home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Amiga Plus 2000 #4 / Amiga Plus CD - 2000 - No. 4.iso / Tools / Dev / SpeakFreely_Src / gsm / src / rpe.c < prev    next >
C/C++ Source or Header  |  2000-05-27  |  11KB  |  492 lines
  1. /*
  2.  * Copyright 1992 by Jutta Degener and Carsten Bormann, Technische
  3.  * Universitaet Berlin.  See the accompanying file "COPYRIGHT" for
  4.  * details.  THERE IS ABSOLUTELY NO WARRANTY FOR THIS SOFTWARE.
  5.  */
  6.  
  7. /* $Header: /home/kbs/jutta/src/gsm/gsm-1.0/src/RCS/rpe.c,v 1.1 1992/10/28 14:17:32 jutta Exp $ */
  8.  
  9. #include <stdio.h>
  10. #include <assert.h>
  11.  
  12. #include "private.h"
  13.  
  14. #include "gsm.h"
  15. #include "proto.h"
  16.  
  17. /*  4.2.13 .. 4.2.17  RPE ENCODING SECTION
  18.  */
  19.  
  20. /* 4.2.13 */
  21.  
  22. static void Weighting_filter P2((e, x),
  23.     register word    * e,        /* signal [-5..0.39.44]    IN  */
  24.     word        * x        /* signal [0..39]    OUT */
  25. )
  26. /*
  27.  *  The coefficients of the weighting filter are stored in a table
  28.  *  (see table 4.4).  The following scaling is used:
  29.  *
  30.  *    H[0..10] = integer( real_H[ 0..10] * 8192 ); 
  31.  */
  32. {
  33.     /* word            wt[ 50 ]; */
  34.  
  35.     register longword    L_result;
  36.     register int        k, i;
  37.  
  38.     /*  Initialization of a temporary working array wt[0...49]
  39.      */
  40.  
  41.     /* for (k =  0; k <=  4; k++) wt[k] = 0;
  42.      * for (k =  5; k <= 44; k++) wt[k] = *e++;
  43.      * for (k = 45; k <= 49; k++) wt[k] = 0;
  44.      *
  45.      *  (e[-5..-1] and e[40..44] are allocated by the caller,
  46.      *  are initially zero and are not written anywhere.)
  47.      */
  48.     e -= 5;
  49.  
  50.     /*  Compute the signal x[0..39]
  51.      */ 
  52.     for (k = 0; k <= 39; k++) {
  53.  
  54.         L_result = 8192 >> 1;
  55.  
  56.         /* for (i = 0; i <= 10; i++) {
  57.          *    L_temp   = GSM_L_MULT( wt[k+i], gsm_H[i] );
  58.          *    L_result = GSM_L_ADD( L_result, L_temp );
  59.          * }
  60.          */
  61.  
  62. #undef    STEP
  63. #define    STEP( i, H )    (e[ k + i ] * H)
  64.  
  65.         /*  Every one of these multiplications is done twice --
  66.          *  but I don't see an elegant way to optimize this. 
  67.          *  Do you?
  68.          */
  69.  
  70. #ifdef    STUPID_COMPILER
  71.         L_result += STEP(    0,     -134 ) ;
  72.         L_result += STEP(    1,     -374 )  ;
  73.                    /* + STEP(    2,     0    )  */
  74.         L_result += STEP(    3,     2054 ) ;
  75.         L_result += STEP(    4,     5741 ) ;
  76.         L_result += STEP(    5,     8192 ) ;
  77.         L_result += STEP(    6,     5741 ) ;
  78.         L_result += STEP(    7,     2054 ) ;
  79.                 /* + STEP(    8,     0    )  */
  80.         L_result += STEP(    9,     -374 ) ;
  81.         L_result += STEP(    10,     -134 ) ;
  82. #else
  83.         L_result +=
  84.           STEP(    0,     -134 ) 
  85.         + STEP(    1,     -374 ) 
  86.          /* + STEP(    2,     0    )  */
  87.         + STEP(    3,     2054 ) 
  88.         + STEP(    4,     5741 ) 
  89.         + STEP(    5,     8192 ) 
  90.         + STEP(    6,     5741 ) 
  91.         + STEP(    7,     2054 ) 
  92.          /* + STEP(    8,     0    )  */
  93.         + STEP(    9,     -374 ) 
  94.         + STEP(10,     -134 )
  95.         ;
  96. #endif
  97.  
