src/libFLAC/fixed.c

   1 /* libFLAC - Free Lossless Audio Codec library
   2  * Copyright (C) 2000,2001,2002  Josh Coalson
   3  *
   4  * This library is free software; you can redistribute it and/or
   5  * modify it under the terms of the GNU Library General Public
   6  * License as published by the Free Software Foundation; either
   7  * version 2 of the License, or (at your option) any later version.
   8  *
   9  * This library is distributed in the hope that it will be useful,
  10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  12  * Library General Public License for more details.
  13  *
  14  * You should have received a copy of the GNU Library General Public
  15  * License along with this library; if not, write to the
  16  * Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330,
  17  * Boston, MA  02111-1307, USA.
  18  */
  19
  20 #include <math.h>
  21 #include "private/fixed.h"
  22 #include "FLAC/assert.h"
  23
  24 #ifndef M_LN2
  25 /* math.h in VC++ doesn't seem to have this (how Microsoft is that?) */
  26 #define M_LN2 0.69314718055994530942
  27 #endif
  28
  29 #ifdef min
  30 #undef min
  31 #endif
  32 #define min(x,y) ((x) < (y)? (x) : (y))
  33
  34 #ifdef local_abs
  35 #undef local_abs
  36 #endif
  37 #define local_abs(x) ((unsigned)((x)<0? -(x) : (x)))
  38
  39 unsigned FLAC__fixed_compute_best_predictor(const FLAC__int32 data[], unsigned data_len, FLAC__real residual_bits_per_sample[FLAC__MAX_FIXED_ORDER+1])
  40 {
  41         FLAC__int32 last_error_0 = data[-1];
  42         FLAC__int32 last_error_1 = data[-1] - data[-2];
  43         FLAC__int32 last_error_2 = last_error_1 - (data[-2] - data[-3]);
  44         FLAC__int32 last_error_3 = last_error_2 - (data[-2] - 2*data[-3] + data[-4]);
  45         FLAC__int32 error, save;
  46         FLAC__uint32 total_error_0 = 0, total_error_1 = 0, total_error_2 = 0, total_error_3 = 0, total_error_4 = 0;
  47         unsigned i, order;
  48
  49         for(i = 0; i < data_len; i++) {
  50                 error  = data[i]     ; total_error_0 += local_abs(error);                      save = error;
  51                 error -= last_error_0; total_error_1 += local_abs(error); last_error_0 = save; save = error;
  52                 error -= last_error_1; total_error_2 += local_abs(error); last_error_1 = save; save = error;
  53                 error -= last_error_2; total_error_3 += local_abs(error); last_error_2 = save; save = error;
  54                 error -= last_error_3; total_error_4 += local_abs(error); last_error_3 = save;
  55         }
  56
  57         if(total_error_0 < min(min(min(total_error_1, total_error_2), total_error_3), total_error_4))
  58                 order = 0;
  59         else if(total_error_1 < min(min(total_error_2, total_error_3), total_error_4))
  60                 order = 1;
  61         else if(total_error_2 < min(total_error_3, total_error_4))
  62                 order = 2;
  63         else if(total_error_3 < total_error_4)
  64                 order = 3;
  65         else
  66                 order = 4;
  67
  68         residual_bits_per_sample[0] = (FLAC__real)((data_len > 0 && total_error_0 > 0) ? log(M_LN2 * (double)total_error_0 / (double) data_len) / M_LN2 : 0.0);
  69         residual_bits_per_sample[1] = (FLAC__real)((data_len > 0 && total_error_1 > 0) ? log(M_LN2 * (double)total_error_1 / (double) data_len) / M_LN2 : 0.0);
  70         residual_bits_per_sample[2] = (FLAC__real)((data_len > 0 && total_error_2 > 0) ? log(M_LN2 * (double)total_error_2 / (double) data_len) / M_LN2 : 0.0);
  71         residual_bits_per_sample[3] = (FLAC__real)((data_len > 0 && total_error_3 > 0) ? log(M_LN2 * (double)total_error_3 / (double) data_len) / M_LN2 : 0.0);
  72         residual_bits_per_sample[4] = (FLAC__real)((data_len > 0 && total_error_4 > 0) ? log(M_LN2 * (double)total_error_4 / (double) data_len) / M_LN2 : 0.0);
  73
  74         return order;
  75 }
  76
  77 unsigned FLAC__fixed_compute_best_predictor_wide(const FLAC__int32 data[], unsigned data_len, FLAC__real residual_bits_per_sample[FLAC__MAX_FIXED_ORDER+1])
  78 {
  79         FLAC__int32 last_error_0 = data[-1];
  80         FLAC__int32 last_error_1 = data[-1] - data[-2];
  81         FLAC__int32 last_error_2 = last_error_1 - (data[-2] - data[-3]);
  82         FLAC__int32 last_error_3 = last_error_2 - (data[-2] - 2*data[-3] + data[-4]);
  83         FLAC__int32 error, save;
  84         /* total_error_* are 64-bits to avoid overflow when encoding
  85          * erratic signals when the bits-per-sample and blocksize are
  86          * large.
