Line data Source code
1 : /*
2 : * FFT/IFFT transforms
3 : * Copyright (c) 2008 Loren Merritt
4 : * Copyright (c) 2002 Fabrice Bellard
5 : * Partly based on libdjbfft by D. J. Bernstein
6 : *
7 : * This file is part of Libav.
8 : *
9 : * Libav is free software; you can redistribute it and/or
10 : * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
11 : * License as published by the Free Software Foundation; either
12 : * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
13 : *
14 : * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
15 : * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16 : * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU
17 : * Lesser General Public License for more details.
18 : *
19 : * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
20 : * License along with Libav; if not, write to the Free Software
21 : * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
22 : */
23 :
24 : /**
25 : * @file
26 : * FFT/IFFT transforms.
27 : */
28 :
29 : #include <stdlib.h>
30 : #include <string.h>
31 : #include "libavutil/mathematics.h"
32 : #include "fft.h"
33 : #include "fft-internal.h"
34 :
35 : /* cos(2*pi*x/n) for 0<=x<=n/4, followed by its reverse */
36 : #if !CONFIG_HARDCODED_TABLES
37 : COSTABLE(16);
38 : COSTABLE(32);
39 : COSTABLE(64);
40 : COSTABLE(128);
41 : COSTABLE(256);
42 : COSTABLE(512);
43 : COSTABLE(1024);
44 : COSTABLE(2048);
45 : COSTABLE(4096);
46 : COSTABLE(8192);
47 : COSTABLE(16384);
48 : COSTABLE(32768);
49 : COSTABLE(65536);
50 : #endif
51 : COSTABLE_CONST FFTSample * const FFT_NAME(ff_cos_tabs)[] = {
52 : NULL, NULL, NULL, NULL,
53 : FFT_NAME(ff_cos_16),
54 : FFT_NAME(ff_cos_32),
55 : FFT_NAME(ff_cos_64),
56 : FFT_NAME(ff_cos_128),
57 : FFT_NAME(ff_cos_256),
58 : FFT_NAME(ff_cos_512),
59 : FFT_NAME(ff_cos_1024),
60 : FFT_NAME(ff_cos_2048),
61 : FFT_NAME(ff_cos_4096),
62 : FFT_NAME(ff_cos_8192),
63 : FFT_NAME(ff_cos_16384),
64 : FFT_NAME(ff_cos_32768),
65 : FFT_NAME(ff_cos_65536),
66 : };
67 :
68 : static void fft_permute_c(FFTContext *s, FFTComplex *z);
69 : static void fft_calc_c(FFTContext *s, FFTComplex *z);
70 :
71 0 : static int split_radix_permutation(int i, int n, int inverse)
72 : {
73 : int m;
74 0 : if(n <= 2) return i&1;
75 0 : m = n >> 1;
76 0 : if(!(i&m)) return split_radix_permutation(i, m, inverse)*2;
77 0 : m >>= 1;
78 0 : if(inverse == !(i&m)) return split_radix_permutation(i, m, inverse)*4 + 1;
79 0 : else return split_radix_permutation(i, m, inverse)*4 - 1;
80 : }
81 :
82 0 : av_cold void ff_init_ff_cos_tabs(int index)
83 : {
84 : #if !CONFIG_HARDCODED_TABLES