  98.         /* L_result = GSM_L_ADD( L_result, L_result ); (* scaling(x2) *)
  99.          * L_result = GSM_L_ADD( L_result, L_result ); (* scaling(x4) *)
  100.          *
  101.          * x[k] = SASR( L_result, 16 );
  102.          */
  103.  
  104.         /* 2 adds vs. >>16 => 14, minus one shift to compensate for
  105.          * those we lost when replacing L_MULT by '*'.
  106.          */
  107.  
  108.         L_result = SASR( L_result, 13 );
  109.         x[k] =  (  L_result < MIN_WORD ? MIN_WORD
  110.             : (L_result > MAX_WORD ? MAX_WORD : L_result ));
  111.     }
  112. }
  113.  
  114. /* 4.2.14 */
  115.  
  116. static void RPE_grid_selection P3((x,xM,Mc_out),
  117.     word        * x,        /* [0..39]        IN  */ 
  118.     word        * xM,        /* [0..12]        OUT */
  119.     word        * Mc_out    /*            OUT */
  120. )
  121. /*
  122.  *  The signal x[0..39] is used to select the RPE grid which is
  123.  *  represented by Mc.
  124.  */
  125. {
  126.     /* register word    temp1;    */
  127.     register int        m,  i;
  128.     register ulongword    utmp;
  129.     register longword    L_result, L_temp;
  130.     longword        EM;    /* xxx should be L_EM? */
  131.     word            Mc;
  132.  
  133.     longword        L_common_0_3;
  134.  
  135.     EM = 0;
  136.     Mc = 0;
  137.  
  138.     /* for (m = 0; m <= 3; m++) {
  139.      *    L_result = 0;
  140.      *
  141.      *
  142.      *    for (i = 0; i <= 12; i++) {
  143.      *
  144.      *        temp1    = SASR( x[m + 3*i], 2 );
  145.      *
  146.      *        assert(temp1 != MIN_WORD);
  147.      *
  148.      *        L_temp   = GSM_L_MULT( temp1, temp1 );
  149.      *        L_result = GSM_L_ADD( L_temp, L_result );
  150.      *    }
  151.      * 
  152.      *    if (L_result > EM) {
  153.      *        Mc = m;
  154.      *        EM = L_result;
  155.      *    }
  156.      * }
  157.      */
  158.  
  159. #undef    STEP
  160. #define    STEP( m, i )        L_temp = SASR( x[m + 3 * i], 2 );    \
  161.                 L_result += L_temp * L_temp;
  162.  
  163.     /* common part of 0 and 3 */
  164.  
  165.     L_result = 0;
  166.     STEP( 0, 1 ); STEP( 0, 2 ); STEP( 0, 3 ); STEP( 0, 4 );
  167.     STEP( 0, 5 ); STEP( 0, 6 ); STEP( 0, 7 ); STEP( 0, 8 );
  168.     STEP( 0, 9 ); STEP( 0, 10); STEP( 0, 11); STEP( 0, 12);
  169.     L_common_0_3 = L_result;
  170.  
  171.     /* i = 0 */
  172.  
  173.     STEP( 0, 0 );
  174.     L_result <<= 1;    /* implicit in L_MULT */
  175.     EM = L_result;
  176.  
  177.     /* i = 1 */
  178.  
  179.     L_result = 0;
  180.     STEP( 1, 0 );
  181.     STEP( 1, 1 ); STEP( 1, 2 ); STEP( 1, 3 ); STEP( 1, 4 );
  182.     STEP( 1, 5 ); STEP( 1, 6 ); STEP( 1, 7 ); STEP( 1, 8 );
  183.     STEP( 1, 9 ); STEP( 1, 10); STEP( 1, 11); STEP( 1, 12);
  184.     L_result <<= 1;
  185.     if (L_result > EM) {
  186.         Mc = 1;
  187.          EM = L_result;
  188.     }
  189.  
