/[svn]/linuxsampler/trunk/src/engines/common/BiquadFilter.h
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Diff of /linuxsampler/trunk/src/engines/common/BiquadFilter.h

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revision 80 by schoenebeck, Sun May 23 19:16:33 2004 UTC revision 563 by schoenebeck, Sun May 22 20:43:32 2005 UTC
# Line 23  Line 23 
23  #ifndef __LS_BIQUADFILTER_H__  #ifndef __LS_BIQUADFILTER_H__
24  #define __LS_BIQUADFILTER_H__  #define __LS_BIQUADFILTER_H__
25    
26    #include <math.h>
27    
28    #include "../../common/global.h"
29    
30  /// ln(2) / 2  /// ln(2) / 2
31  #define LN_2_2                  0.34657359f  #define LN_2_2                  0.34657359f
32    
# Line 42  namespace LinuxSampler { Line 46  namespace LinuxSampler {
46       * between multiple filters.       * between multiple filters.
47       */       */
48      struct biquad_param_t {      struct biquad_param_t {
         bq_t a1;  
         bq_t a2;  
49          bq_t b0;          bq_t b0;
50          bq_t b1;          bq_t b1;
51          bq_t b2;          bq_t b2;
52            bq_t a1;
53            bq_t a2;
54      };      };
55    
56      /**      /**
# Line 56  namespace LinuxSampler { Line 60  namespace LinuxSampler {
60      class BiquadFilter {      class BiquadFilter {
61          protected:          protected:
62              // following five variables are only used if no external biquad_param_t reference is used              // following five variables are only used if no external biquad_param_t reference is used
             bq_t a1;  
             bq_t a2;  
63              bq_t b0;              bq_t b0;
64              bq_t b1;              bq_t b1;
65              bq_t b2;              bq_t b2;
66                bq_t a1;
67                bq_t a2;
68              // following four variables are used to buffer the feedback              // following four variables are used to buffer the feedback
69              bq_t x1;              bq_t x1;
70              bq_t x2;              bq_t x2;
71              bq_t y1;              bq_t y1;
72              bq_t y2;              bq_t y2;
73    
74                const static float fbc = 0.98;
75    
76              /**              /**
77               * Prevent \a f from going into denormal mode which would slow down               * Prevent \a f from going into denormal mode which would slow down
78               * subsequent floating point calculations, we achieve that by setting               * subsequent floating point calculations, we achieve that by setting
# Line 78  namespace LinuxSampler { Line 84  namespace LinuxSampler {
84                  f -= 1e-18f;                  f -= 1e-18f;
85              }              }
86          public:          public:
87              inline BiquadFilter() {              BiquadFilter() {
88                    Reset();
89                }
90    
91                void Reset() {
92                  x1 = 0.0f;                  x1 = 0.0f;
93                  x2 = 0.0f;                  x2 = 0.0f;
94                  y1 = 0.0f;                  y1 = 0.0f;
# Line 113  namespace LinuxSampler { Line 123  namespace LinuxSampler {
123                  return y;                  return y;
124              }              }
125    
126    #if ARCH_X86
127                // expects to find input in xmm0 (xmm0 stays unmodified) and finally leaves output in xmm6
128                inline void Apply4StepsSSE(biquad_param_t* param) {
129                    __asm__ __volatile__ (
130                        "movss (%2),%%xmm4                # b0\n\t"
131                        "shufps   $0x00,%%xmm4,%%xmm4     # copy b0 to other cells\n\t"
