core/mixer/mixer_neon.cpp

   1 #include "config.h"
   2
   3 #include <arm_neon.h>
   4
   5 #include <cmath>
   6 #include <limits>
   7
   8 #include "alnumeric.h"
   9 #include "core/bsinc_defs.h"
  10 #include "core/cubic_defs.h"
  11 #include "defs.h"
  12 #include "hrtfbase.h"
  13
  14 struct NEONTag;
  15 struct LerpTag;
  16 struct CubicTag;
  17 struct BSincTag;
  18 struct FastBSincTag;
  19
  20
  21 #if defined(__GNUC__) && !defined(__clang__) && !defined(__ARM_NEON)
  22 #pragma GCC target("fpu=neon")
  23 #endif
  24
  25 namespace {
  26
  27 constexpr uint BSincPhaseDiffBits{MixerFracBits - BSincPhaseBits};
  28 constexpr uint BSincPhaseDiffOne{1 << BSincPhaseDiffBits};
  29 constexpr uint BSincPhaseDiffMask{BSincPhaseDiffOne - 1u};
  30
  31 constexpr uint CubicPhaseDiffBits{MixerFracBits - CubicPhaseBits};
  32 constexpr uint CubicPhaseDiffOne{1 << CubicPhaseDiffBits};
  33 constexpr uint CubicPhaseDiffMask{CubicPhaseDiffOne - 1u};
  34
  35 inline float32x4_t set_f4(float l0, float l1, float l2, float l3)
  36 {
  37     float32x4_t ret{vmovq_n_f32(l0)};
  38     ret = vsetq_lane_f32(l1, ret, 1);
  39     ret = vsetq_lane_f32(l2, ret, 2);
  40     ret = vsetq_lane_f32(l3, ret, 3);
  41     return ret;
  42 }
  43
  44 inline void ApplyCoeffs(float2 *RESTRICT Values, const size_t IrSize, const ConstHrirSpan Coeffs,
  45     const float left, const float right)
  46 {
  47     float32x4_t leftright4;
  48     {
  49         float32x2_t leftright2{vmov_n_f32(left)};
  50         leftright2 = vset_lane_f32(right, leftright2, 1);
  51         leftright4 = vcombine_f32(leftright2, leftright2);
  52     }
  53
  54     ASSUME(IrSize >= MinIrLength);
  55     for(size_t c{0};c < IrSize;c += 2)
  56     {
  57         float32x4_t vals = vld1q_f32(&Values[c][0]);
  58         float32x4_t coefs = vld1q_f32(&Coeffs[c][0]);
  59
  60         vals = vmlaq_f32(vals, coefs, leftright4);
  61
  62         vst1q_f32(&Values[c][0], vals);
  63     }
  64 }
  65
  66 force_inline void MixLine(const al::span<const float> InSamples, float *RESTRICT dst,
  67     float &CurrentGain, const float TargetGain, const float delta, const size_t min_len,
  68     const size_t aligned_len, size_t Counter)
  69 {
  70     float gain{CurrentGain};
  71     const float step{(TargetGain-gain) * delta};
  72
  73     size_t pos{0};
  74     if(!(std::abs(step) > std::numeric_limits<float>::epsilon()))
  75         gain = TargetGain;
  76     else
  77     {
  78         float step_count{0.0f};
  79         /* Mix with applying gain steps in aligned multiples of 4. */
  80         if(size_t todo{min_len >> 2})
  81         {
  82             const float32x4_t four4{vdupq_n_f32(4.0f)};
  83             const float32x4_t step4{vdupq_n_f32(step)};
  84             const float32x4_t gain4{vdupq_n_f32(gain)};
  85             float32x4_t step_count4{vdupq_n_f32(0.0f)};
  86             step_count4 = vsetq_lane_f32(1.0f, step_count4, 1);
  87             step_count4 = vsetq_lane_f32(2.0f, step_count4, 2);
  88             step_count4 = vsetq_lane_f32(3.0f, step_count4, 3);
  89
  90             do {
  91                 const float32x4_t val4 = vld1q_f32(&InSamples[pos]);
  92                 float32x4_t dry4 = vld1q_f32(&dst[pos]);
  93                 dry4 = vmlaq_f32(dry4, val4, vmlaq_f32(gain4, step4, step_count4));
  94                 step_count4 = vaddq_f32(step_count4, four4);
  95                 vst1q_f32(&dst[pos], dry4);
  96                 pos += 4;
  97             } while(--todo);
  98             /* NOTE: step_count4 now represents the next four counts after the
  99              * last four mixed samples, so the lowest element represents the
 100              * next step count to apply.