  190.     /* i = 2 */
  191.  
  192.     L_result = 0;
  193.     STEP( 2, 0 );
  194.     STEP( 2, 1 ); STEP( 2, 2 ); STEP( 2, 3 ); STEP( 2, 4 );
  195.     STEP( 2, 5 ); STEP( 2, 6 ); STEP( 2, 7 ); STEP( 2, 8 );
  196.     STEP( 2, 9 ); STEP( 2, 10); STEP( 2, 11); STEP( 2, 12);
  197.     L_result <<= 1;
  198.     if (L_result > EM) {
  199.         Mc = 2;
  200.          EM = L_result;
  201.     }
  202.  
  203.     /* i = 3 */
  204.  
  205.     L_result = L_common_0_3;
  206.     STEP( 3, 12 );
  207.     L_result <<= 1;
  208.     if (L_result > EM) {
  209.         Mc = 3;
  210.          EM = L_result;
  211.     }
  212.  
  213.     /**/
  214.  
  215.     /*  Down-sampling by a factor 3 to get the selected xM[0..12]
  216.      *  RPE sequence.
  217.      */
  218.     for (i = 0; i <= 12; i ++) xM[i] = x[Mc + 3*i];
  219.     *Mc_out = Mc;
  220. }
  221.  
  222. /* 4.12.15 */
  223.  
  224. static void APCM_quantization_xmaxc_to_exp_mant P3((xmaxc,exp_out,mant_out),
  225.     word        xmaxc,        /* IN     */
  226.     word        * exp_out,    /* OUT    */
  227.     word        * mant_out )    /* OUT  */
  228. {
  229.     word    exp, mant;
  230.  
  231.     /* Compute exponent and mantissa of the decoded version of xmaxc
  232.      */
  233.  
  234.     exp = 0;
  235.     if (xmaxc > 15) exp = SASR(xmaxc, 3) - 1;
  236.     mant = xmaxc - (exp << 3);
  237.  
  238.     if (mant == 0) {
  239.         exp  = -4;
  240.         mant = 7;
  241.     }
  242.     else {
  243.         while (mant <= 7) {
  244.             mant = mant << 1 | 1;
  245.             exp--;
  246.         }
  247.         mant -= 8;
  248.     }
  249.  
  250.     assert( exp  >= -4 && exp <= 6 );
  251.     assert( mant >= 0 && mant <= 7 );
  252.  
  253.     *exp_out  = exp;
  254.     *mant_out = mant;
  255. }
  256.  
  257. static void APCM_quantization P5((xM,xMc,mant_out,exp_out,xmaxc_out),
  258.     word        * xM,        /* [0..12]        IN    */
  259.  
  260.     word        * xMc,        /* [0..12]        OUT    */
  261.     word        * mant_out,    /*             OUT    */
  262.     word        * exp_out,    /*            OUT    */
  263.     word        * xmaxc_out    /*            OUT    */
  264. )
  265. {
  266.     int    i, itest;
  267.  
  268.     register longword    ltmp;    /* for GSM_ADD */
  269.     word    xmax, xmaxc, temp, temp1, temp2;
  270.     word    exp, mant;
  271.  
  272.  
  273.     /*  Find the maximum absolute value xmax of xM[0..12].
  274.      */
  275.  
  276.     xmax = 0;
  277.     for (i = 0; i <= 12; i++) {
  278.         temp = xM[i];
  279.         temp = GSM_ABS(temp);
  280.         if (temp > xmax) xmax = temp;
  281.     }
  282.  
  283.     /*  Qantizing and coding of xmax to get xmaxc.
  284.      */
  285.  
  286.     exp   = 0;
  287.     temp  = SASR( xmax, 9 );
  288.     itest = 0;
  289.  
  290.     for (i = 0; i <= 5; i++) {
  291.  
  292.         itest |= (temp <= 0);
  293.         temp = SASR( temp, 1 );
  294.  
  295.         assert(exp <= 5);
  296.         if (itest == 0) exp++;        /* exp = add (exp, 1) */
  297.     }
  298.  
  299.     assert(exp <= 6 && exp >= 0);
  300.     temp = exp + 5;
  301.  