132                        "mulps  %%xmm0,%%xmm4             # xmm4 = x*b0\n\t"
133                        "movups (%0),%%xmm2               # load b1,b2,a1,a2\n\t"
134                        "movups (%1),%%xmm5               # load x1,x2,y1,y2\n\t"
135                        /* sample 0 */
136                        "movaps %%xmm5,%%xmm3\n\t"
137                        "mulps  %%xmm2,%%xmm5             # xmm5 = [b1,b2,a1,a2] * [x1,x2,y1,y2]\n\t"
138                        "shufps $0x0a,%%xmm3,%%xmm3       # x2 = x1, y2 = y1\n\t"
139                        "movss  %%xmm4,%%xmm6\n\t"
140                        "addss  %%xmm5,%%xmm6\n\t"
141                        "shufps $0x39,%%xmm5,%%xmm5\n\t"
142                        "addss  %%xmm5,%%xmm6\n\t"
143                        "shufps $0x39,%%xmm5,%%xmm5\n\t"
144                        "addss  %%xmm5,%%xmm6\n\t"
145                        "shufps $0x39,%%xmm5,%%xmm5\n\t"
146                        "addss  %%xmm5,%%xmm6             # xmm6 = b0*x + b1*x1 + b2*x2 + a1*y1 + a2*y2\n\t"
147                        /* sample 1 */
148                        "shufps $0x39,%%xmm4,%%xmm4       # rotate xmm4 down 1 cell\n\t"
149                        "movss  %%xmm6,%%xmm3             # y1 = y\n\t"
150                        "shufps $0x4e,%%xmm3,%%xmm3       # rotate 2 cells\n\t"
151                        "movss  %%xmm0,%%xmm3             # x1 = x\n\t"
152                        "shufps $0x93,%%xmm6,%%xmm6       # rotate output up 1 cell\n\t"
153                        "movaps %%xmm3,%%xmm5\n\t"
154                        "shufps $0x39,%%xmm0,%%xmm0       # rotate input down 1 cell\n\t"
155                        "mulps  %%xmm2,%%xmm5             # xmm5 = [b1,b2,a1,a2] * [x1,x2,y1,y2]\n\t"
156                        "movss  %%xmm5,%%xmm6\n\t"
157                        "addss  %%xmm4,%%xmm6\n\t"
158                        "shufps $0x39,%%xmm5,%%xmm5\n\t"
159                        "addss  %%xmm5,%%xmm6\n\t"
160                        "shufps $0x39,%%xmm5,%%xmm5\n\t"
161                        "addss  %%xmm5,%%xmm6\n\t"
162                        "shufps $0x39,%%xmm5,%%xmm5\n\t"
163                        "addss  %%xmm5,%%xmm6             # xmm6 = b0*x + b1*x1 + b2*x2 + a1*y1 + a2*y2\n\t"
164                        /* sample 2 */
165                        "shufps $0x0a,%%xmm3,%%xmm3       # x2 = x1, y2 = y1\n\t"
166                        "shufps $0x39,%%xmm4,%%xmm4       # rotate xmm4 down 1 cell\n\t"
167                        "movss  %%xmm6,%%xmm3             # y1 = y\n\t"
168                        "shufps $0x4e,%%xmm3,%%xmm3       # rotate 2 cells\n\t"
169                        "movss  %%xmm0,%%xmm3             # x1 = x\n\t"
170                        "shufps $0x93,%%xmm6,%%xmm6       # rotate output up 1 cell\n\t"
171                        "movaps %%xmm3,%%xmm5\n\t"
172                        "shufps $0x39,%%xmm0,%%xmm0       # rotate input down 1 cell\n\t"
173                        "mulps  %%xmm2,%%xmm5             # xmm5 = [b1,b2,a1,a2] * [x1,x2,y1,y2]\n\t"
174                        "movss  %%xmm5,%%xmm6\n\t"
175                        "addss  %%xmm4,%%xmm6\n\t"
176                        "shufps $0x39,%%xmm5,%%xmm5\n\t"
177                        "addss  %%xmm5,%%xmm6\n\t"
178                        "shufps $0x39,%%xmm5,%%xmm5\n\t"
179                        "addss  %%xmm5,%%xmm6\n\t"
180                        "shufps $0x39,%%xmm5,%%xmm5\n\t"
181                        "addss  %%xmm5,%%xmm6             # xmm6 = b0*x + b1*x1 + b2*x2 + a1*y1 + a2*y2\n\t"
182                        /* sample 3 */
183                        "shufps $0x0a,%%xmm3,%%xmm3       # x2 = x1, y2 = y1\n\t"