 101              */
 102             step_count = vgetq_lane_f32(step_count4, 0);
 103         }
 104         /* Mix with applying left over gain steps that aren't aligned multiples of 4. */
 105         for(size_t leftover{min_len&3};leftover;++pos,--leftover)
 106         {
 107             dst[pos] += InSamples[pos] * (gain + step*step_count);
 108             step_count += 1.0f;
 109         }
 110         if(pos == Counter)
 111             gain = TargetGain;
 112         else
 113             gain += step*step_count;
 114
 115         /* Mix until pos is aligned with 4 or the mix is done. */
 116         for(size_t leftover{aligned_len&3};leftover;++pos,--leftover)
 117             dst[pos] += InSamples[pos] * gain;
 118     }
 119     CurrentGain = gain;
 120
 121     if(!(std::abs(gain) > GainSilenceThreshold))
 122         return;
 123     if(size_t todo{(InSamples.size()-pos) >> 2})
 124     {
 125         const float32x4_t gain4 = vdupq_n_f32(gain);
 126         do {
 127             const float32x4_t val4 = vld1q_f32(&InSamples[pos]);
 128             float32x4_t dry4 = vld1q_f32(&dst[pos]);
 129             dry4 = vmlaq_f32(dry4, val4, gain4);
 130             vst1q_f32(&dst[pos], dry4);
 131             pos += 4;
 132         } while(--todo);
 133     }
 134     for(size_t leftover{(InSamples.size()-pos)&3};leftover;++pos,--leftover)
 135         dst[pos] += InSamples[pos] * gain;
 136 }
 137
 138 } // namespace
 139
 140 template<>
 141 void Resample_<LerpTag,NEONTag>(const InterpState*, const float *RESTRICT src, uint frac,
 142     const uint increment, const al::span<float> dst)
 143 {
 144     ASSUME(frac < MixerFracOne);
 145
 146     const int32x4_t increment4 = vdupq_n_s32(static_cast<int>(increment*4));
 147     const float32x4_t fracOne4 = vdupq_n_f32(1.0f/MixerFracOne);
 148     const int32x4_t fracMask4 = vdupq_n_s32(MixerFracMask);
 149     alignas(16) uint pos_[4], frac_[4];
 150     int32x4_t pos4, frac4;
 151
 152     InitPosArrays(frac, increment, frac_, pos_);
 153     frac4 = vld1q_s32(reinterpret_cast<int*>(frac_));
 154     pos4 = vld1q_s32(reinterpret_cast<int*>(pos_));
 155
 156     auto dst_iter = dst.begin();
 157     for(size_t todo{dst.size()>>2};todo;--todo)
 158     {
 159         const int pos0{vgetq_lane_s32(pos4, 0)};
 160         const int pos1{vgetq_lane_s32(pos4, 1)};
 161         const int pos2{vgetq_lane_s32(pos4, 2)};
 162         const int pos3{vgetq_lane_s32(pos4, 3)};
 163         const float32x4_t val1{set_f4(src[pos0], src[pos1], src[pos2], src[pos3])};
 164         const float32x4_t val2{set_f4(src[pos0+1], src[pos1+1], src[pos2+1], src[pos3+1])};
 165
 166         /* val1 + (val2-val1)*mu */
 167         const float32x4_t r0{vsubq_f32(val2, val1)};
 168         const float32x4_t mu{vmulq_f32(vcvtq_f32_s32(frac4), fracOne4)};
 169         const float32x4_t out{vmlaq_f32(val1, mu, r0)};
 170
 171         vst1q_f32(dst_iter, out);
 172         dst_iter += 4;
 173
 174         frac4 = vaddq_s32(frac4, increment4);
 175         pos4 = vaddq_s32(pos4, vshrq_n_s32(frac4, MixerFracBits));
 176         frac4 = vandq_s32(frac4, fracMask4);
 177     }
 178
 179     if(size_t todo{dst.size()&3})
 180     {
 181         src += static_cast<uint>(vgetq_lane_s32(pos4, 0));
 182         frac = static_cast<uint>(vgetq_lane_s32(frac4, 0));
 183
 184         do {
 185             *(dst_iter++) = lerpf(src[0], src[1], static_cast<float>(frac) * (1.0f/MixerFracOne));
 186
 187             frac += increment;
 188             src  += frac>>MixerFracBits;
 189             frac &= MixerFracMask;
 190         } while(--todo);
 191     }
 192 }
 193
 194 template<>