  302.     assert(temp <= 11 && temp >= 0);
  303.     xmaxc = gsm_add( SASR(xmax, temp), exp << 3 );
  304.  
  305.     /*   Quantizing and coding of the xM[0..12] RPE sequence
  306.      *   to get the xMc[0..12]
  307.      */
  308.  
  309.     APCM_quantization_xmaxc_to_exp_mant( xmaxc, &exp, &mant );
  310.  
  311.     /*  This computation uses the fact that the decoded version of xmaxc
  312.      *  can be calculated by using the exponent and the mantissa part of
  313.      *  xmaxc (logarithmic table).
  314.      *  So, this method avoids any division and uses only a scaling
  315.      *  of the RPE samples by a function of the exponent.  A direct 
  316.      *  multiplication by the inverse of the mantissa (NRFAC[0..7]
  317.      *  found in table 4.5) gives the 3 bit coded version xMc[0..12]
  318.      *  of the RPE samples.
  319.      */
  320.  
  321.  
  322.     /* Direct computation of xMc[0..12] using table 4.5
  323.      */
  324.  
  325.     assert( exp <= 4096 && exp >= -4096);
  326.     assert( mant >= 0 && mant <= 7 ); 
  327.  
  328.     temp1 = 6 - exp;        /* normalization by the exponent */
  329.     temp2 = gsm_NRFAC[ mant ];      /* inverse mantissa          */
  330.  
  331.     for (i = 0; i <= 12; i++) {
  332.  
  333.         assert(temp1 >= 0 && temp1 < 16);
  334.  
  335.         temp = xM[i] << temp1;
  336.         temp = GSM_MULT( temp, temp2 );
  337.         temp = SASR(temp, 12);
  338.         xMc[i] = temp + 4;        /* see note below */
  339.     }
  340.  
  341.     /*  NOTE: This equation is used to make all the xMc[i] positive.
  342.      */
  343.  
  344.     *mant_out  = mant;
  345.     *exp_out   = exp;
  346.     *xmaxc_out = xmaxc;
  347. }
  348.  
  349. /* 4.2.16 */
  350.  
  351. static void APCM_inverse_quantization P4((xMc,mant,exp,xMp),
  352.     register word    * xMc,    /* [0..12]            IN     */
  353.     word        mant,
  354.     word        exp,
  355.     register word    * xMp)    /* [0..12]            OUT     */
  356. /* 
  357.  *  This part is for decoding the RPE sequence of coded xMc[0..12]
  358.  *  samples to obtain the xMp[0..12] array.  Table 4.6 is used to get
  359.  *  the mantissa of xmaxc (FAC[0..7]).
  360.  */
  361. {
  362.     int    i;
  363.     word    temp, temp1, temp2, temp3;
  364.     ulongword    utmp;
  365.     longword    ltmp;
  366.  
  367.     assert( mant >= 0 && mant <= 7 ); 
  368.  
  369.     temp1 = gsm_FAC[ mant ];    /* see 4.2-15 for mant */
  370.     temp2 = gsm_sub( 6, exp );    /* see 4.2-15 for exp  */
  371.     temp3 = gsm_asl( 1, gsm_sub( temp2, 1 ));
  372.  
  373.     for (i = 13; i--;) {
  374.  
  375.         assert( *xMc <= 7 && *xMc >= 0 );     /* 3 bit unsigned */
  376.  
  377.         /* temp = gsm_sub( *xMc++ << 1, 7 ); */
  378.         temp = (*xMc++ << 1) - 7;            /* restore sign   */
  379.         assert( temp <= 7 && temp >= -7 );     /* 4 bit signed   */
  380.  
  381.         temp <<= 12;                /* 16 bit signed  */
  382.         temp = GSM_MULT_R( temp1, temp );
  383.         temp = GSM_ADD( temp, temp3 );
  384.         *xMp++ = gsm_asr( temp, temp2 );
  385.     }
  386. }
  387.  
  388. /* 4.2.17 */
  389.  