85 : int i;
86 0 : int m = 1<<index;
87 0 : double freq = 2*M_PI/m;
88 0 : FFTSample *tab = FFT_NAME(ff_cos_tabs)[index];
89 0 : for(i=0; i<=m/4; i++)
90 0 : tab[i] = FIX15(cos(i*freq));
91 0 : for(i=1; i<m/4; i++)
92 0 : tab[m/2-i] = tab[i];
93 : #endif
94 0 : }
95 :
96 : static const int avx_tab[] = {
97 : 0, 4, 1, 5, 8, 12, 9, 13, 2, 6, 3, 7, 10, 14, 11, 15
98 : };
99 :
100 0 : static int is_second_half_of_fft32(int i, int n)
101 : {
102 0 : if (n <= 32)
103 0 : return i >= 16;
104 0 : else if (i < n/2)
105 0 : return is_second_half_of_fft32(i, n/2);
106 0 : else if (i < 3*n/4)
107 0 : return is_second_half_of_fft32(i - n/2, n/4);
108 : else
109 0 : return is_second_half_of_fft32(i - 3*n/4, n/4);
110 : }
111 :
112 0 : static av_cold void fft_perm_avx(FFTContext *s)
113 : {
114 : int i;
115 0 : int n = 1 << s->nbits;
116 :
117 0 : for (i = 0; i < n; i += 16) {
118 : int k;
119 0 : if (is_second_half_of_fft32(i, n)) {
120 0 : for (k = 0; k < 16; k++)
121 0 : s->revtab[-split_radix_permutation(i + k, n, s->inverse) & (n - 1)] =
122 0 : i + avx_tab[k];
123 :
124 : } else {
125 0 : for (k = 0; k < 16; k++) {
126 0 : int j = i + k;
127 0 : j = (j & ~7) | ((j >> 1) & 3) | ((j << 2) & 4);
128 0 : s->revtab[-split_radix_permutation(i + k, n, s->inverse) & (n - 1)] = j;
129 : }
130 : }
131 : }
132 0 : }
133 :
134 0 : av_cold int ff_fft_init(FFTContext *s, int nbits, int inverse)
135 : {
136 : int i, j, n;
137 :
138 0 : if (nbits < 2 || nbits > 16)
139 : goto fail;
140 0 : s->nbits = nbits;
141 0 : n = 1 << nbits;
142 :
143 0 : s->revtab = av_malloc(n * sizeof(uint16_t));
144 0 : if (!s->revtab)
145 0 : goto fail;
146 0 : s->tmp_buf = av_malloc(n * sizeof(FFTComplex));
147 0 : if (!s->tmp_buf)
148 0 : goto fail;
149 0 : s->inverse = inverse;
150 0 : s->fft_permutation = FF_FFT_PERM_DEFAULT;
151 :
152 0 : s->fft_permute = fft_permute_c;
153 0 : s->fft_calc = fft_calc_c;
154 : #if CONFIG_MDCT
155 : s->imdct_calc = ff_imdct_calc_c;
156 : s->imdct_half = ff_imdct_half_c;
157 : s->mdct_calc = ff_mdct_calc_c;
158 : #endif
159 :
160 : #if FFT_FLOAT
161 : if (ARCH_AARCH64) ff_fft_init_aarch64(s);
162 : if (ARCH_ARM) ff_fft_init_arm(s);
163 : if (ARCH_PPC) ff_fft_init_ppc(s);
164 0 : if (ARCH_X86) ff_fft_init_x86(s);
165 : if (CONFIG_MDCT) s->mdct_calcw = s->mdct_calc;
166 : #else
167 : if (CONFIG_MDCT) s->mdct_calcw = ff_mdct_calcw_c;
168 : if (ARCH_ARM) ff_fft_fixed_init_arm(s);
169 : #endif
170 :
171 0 : for(j=4; j<=nbits; j++) {
172 0 : ff_init_ff_cos_tabs(j);
173 : }
174 :
175 0 : if (s->fft_permutation == FF_FFT_PERM_AVX) {
176 0 : fft_perm_avx(s);