 195 void Resample_<CubicTag,NEONTag>(const InterpState *state, const float *RESTRICT src, uint frac,
 196     const uint increment, const al::span<float> dst)
 197 {
 198     ASSUME(frac < MixerFracOne);
 199
 200     const CubicCoefficients *RESTRICT filter = al::assume_aligned<16>(state->cubic.filter);
 201
 202     src -= 1;
 203     for(float &out_sample : dst)
 204     {
 205         const uint pi{frac >> CubicPhaseDiffBits};
 206         const float pf{static_cast<float>(frac&CubicPhaseDiffMask) * (1.0f/CubicPhaseDiffOne)};
 207         const float32x4_t pf4{vdupq_n_f32(pf)};
 208
 209         /* Apply the phase interpolated filter. */
 210
 211         /* f = fil + pf*phd */
 212         const float32x4_t f4 = vmlaq_f32(vld1q_f32(filter[pi].mCoeffs), pf4,
 213             vld1q_f32(filter[pi].mDeltas));
 214         /* r = f*src */
 215         float32x4_t r4{vmulq_f32(f4, vld1q_f32(src))};
 216
 217         r4 = vaddq_f32(r4, vrev64q_f32(r4));
 218         out_sample = vget_lane_f32(vadd_f32(vget_low_f32(r4), vget_high_f32(r4)), 0);
 219
 220         frac += increment;
 221         src  += frac>>MixerFracBits;
 222         frac &= MixerFracMask;
 223     }
 224 }
 225
 226 template<>
 227 void Resample_<BSincTag,NEONTag>(const InterpState *state, const float *RESTRICT src, uint frac,
 228     const uint increment, const al::span<float> dst)
 229 {
 230     const float *const filter{state->bsinc.filter};
 231     const float32x4_t sf4{vdupq_n_f32(state->bsinc.sf)};
 232     const size_t m{state->bsinc.m};
 233     ASSUME(m > 0);
 234     ASSUME(frac < MixerFracOne);
 235
 236     src -= state->bsinc.l;
 237     for(float &out_sample : dst)
 238     {
 239         // Calculate the phase index and factor.
 240         const uint pi{frac >> BSincPhaseDiffBits};
 241         const float pf{static_cast<float>(frac&BSincPhaseDiffMask) * (1.0f/BSincPhaseDiffOne)};
 242
 243         // Apply the scale and phase interpolated filter.
 244         float32x4_t r4{vdupq_n_f32(0.0f)};
 245         {
 246             const float32x4_t pf4{vdupq_n_f32(pf)};
 247             const float *RESTRICT fil{filter + m*pi*2};
 248             const float *RESTRICT phd{fil + m};
 249             const float *RESTRICT scd{fil + BSincPhaseCount*2*m};
 250             const float *RESTRICT spd{scd + m};
 251             size_t td{m >> 2};
 252             size_t j{0u};
 253
 254             do {
 255                 /* f = ((fil + sf*scd) + pf*(phd + sf*spd)) */
 256                 const float32x4_t f4 = vmlaq_f32(
 257                     vmlaq_f32(vld1q_f32(&fil[j]), sf4, vld1q_f32(&scd[j])),
 258                     pf4, vmlaq_f32(vld1q_f32(&phd[j]), sf4, vld1q_f32(&spd[j])));
 259                 /* r += f*src */
 260                 r4 = vmlaq_f32(r4, f4, vld1q_f32(&src[j]));
 261                 j += 4;
 262             } while(--td);
 263         }
 264         r4 = vaddq_f32(r4, vrev64q_f32(r4));
 265         out_sample = vget_lane_f32(vadd_f32(vget_low_f32(r4), vget_high_f32(r4)), 0);
 266
 267         frac += increment;
 268         src  += frac>>MixerFracBits;
 269         frac &= MixerFracMask;
 270     }
 271 }
 272
 273 template<>
 274 void Resample_<FastBSincTag,NEONTag>(const InterpState *state, const float *RESTRICT src, uint frac,
 275     const uint increment, const al::span<float> dst)
 276 {
 277     const float *const filter{state->bsinc.filter};
 278     const size_t m{state->bsinc.m};
 279     ASSUME(m > 0);
 280     ASSUME(frac < MixerFracOne);
 281
 282     src -= state->bsinc.l;
 283     for(float &out_sample : dst)
 284     {
 285         // Calculate the phase index and factor.