184                        "shufps $0x39,%%xmm4,%%xmm4       # rotate xmm4 down 1 cell\n\t"
185                        "movss  %%xmm6,%%xmm3             # y1 = y\n\t"
186                        "shufps $0x4e,%%xmm3,%%xmm3       # rotate 2 cells\n\t"
187                        "movss  %%xmm0,%%xmm3             # x1 = x\n\t"
188                        "shufps $0x93,%%xmm6,%%xmm6       # rotate output up 1 cell\n\t"
189                        "mulps  %%xmm3,%%xmm2             # xmm5 = [b1,b2,a1,a2] * [x1,x2,y1,y2]\n\t"
190                        "shufps $0x39,%%xmm0,%%xmm0       # rotate input down 1 cell\n\t"
191                        "movss  %%xmm2,%%xmm6\n\t"
192                        "shufps $0x39,%%xmm2,%%xmm2\n\t"
193                        "addss  %%xmm2,%%xmm6\n\t"
194                        "shufps $0x39,%%xmm2,%%xmm2\n\t"
195                        "addss  %%xmm2,%%xmm6\n\t"
196                        "shufps $0x39,%%xmm2,%%xmm2\n\t"
197                        "addss  %%xmm2,%%xmm6\n\t"
198                        "addss  %%xmm4,%%xmm6             # xmm6 = b0*x + b1*x1 + b2*x2 + a1*y1 + a2*y2\n\t"
199                        /* done */
200                        "shufps $0x0a,%%xmm3,%%xmm3       # x2 = x1, y2 = y1\n\t"
201                        "movss  %%xmm6,%%xmm3             # y1 = y\n\t"
202                        "shufps $0x4e,%%xmm3,%%xmm3       # rotate 2 cells\n\t"
203                        "movss  %%xmm0,%%xmm3             # x1 = x\n\t"
204                        "shufps $0x1b,%%xmm6,%%xmm6       # swap output to correct order\n\t"
205                        "shufps $0x39,%%xmm0,%%xmm0       # rotate input down 1 cell, to restore original input\n\t"
206                        "movups %%xmm3,(%1)               # store x1,x2,y1,y2\n\t"
207                        : /* no output */
208                        : "r" (&param->b1), /* %0 - [b1,b2,a1,a2] */
209                          "r" (&x1),        /* %1 - [x1,x2,y1,y2] */
210                          "r" (&param->b0)  /* %2 */
211                    );
212                }
213    #endif // ARCH_X86
214    
215              inline bq_t ApplyFB(bq_t x, const bq_t fb) {              inline bq_t ApplyFB(bq_t x, const bq_t fb) {
216                  bq_t y;                  bq_t y;
217    
# Line 142  namespace LinuxSampler { Line 241  namespace LinuxSampler {
241    
242                  return y;                  return y;
243              }              }
244    
245    #if ARCH_X86
246                // expects to find input in xmm0 (xmm0 stays unmodified) and finally leaves output in xmm7
247                inline void ApplyFB4StepsSSE(biquad_param_t* param, const bq_t &fb) {
248                    float xs, ys;
249                    float t0, t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7, t8; // temporary stack space
250                    __asm__ __volatile__ (
251                        /* prepare input */
252                        "movss  %15,%%xmm5\n\t"
253                        "movss  %%xmm0,(%14)\n\t"
254                        /* sample 0 */
255                        "movss   %0, %%xmm3\n\t"
256                        "movss   %1, %%xmm4\n\t"
257                        "mulss   %%xmm4, %%xmm5\n\t"
258                        "movss   %%xmm3, %2\n\t"
259                        "movss   %%xmm5, %16\n\t"
260                        "mulss   %%xmm3, %%xmm5\n\t"
261                        "movss   %19, %%xmm2\n\t"
262                        "movss   %3, %%xmm6\n\t"
263                        "movss   %21, %%xmm3\n\t"
264                        "addss   %%xmm5, %%xmm6\n\t"
265                        "movss  %%xmm2, %%xmm5\n\t"
266                        "movss   %20, %%xmm4\n\t"