177 : } else {
178 0 : for(i=0; i<n; i++) {
179 0 : int j = i;
180 0 : if (s->fft_permutation == FF_FFT_PERM_SWAP_LSBS)
181 0 : j = (j&~3) | ((j>>1)&1) | ((j<<1)&2);
182 0 : s->revtab[-split_radix_permutation(i, n, s->inverse) & (n-1)] = j;
183 : }
184 : }
185 :
186 0 : return 0;
187 : fail:
188 0 : av_freep(&s->revtab);
189 0 : av_freep(&s->tmp_buf);
190 0 : return -1;
191 : }
192 :
193 0 : static void fft_permute_c(FFTContext *s, FFTComplex *z)
194 : {
195 : int j, np;
196 0 : const uint16_t *revtab = s->revtab;
197 0 : np = 1 << s->nbits;
198 : /* TODO: handle split-radix permute in a more optimal way, probably in-place */
199 0 : for(j=0;j<np;j++) s->tmp_buf[revtab[j]] = z[j];
200 0 : memcpy(z, s->tmp_buf, np * sizeof(FFTComplex));
201 0 : }
202 :
203 0 : av_cold void ff_fft_end(FFTContext *s)
204 : {
205 0 : av_freep(&s->revtab);
206 0 : av_freep(&s->tmp_buf);
207 0 : }
208 :
209 : #define BUTTERFLIES(a0,a1,a2,a3) {\
210 : BF(t3, t5, t5, t1);\
211 : BF(a2.re, a0.re, a0.re, t5);\
212 : BF(a3.im, a1.im, a1.im, t3);\
213 : BF(t4, t6, t2, t6);\
214 : BF(a3.re, a1.re, a1.re, t4);\
215 : BF(a2.im, a0.im, a0.im, t6);\
216 : }
217 :
218 : // force loading all the inputs before storing any.
219 : // this is slightly slower for small data, but avoids store->load aliasing
220 : // for addresses separated by large powers of 2.
221 : #define BUTTERFLIES_BIG(a0,a1,a2,a3) {\
222 : FFTSample r0=a0.re, i0=a0.im, r1=a1.re, i1=a1.im;\
223 : BF(t3, t5, t5, t1);\
224 : BF(a2.re, a0.re, r0, t5);\
225 : BF(a3.im, a1.im, i1, t3);\
226 : BF(t4, t6, t2, t6);\
227 : BF(a3.re, a1.re, r1, t4);\
228 : BF(a2.im, a0.im, i0, t6);\
229 : }
230 :
231 : #define TRANSFORM(a0,a1,a2,a3,wre,wim) {\
232 : CMUL(t1, t2, a2.re, a2.im, wre, -wim);\
233 : CMUL(t5, t6, a3.re, a3.im, wre, wim);\
234 : BUTTERFLIES(a0,a1,a2,a3)\
235 : }
236 :
237 : #define TRANSFORM_ZERO(a0,a1,a2,a3) {\
238 : t1 = a2.re;\
239 : t2 = a2.im;\
240 : t5 = a3.re;\
241 : t6 = a3.im;\
242 : BUTTERFLIES(a0,a1,a2,a3)\
243 : }
244 :
245 : /* z[0...8n-1], w[1...2n-1] */
246 : #define PASS(name)\
247 : static void name(FFTComplex *z, const FFTSample *wre, unsigned int n)\
248 : {\
249 : FFTDouble t1, t2, t3, t4, t5, t6;\
250 : int o1 = 2*n;\
251 : int o2 = 4*n;\
252 : int o3 = 6*n;\
253 : const FFTSample *wim = wre+o1;\
254 : n--;\
255 : \
256 : TRANSFORM_ZERO(z[0],z[o1],z[o2],z[o3]);\
257 : TRANSFORM(z[1],z[o1+1],z[o2+1],z[o3+1],wre[1],wim[-1]);\
258 : do {\
259 : z += 2;\
260 : wre += 2;\
261 : wim -= 2;\
262 : TRANSFORM(z[0],z[o1],z[o2],z[o3],wre[0],wim[0]);\
263 : TRANSFORM(z[1],z[o1+1],z[o2+1],z[o3+1],wre[1],wim[-1]);\