 286         const uint pi{frac >> BSincPhaseDiffBits};
 287         const float pf{static_cast<float>(frac&BSincPhaseDiffMask) * (1.0f/BSincPhaseDiffOne)};
 288
 289         // Apply the phase interpolated filter.
 290         float32x4_t r4{vdupq_n_f32(0.0f)};
 291         {
 292             const float32x4_t pf4{vdupq_n_f32(pf)};
 293             const float *RESTRICT fil{filter + m*pi*2};
 294             const float *RESTRICT phd{fil + m};
 295             size_t td{m >> 2};
 296             size_t j{0u};
 297
 298             do {
 299                 /* f = fil + pf*phd */
 300                 const float32x4_t f4 = vmlaq_f32(vld1q_f32(&fil[j]), pf4, vld1q_f32(&phd[j]));
 301                 /* r += f*src */
 302                 r4 = vmlaq_f32(r4, f4, vld1q_f32(&src[j]));
 303                 j += 4;
 304             } while(--td);
 305         }
 306         r4 = vaddq_f32(r4, vrev64q_f32(r4));
 307         out_sample = vget_lane_f32(vadd_f32(vget_low_f32(r4), vget_high_f32(r4)), 0);
 308
 309         frac += increment;
 310         src  += frac>>MixerFracBits;
 311         frac &= MixerFracMask;
 312     }
 313 }
 314
 315
 316 template<>
 317 void MixHrtf_<NEONTag>(const float *InSamples, float2 *AccumSamples, const uint IrSize,
 318     const MixHrtfFilter *hrtfparams, const size_t BufferSize)
 319 { MixHrtfBase<ApplyCoeffs>(InSamples, AccumSamples, IrSize, hrtfparams, BufferSize); }
 320
 321 template<>
 322 void MixHrtfBlend_<NEONTag>(const float *InSamples, float2 *AccumSamples, const uint IrSize,
 323     const HrtfFilter *oldparams, const MixHrtfFilter *newparams, const size_t BufferSize)
 324 {
 325     MixHrtfBlendBase<ApplyCoeffs>(InSamples, AccumSamples, IrSize, oldparams, newparams,
 326         BufferSize);
 327 }
 328
 329 template<>
 330 void MixDirectHrtf_<NEONTag>(const FloatBufferSpan LeftOut, const FloatBufferSpan RightOut,
 331     const al::span<const FloatBufferLine> InSamples, float2 *AccumSamples,
 332     float *TempBuf, HrtfChannelState *ChanState, const size_t IrSize, const size_t BufferSize)
 333 {
 334     MixDirectHrtfBase<ApplyCoeffs>(LeftOut, RightOut, InSamples, AccumSamples, TempBuf, ChanState,
 335         IrSize, BufferSize);
 336 }
 337
 338
 339 template<>
 340 void Mix_<NEONTag>(const al::span<const float> InSamples, const al::span<FloatBufferLine> OutBuffer,
 341     float *CurrentGains, const float *TargetGains, const size_t Counter, const size_t OutPos)
 342 {
 343     const float delta{(Counter > 0) ? 1.0f / static_cast<float>(Counter) : 0.0f};
 344     const auto min_len = minz(Counter, InSamples.size());
 345     const auto aligned_len = minz((min_len+3) & ~size_t{3}, InSamples.size()) - min_len;
 346
 347     for(FloatBufferLine &output : OutBuffer)
 348         MixLine(InSamples, al::assume_aligned<16>(output.data()+OutPos), *CurrentGains++,
 349             *TargetGains++, delta, min_len, aligned_len, Counter);
 350 }
 351
 352 template<>
 353 void Mix_<NEONTag>(const al::span<const float> InSamples, float *OutBuffer, float &CurrentGain,
 354     const float TargetGain, const size_t Counter)
 355 {
 356     const float delta{(Counter > 0) ? 1.0f / static_cast<float>(Counter) : 0.0f};
 357     const auto min_len = minz(Counter, InSamples.size());
 358     const auto aligned_len = minz((min_len+3) & ~size_t{3}, InSamples.size()) - min_len;
 359
 360     MixLine(InSamples, al::assume_aligned<16>(OutBuffer), CurrentGain, TargetGain, delta, min_len,
 361         aligned_len, Counter);
 362 }