi->ath){
 892     float att=local_specmax+p->vi->ath_adjatt;
 893     if(att<p->vi->ath_maxatt)att=p->vi->ath_maxatt;
 894
 895     for(i=0;i<n;i++){
 896       float av=p->ath[i]+att;
 897       if(av>logmask[i])logmask[i]=av;
 898     }
 899   }
 900
 901   /* tone/peak masking */
 902   seed_loop(p,(const float ***)p->tonecurves,logfft,logmask,seed,global_specmax);
 903   max_seeds(p,g,channel,seed,logmask);
 904
 905   /* suppress any curve > p->vi->noisemaxsupp */
 906   if(p->vi->noisemaxsupp<0.f)
 907     for(i=0;i<n;i++)
 908       if(logmask[i]>p->vi->noisemaxsupp)
 909         logmask[i]=p->vi->noisemaxsupp;
 910
 911
 912   /* doing this here is clean, but we need to find a faster way to do
 913      it than to just tack it on */
 914
 915   for(i=0;i<n;i++)if(logmdct[i]>=logmask[i])break;
 916   if(i==n)
 917     for(i=0;i<n;i++)logmask[i]=NEGINF;
 918   else
 919     for(i=0;i<n;i++)
 920       logfft[i]=max(logmdct[i],logfft[i]);
 921
 922   seq++;
 923
 924 }
 925
 926 float _vp_ampmax_decay(float amp,vorbis_dsp_state *vd){
 927   vorbis_info *vi=vd->vi;
 928   codec_setup_info *ci=vi->codec_setup;
 929   vorbis_info_psy_global *gi=ci->psy_g_param;
 930
 931   int n=ci->blocksizes[vd->W]/2;
 932   float secs=(float)n/vi->rate;
 933
 934   amp+=secs*gi->ampmax_att_per_sec;
 935   if(amp<-9999)amp=-9999;
 936   return(amp);
 937 }
 938
 939 static void couple_lossless(float A, float B, float *mag, float *ang){
 940   if(fabs(A)>fabs(B)){
 941     *mag=A; *ang=(A>0.f?A-B:B-A);
 942   }else{
 943     *mag=B; *ang=(B>0.f?A-B:B-A);
 944   }
 945 }
 946
 947 static void couple_8phase(float A, float B, float *mag, float *ang){
 948   if(fabs(A)>fabs(B)){
 949     *mag=A; *ang=(A>0?A-B:B-A);
 950   }else{
 951     *mag=B; *ang=(B>0?A-B:B-A);
 952   }
 953
 954   if(*mag!=0.f)
 955     switch((int)(rint(*ang / *mag))){
 956     case 0:
 957       *ang=0;
 958       break;
 959     case 2:case -2:
 960       *ang=-2*fabs(*mag);
 961       break;
 962     case 1:
 963       *ang= *mag;
 964       break;
 965     case -1:
 966       *ang= -*mag;
 967       break;
 968     }
 969 }
 970
 971 static void couple_6phase(float A, float B, float *mag, float *ang){
 972   if(fabs(A)>fabs(B)){
 973     *mag=A; *ang=(A>0?A-B:B-A);
 974   }else{
 975     *mag=B; *ang=(B>0?A-B:B-A);
 976   }
 977
 978   if(*mag!=0.f)
 979     switch((int)(rint(*ang / *mag))){
 980     case -2:case 2:
 981       *mag=0;
 982       /*fall*/
 983     case 0:
 984       *ang=0;
 985       break;
 986     case 1:
 987       *ang= *mag;
 988       break;
 989     case -1:
 990       *ang= -*mag;
 991       break;
 992     }
 993 }
 994
 995 static void couple_point(float A, float B, float *mag, float *ang){
 996   if(fabs(A)>fabs(B)){
 997     *mag=A; *ang=(A>0?A-B:B-A);
 998   }else{
 999     *mag=B; *ang=(B>0?A-B:B-A);
1000   }
1001
1002   if(*mag!=0.f)
1003     switch((int)(rint(*ang / *mag))){
1004     case -2:case 2:
1005       *mag=0;
1006       /* fall */
1007     case 0:case 1: case -1:
1008       *ang=0;
1009       break;
1010     }
1011 }
1012
1013 void _vp_quantize_couple(vorbis_look_psy *p,
1014                          vorbis_info_mapping0 *vi,
1015                          float **pcm,
1016                          float **sofar,
1017                          float **quantized,
1018                          int   *nonzero,
1019                          int   passno){
1020
1021   int i,j,k,n=p->n;
1022   vorbis_info_psy *info=p->vi;
1023
1024   /* perform any requested channel coupling */
1025   for(i=0;i<vi->coupling_steps;i++){
1026     float granulem=info->couple_pass[passno].granulem;
1027     float igranulem=info->couple_pass[passno].igranulem;
1028
1029     /* make sure coupling a zero and a nonzero channel results in two
1030        nonzero channels. */
1031     if(nonzero[vi->coupling_mag[i]] ||
1032        nonzero[vi->coupling_ang[i]]){
1033
1034       float *pcmM=pcm[vi->coupling_mag[i]];
1035       float *pcmA=pcm[vi->coupling_ang[i]];
1036       float *sofarM=sofar[vi->coupling_mag[i]];
1037       float *sofarA=sofar[vi->coupling_ang[i]];
1038       float *qM=quantized[vi->coupling_mag[i]];
1039       float *qA=quantized[vi->coupling_ang[i]];
1040
1041       nonzero[vi->coupling_mag[i]]=1;
1042       nonzero[vi->coupling_ang[i]]=1;
1043
1044       for(j=0,k=0;j<n;k++){
1045         vp_couple *part=info->couple_pass[passno].couple_pass+k;
1046
1047         for(;j<part->limit && j<p->n;j++){
1048           /* partition by partition; k is our by-location partition
1049              class counter */
1050
1051           float Am=rint(pcmM[j]*igranulem)*granulem;
1052           float Bm=rint(pcmA[j]*igranulem)*granulem;
1053           float ang,mag,fmag=max(fabs(Am),fabs(Bm));
1054
1055           if(fmag<part->amppost_point){
1056             couple_point(Am,Bm,&mag,&ang);
1057           }else{
1058             if(fmag<part->amppost_6phase){
1059               couple_6phase(Am,Bm,&mag,&ang);
1060             }else{
1061               if(fmag<part->amppost_8phase){
1062                 couple_8phase(Am,Bm,&mag,&ang);
1063               }else{
1064                 couple_lossless(Am,Bm,&mag,&ang);
1065               }
1066             }
1067           }
1068           fmag=rint(fmag);
1069           if(ang>fmag*1.9999f)ang=-fmag*2.f;
1070
1071           qM[j]=mag-sofarM[j];
1072           qA[j]=ang-sofarA[j];
1073         }
1074       }
1075     }
1076   }
1077 }