264 : } while(--n);\
265 : }
266 :
267 0 : PASS(pass)
268 : #undef BUTTERFLIES
269 : #define BUTTERFLIES BUTTERFLIES_BIG
270 0 : PASS(pass_big)
271 :
272 : #define DECL_FFT(n,n2,n4)\
273 : static void fft##n(FFTComplex *z)\
274 : {\
275 : fft##n2(z);\
276 : fft##n4(z+n4*2);\
277 : fft##n4(z+n4*3);\
278 : pass(z,FFT_NAME(ff_cos_##n),n4/2);\
279 : }
280 :
281 0 : static void fft4(FFTComplex *z)
282 : {
283 : FFTDouble t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7, t8;
284 :
285 0 : BF(t3, t1, z[0].re, z[1].re);
286 0 : BF(t8, t6, z[3].re, z[2].re);
287 0 : BF(z[2].re, z[0].re, t1, t6);
288 0 : BF(t4, t2, z[0].im, z[1].im);
289 0 : BF(t7, t5, z[2].im, z[3].im);
290 0 : BF(z[3].im, z[1].im, t4, t8);
291 0 : BF(z[3].re, z[1].re, t3, t7);
292 0 : BF(z[2].im, z[0].im, t2, t5);
293 0 : }
294 :
295 0 : static void fft8(FFTComplex *z)
296 : {
297 : FFTDouble t1, t2, t3, t4, t5, t6;
298 :
299 0 : fft4(z);
300 :
301 0 : BF(t1, z[5].re, z[4].re, -z[5].re);
302 0 : BF(t2, z[5].im, z[4].im, -z[5].im);
303 0 : BF(t5, z[7].re, z[6].re, -z[7].re);
304 0 : BF(t6, z[7].im, z[6].im, -z[7].im);
305 :
306 0 : BUTTERFLIES(z[0],z[2],z[4],z[6]);
307 0 : TRANSFORM(z[1],z[3],z[5],z[7],sqrthalf,sqrthalf);
308 0 : }
309 :
310 : #if !CONFIG_SMALL
311 0 : static void fft16(FFTComplex *z)
312 : {
313 : FFTDouble t1, t2, t3, t4, t5, t6;
314 0 : FFTSample cos_16_1 = FFT_NAME(ff_cos_16)[1];
315 0 : FFTSample cos_16_3 = FFT_NAME(ff_cos_16)[3];
316 :
317 0 : fft8(z);
318 0 : fft4(z+8);
319 0 : fft4(z+12);
320 :
321 0 : TRANSFORM_ZERO(z[0],z[4],z[8],z[12]);
322 0 : TRANSFORM(z[2],z[6],z[10],z[14],sqrthalf,sqrthalf);
323 0 : TRANSFORM(z[1],z[5],z[9],z[13],cos_16_1,cos_16_3);
324 0 : TRANSFORM(z[3],z[7],z[11],z[15],cos_16_3,cos_16_1);
325 0 : }
326 : #else
327 : DECL_FFT(16,8,4)
328 : #endif
329 0 : DECL_FFT(32,16,8)
330 0 : DECL_FFT(64,32,16)
331 0 : DECL_FFT(128,64,32)
332 0 : DECL_FFT(256,128,64)
333 0 : DECL_FFT(512,256,128)
334 : #if !CONFIG_SMALL
335 : #define pass pass_big
336 : #endif
337 0 : DECL_FFT(1024,512,256)
338 0 : DECL_FFT(2048,1024,512)
339 0 : DECL_FFT(4096,2048,1024)
340 0 : DECL_FFT(8192,4096,2048)
341 0 : DECL_FFT(16384,8192,4096)
342 0 : DECL_FFT(32768,16384,8192)
343 0 : DECL_FFT(65536,32768,16384)
344 :
345 : static void (* const fft_dispatch[])(FFTComplex*) = {
346 : fft4, fft8, fft16, fft32, fft64, fft128, fft256, fft512, fft1024,
347 : fft2048, fft4096, fft8192, fft16384, fft32768, fft65536,
348 : };
349 :
350 0 : static void fft_calc_c(FFTContext *s, FFTComplex *z)
351 : {
352 0 : fft_dispatch[s->nbits-2](z);
353 0 : }
|
