src/libFLAC/fixed.c

   1 /* libFLAC - Free Lossless Audio Codec library
   2  * Copyright (C) 2000,2001  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 <assert.h>
  21 #include <math.h>
  22 #include "private/fixed.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 int32 data[], unsigned data_len, real residual_bits_per_sample[FLAC__MAX_FIXED_ORDER+1])
  40 {
  41         int32 last_error_0 = data[-1];
  42         int32 last_error_1 = data[-1] - data[-2];
  43         int32 last_error_2 = last_error_1 - (data[-2] - data[-3]);
  44         int32 last_error_3 = last_error_2 - (data[-2] - 2*data[-3] + data[-4]);
  45         int32 error_0, error_1, error_2, error_3, error_4;
  46         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_0 = data[i]               ; total_error_0 += local_abs(error_0);
  51                 error_1 = error_0 - last_error_0; total_error_1 += local_abs(error_1);
  52                 error_2 = error_1 - last_error_1; total_error_2 += local_abs(error_2);
  53                 error_3 = error_2 - last_error_2; total_error_3 += local_abs(error_3);
  54                 error_4 = error_3 - last_error_3; total_error_4 += local_abs(error_4);
  55
  56                 last_error_0 = error_0;
  57                 last_error_1 = error_1;
  58                 last_error_2 = error_2;
  59                 last_error_3 = error_3;
  60         }
  61
  62         if(total_error_0 < min(min(min(total_error_1, total_error_2), total_error_3), total_error_4))
  63                 order = 0;
  64         else if(total_error_1 < min(min(total_error_2, total_error_3), total_error_4))
  65                 order = 1;
  66         else if(total_error_2 < min(total_error_3, total_error_4))
  67                 order = 2;
  68         else if(total_error_3 < total_error_4)
  69                 order = 3;
  70         else
  71                 order = 4;
  72
  73         /* Estimate the expected number of bits per residual signal sample. */
  74         /* 'total_error*' is linearly related to the variance of the residual */
  75         /* signal, so we use it directly to compute E(|x|) */
  76         residual_bits_per_sample[0] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)total_error_0  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
  77         residual_bits_per_sample[1] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)total_error_1  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
  78         residual_bits_per_sample[2] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)total_error_2  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
  79         residual_bits_per_sample[3] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)total_error_3  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
  80         residual_bits_per_sample[4] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)total_error_4  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
  81
  82         return order;
  83 }
  84
  85 unsigned FLAC__fixed_compute_best_predictor_slow(const int32 data[], unsigned data_len, real residual_bits_per_sample[FLAC__MAX_FIXED_ORDER+1])
  86 {
  87         int32 last_error_0 = data[-1];
  88         int32 last_error_1 = data[-1] - data[-2];
  89         int32 last_error_2 = last_error_1 - (data[-2] - data[-3]);
  90         int32 last_error_3 = last_error_2 - (data[-2] - 2*data[-3] + data[-4]);
  91         int32 error_0, error_1, error_2, error_3, error_4;
  92         /* total_error_* are 64-bits to avoid overflow when encoding
  93          * erratic signals when the bits-per-sample and blocksize are
  94          * large.