  390. static void RPE_grid_positioning P3((Mc,xMp,ep),
  391.     word        Mc,        /* grid position    IN    */
  392.     register word    * xMp,        /* [0..12]        IN    */
  393.     register word    * ep        /* [0..39]        OUT    */
  394. )
  395. /*
  396.  *  This procedure computes the reconstructed long term residual signal
  397.  *  ep[0..39] for the LTP analysis filter.  The inputs are the Mc
  398.  *  which is the grid position selection and the xMp[0..12] decoded
  399.  *  RPE samples which are upsampled by a factor of 3 by inserting zero
  400.  *  values.
  401.  */
  402. {
  403.     int    i = 13;
  404.  
  405.     assert(0 <= Mc && Mc <= 3);
  406.  
  407.         switch (Mc) {
  408.                 case 3: *ep++ = 0;
  409.                 case 2:  do {
  410.                                 *ep++ = 0;
  411.                 case 1:         *ep++ = 0;
  412.                 case 0:         *ep++ = *xMp++;
  413.                          } while (--i);
  414.         }
  415.         while (++Mc < 4) *ep++ = 0;
  416.  
  417.     /*
  418.  
  419.     int i, k;
  420.     for (k = 0; k <= 39; k++) ep[k] = 0;
  421.     for (i = 0; i <= 12; i++) {
  422.         ep[ Mc + (3*i) ] = xMp[i];
  423.     }
  424.     */
  425. }
  426.  
  427. /* 4.2.18 */
  428.  
  429. /*  This procedure adds the reconstructed long term residual signal
  430.  *  ep[0..39] to the estimated signal dpp[0..39] from the long term
  431.  *  analysis filter to compute the reconstructed short term residual
  432.  *  signal dp[-40..-1]; also the reconstructed short term residual
  433.  *  array dp[-120..-41] is updated.
  434.  */
  435.  
  436. #if 0    /* Has been inlined in code.c */
  437. void Gsm_Update_of_reconstructed_short_time_residual_signal P3((dpp, ep, dp),
  438.     word    * dpp,        /* [0...39]    IN    */
  439.     word    * ep,        /* [0...39]    IN    */
  440.     word    * dp)        /* [-120...-1]  IN/OUT     */
  441. {
  442.     int         k;
  443.  
  444.     for (k = 0; k <= 79; k++) 
  445.         dp[ -120 + k ] = dp[ -80 + k ];
  446.  
  447.     for (k = 0; k <= 39; k++)
  448.         dp[ -40 + k ] = gsm_add( ep[k], dpp[k] );
  449. }
  450. #endif    /* Has been inlined in code.c */
  451.  
  452. void Gsm_RPE_Encoding P5((S,e,xmaxc,Mc,xMc),
  453.  
  454.     struct gsm_state * S,
  455.  
  456.     word    * e,        /* -5..-1][0..39][40..44    IN/OUT  */
  457.     word    * xmaxc,    /*                 OUT */
  458.     word    * Mc,        /*                   OUT */
  459.     word    * xMc)        /* [0..12]            OUT */
  460. {
  461.     word    x[40];
  462.     word    xM[13], xMp[13];
  463.     word    mant, exp;
  464.  
  465.     Weighting_filter(e, x);
  466.     RPE_grid_selection(x, xM, Mc);
  467.  
  468.     APCM_quantization(    xM, xMc, &mant, &exp, xmaxc);
  469.     APCM_inverse_quantization(  xMc,  mant,  exp, xMp);
  470.  
  471.     RPE_grid_positioning( *Mc, xMp, e );
  472.  
  473. }
  474.  
  475. void Gsm_RPE_Decoding P5((S, xmaxcr, Mcr, xMcr, erp),
  476.     struct gsm_state    * S,
  477.  
  478.     word         xmaxcr,
  479.     word        Mcr,
  480.     word        * xMcr,  /* [0..12], 3 bits         IN    */
  481.     word        * erp     /* [0..39]            OUT     */
  482. )
  483. {
  484.     word    exp, mant;
  485.     word    xMp[ 13 ];
  486.  
  487.     APCM_quantization_xmaxc_to_exp_mant( xmaxcr, &exp, &mant );
  488.     APCM_inverse_quantization( xMcr, mant, exp, xMp );
  489.     RPE_grid_positioning( Mcr, xMp, erp );
  490.  
  491. }
  492.