  87          */
  88         FLAC__uint64 total_error_0 = 0, total_error_1 = 0, total_error_2 = 0, total_error_3 = 0, total_error_4 = 0;
  89         unsigned i, order;
  90
  91         for(i = 0; i < data_len; i++) {
  92                 error  = data[i]     ; total_error_0 += local_abs(error);                      save = error;
  93                 error -= last_error_0; total_error_1 += local_abs(error); last_error_0 = save; save = error;
  94                 error -= last_error_1; total_error_2 += local_abs(error); last_error_1 = save; save = error;
  95                 error -= last_error_2; total_error_3 += local_abs(error); last_error_2 = save; save = error;
  96                 error -= last_error_3; total_error_4 += local_abs(error); last_error_3 = save;
  97         }
  98
  99         if(total_error_0 < min(min(min(total_error_1, total_error_2), total_error_3), total_error_4))
 100                 order = 0;
 101         else if(total_error_1 < min(min(total_error_2, total_error_3), total_error_4))
 102                 order = 1;
 103         else if(total_error_2 < min(total_error_3, total_error_4))
 104                 order = 2;
 105         else if(total_error_3 < total_error_4)
 106                 order = 3;
 107         else
 108                 order = 4;
 109
 110         /* Estimate the expected number of bits per residual signal sample. */
 111         /* 'total_error*' is linearly related to the variance of the residual */
 112         /* signal, so we use it directly to compute E(|x|) */
 113 #if defined _MSC_VER || defined __MINGW32__
 114         /* with VC++ you have to spoon feed it the casting */
 115         residual_bits_per_sample[0] = (FLAC__real)((data_len > 0 && total_error_0 > 0) ? log(M_LN2 * (double)(FLAC__int64)total_error_0 / (double) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 116         residual_bits_per_sample[1] = (FLAC__real)((data_len > 0 && total_error_1 > 0) ? log(M_LN2 * (double)(FLAC__int64)total_error_1 / (double) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 117         residual_bits_per_sample[2] = (FLAC__real)((data_len > 0 && total_error_2 > 0) ? log(M_LN2 * (double)(FLAC__int64)total_error_2 / (double) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 118         residual_bits_per_sample[3] = (FLAC__real)((data_len > 0 && total_error_3 > 0) ? log(M_LN2 * (double)(FLAC__int64)total_error_3 / (double) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 119         residual_bits_per_sample[4] = (FLAC__real)((data_len > 0 && total_error_4 > 0) ? log(M_LN2 * (double)(FLAC__int64)total_error_4 / (double) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 120 #else
 121         residual_bits_per_sample[0] = (FLAC__real)((data_len > 0 && total_error_0 > 0) ? log(M_LN2 * (double)total_error_0 / (double) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 122         residual_bits_per_sample[1] = (FLAC__real)((data_len > 0 && total_error_1 > 0) ? log(M_LN2 * (double)total_error_1 / (double) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 123         residual_bits_per_sample[2] = (FLAC__real)((data_len > 0 && total_error_2 > 0) ? log(M_LN2 * (double)total_error_2 / (double) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 124         residual_bits_per_sample[3] = (FLAC__real)((data_len > 0 && total_error_3 > 0) ? log(M_LN2 * (double)total_error_3 / (double) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 125         residual_bits_per_sample[4] = (FLAC__real)((data_len > 0 && total_error_4 > 0) ? log(M_LN2 * (double)total_error_4 / (double) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 126 #endif
 127
 128         return order;
 129 }
 130