  95          */
  96         uint64 total_error_0 = 0, total_error_1 = 0, total_error_2 = 0, total_error_3 = 0, total_error_4 = 0;
  97         unsigned i, order;
  98
  99         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 100                 error_0 = data[i]               ; total_error_0 += local_abs(error_0);
 101                 error_1 = error_0 - last_error_0; total_error_1 += local_abs(error_1);
 102                 error_2 = error_1 - last_error_1; total_error_2 += local_abs(error_2);
 103                 error_3 = error_2 - last_error_2; total_error_3 += local_abs(error_3);
 104                 error_4 = error_3 - last_error_3; total_error_4 += local_abs(error_4);
 105
 106                 last_error_0 = error_0;
 107                 last_error_1 = error_1;
 108                 last_error_2 = error_2;
 109                 last_error_3 = error_3;
 110         }
 111
 112         if(total_error_0 < min(min(min(total_error_1, total_error_2), total_error_3), total_error_4))
 113                 order = 0;
 114         else if(total_error_1 < min(min(total_error_2, total_error_3), total_error_4))
 115                 order = 1;
 116         else if(total_error_2 < min(total_error_3, total_error_4))
 117                 order = 2;
 118         else if(total_error_3 < total_error_4)
 119                 order = 3;
 120         else
 121                 order = 4;
 122
 123         /* Estimate the expected number of bits per residual signal sample. */
 124         /* 'total_error*' is linearly related to the variance of the residual */
 125         /* signal, so we use it directly to compute E(|x|) */
 126         residual_bits_per_sample[0] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)total_error_0  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 127         residual_bits_per_sample[1] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)total_error_1  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 128         residual_bits_per_sample[2] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)total_error_2  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 129         residual_bits_per_sample[3] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)total_error_3  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 130         residual_bits_per_sample[4] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)total_error_4  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 131
 132         return order;
 133 }
 134
 135 void FLAC__fixed_compute_residual(const int32 data[], unsigned data_len, unsigned order, int32 residual[])
 136 {
 137         unsigned i;
 138
 139         switch(order) {
 140                 case 0:
 141                         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 142                                 residual[i] = data[i];
 143                         }
 144                         break;
 145                 case 1:
 146                         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 147                                 residual[i] = data[i] - data[i-1];
 148                         }
 149                         break;
 150                 case 2:
 151                         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 152                                 /* == data[i] - 2*data[i-1] + data[i-2] */
 153                                 residual[i] = data[i] - (data[i-1] << 1) + data[i-2];
 154                         }
 155                         break;
 156                 case 3:
 157                         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 158                                 /* == data[i] - 3*data[i-1] + 3*data[i-2] - data[i-3] */
 159                                 residual[i] = data[i] - (((data[i-1]-data[i-2])<<1) + (data[i-1]-data[i-2])) - data[i-3];
 160                         }
 161                         break;
 162                 case 4:
 163                         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 164                                 /* == data[i] - 4*data[i-1] + 6*data[i-2] - 4*data[i-3] + data[i-4] */
 165                                 residual[i] = data[i] - ((data[i-1]+data[i-3])<<2) + ((data[i-2]<<2) + (data[i-2]<<1)) + data[i-4];
 166                         }
 167                         break;
 168                 default:
 169                         assert(0);
 170         }
 171 }
 172
 173 void FLAC__fixed_restore_signal(const int32 residual[], unsigned data_len, unsigned order, int32 data[])
 174 {
 175         unsigned i;
 176
 177         switch(order) {
 178                 case 0:
 179                         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 180                                 data[i] = residual[i];
 181                         }
 182                         break;
 183                 case 1:
 184                         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 185                                 data[i] = residual[i] + data[i-1];
 186                         }
 187                         break;
 188                 case 2:
 189                         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 190                                 /* == residual[i] + 2*data[i-1] - data[i-2] */
 191                                 data[i] = residual[i] + (data[i-1]<<1) - data[i-2];
 192                         }
 193                         break;
 194                 case 3:
 195                         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 196                                 /* residual[i] + 3*data[i-1] - 3*data[i-2]) + data[i-3] */
 197                                 data[i] = residual[i] + (((data[i-1]-data[i-2])<<1) + (data[i-1]-data[i-2])) + data[i-3];
 198                         }
 199                         break;
 200                 case 4:
 201                         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 202                                 /* == residual[i] + 4*data[i-1] - 6*data[i-2] + 4*data[i-3] - data[i-4] */
 203                                 data[i] = residual[i] + ((data[i-1]+data[i-3])<<2) - ((data[i-2]<<2) + (data[i-2]<<1)) - data[i-4];
 204                         }
 205                         break;
 206                 default:
 207                         assert(0);
 208         }
 209 }