 131 void FLAC__fixed_compute_residual(const FLAC__int32 data[], unsigned data_len, unsigned order, FLAC__int32 residual[])
 132 {
 133         int i, idata_len = (int)data_len;
 134
 135         switch(order) {
 136                 case 0:
 137                         for(i = 0; i < idata_len; i++) {
 138                                 residual[i] = data[i];
 139                         }
 140                         break;
 141                 case 1:
 142                         for(i = 0; i < idata_len; i++) {
 143                                 residual[i] = data[i] - data[i-1];
 144                         }
 145                         break;
 146                 case 2:
 147                         for(i = 0; i < idata_len; i++) {
 148                                 /* == data[i] - 2*data[i-1] + data[i-2] */
 149                                 residual[i] = data[i] - (data[i-1] << 1) + data[i-2];
 150                         }
 151                         break;
 152                 case 3:
 153                         for(i = 0; i < idata_len; i++) {
 154                                 /* == data[i] - 3*data[i-1] + 3*data[i-2] - data[i-3] */
 155                                 residual[i] = data[i] - (((data[i-1]-data[i-2])<<1) + (data[i-1]-data[i-2])) - data[i-3];
 156                         }
 157                         break;
 158                 case 4:
 159                         for(i = 0; i < idata_len; i++) {
 160                                 /* == data[i] - 4*data[i-1] + 6*data[i-2] - 4*data[i-3] + data[i-4] */
 161                                 residual[i] = data[i] - ((data[i-1]+data[i-3])<<2) + ((data[i-2]<<2) + (data[i-2]<<1)) + data[i-4];
 162                         }
 163                         break;
 164                 default:
 165                         FLAC__ASSERT(0);
 166         }
 167 }
 168
 169 void FLAC__fixed_restore_signal(const FLAC__int32 residual[], unsigned data_len, unsigned order, FLAC__int32 data[])
 170 {
 171         int i, idata_len = (int)data_len;
 172
 173         switch(order) {
 174                 case 0:
 175                         for(i = 0; i < idata_len; i++) {
 176                                 data[i] = residual[i];
 177                         }
 178                         break;
 179                 case 1:
 180                         for(i = 0; i < idata_len; i++) {
 181                                 data[i] = residual[i] + data[i-1];
 182                         }
 183                         break;
 184                 case 2:
 185                         for(i = 0; i < idata_len; i++) {
 186                                 /* == residual[i] + 2*data[i-1] - data[i-2] */
 187                                 data[i] = residual[i] + (data[i-1]<<1) - data[i-2];
 188                         }
 189                         break;
 190                 case 3:
 191                         for(i = 0; i < idata_len; i++) {
 192                                 /* residual[i] + 3*data[i-1] - 3*data[i-2]) + data[i-3] */
 193                                 data[i] = residual[i] + (((data[i-1]-data[i-2])<<1) + (data[i-1]-data[i-2])) + data[i-3];
 194                         }
 195                         break;
 196                 case 4:
 197                         for(i = 0; i < idata_len; i++) {
 198                                 /* == residual[i] + 4*data[i-1] - 6*data[i-2] + 4*data[i-3] - data[i-4] */
 199                                 data[i] = residual[i] + ((data[i-1]+data[i-3])<<2) - ((data[i-2]<<2) + (data[i-2]<<1)) - data[i-4];
 200                         }
 201                         break;
 202                 default:
 203                         FLAC__ASSERT(0);
 204         }
 205 }