267                        "movss   %%xmm6, %4\n\t"
268                        "mulss   %%xmm6, %%xmm5\n\t"
269                        "movss   %5, %%xmm6\n\t"
270                        "movss   %%xmm2, %6\n\t"
271                        "movss   %%xmm4, %7\n\t"
272                        "movss   %%xmm3, %%xmm2\n\t"
273                        "mulss   %%xmm6, %%xmm4\n\t"
274                        "mulss   %8, %%xmm2\n\t"
275                        "movss   %%xmm3, %9\n\t"
276                        "addss   %%xmm4, %%xmm5\n\t"
277                        "movss   %18, %%xmm3\n\t"
278                        "movss   %17, %%xmm4\n\t"
279                        "addss   %%xmm2, %%xmm5\n\t"
280                        "movss   %%xmm4, %10\n\t"
281                        "movss   %%xmm3, %%xmm2\n\t"
282                        "mulss   %11, %%xmm4\n\t"
283                        "mulss   %12, %%xmm2\n\t"
284                        "movss   %%xmm3, %13\n\t"
285                        "addss   %%xmm4, %%xmm5\n\t"
286                        "movss   %11, %%xmm3\n\t"
287                        "movss   %4, %%xmm4\n\t"
288                        "addss   %%xmm2, %%xmm5\n\t"
289                        :: "m" (y1),  /* %0 */
290                           "m" (fbc), /* %1 */
291                           "m" (t0),  /* %2 */
292                           "m" (xs),  /* %3 */
293                           "m" (t7),  /* %4 */
294                           "m" (x1),  /* %5 */
295                           "m" (t1),  /* %6 */
296                           "m" (t2),  /* %7 */
297                           "m" (x2),  /* %8 */
298                           "m" (t3),  /* %9 */
299                           "m" (t4),  /* %10 */
300                           "m" (t0),  /* %11 */
301                           "m" (y2),  /* %12 */
302                           "m" (t5),  /* %13 */
303                           "r" (&xs),  /* %14 */
304                           "m" (fb),   /* %15 */
305                           "m" (ys),   /* %16 */
306                           "m" (param->a1), /* %17 */
307                           "m" (param->a2), /* %18 */
308                           "m" (param->b0), /* %19 */
309                           "m" (param->b1), /* %20 */
310                           "m" (param->b2) /* %21 */
311                    );
312                    __asm__ __volatile__ (
313                        "shufps $0x39,%%xmm0,%%xmm0  # rotate down one cell\n\t"
314                        "movss  %%xmm5,%%xmm7\n\t"
315                        ::
316                    );
317                    /* sample 1 */
318                    __asm__ __volatile__ (
319                        "movss   %0, %%xmm4\n\t"
320                        "movss   %%xmm0, %%xmm3\n\t"
321                        "mulss   %%xmm5, %%xmm4\n\t"
322                        "mulss   %3, %%xmm6\n\t"
323                        "movss   %5, %%xmm2\n\t"
324                        "addss   %%xmm4, %%xmm3\n\t"
325                        "mulss   %7, %%xmm2\n\t"
326                        "movss   %6, %%xmm4\n\t"
327                        "movss   %%xmm3, %8\n\t"
328                        "mulss   %%xmm3, %%xmm4\n\t"
329                        "addss   %%xmm2, %%xmm4\n\t"
330                        "movss   %9, %%xmm3\n\t"
331                        "mulss   %%xmm5, %%xmm3\n\t"
332                        "movss   %10, %%xmm2\n\t"
333                        "addss   %%xmm6, %%xmm4\n\t"
334                        "mulss   %11, %%xmm2\n\t"
335                        "addss   %%xmm3, %%xmm4\n\t"
336                        "addss   %%xmm2, %%xmm4\n\t"
337                        :: "m" (ys),  /* %0 */
338                           "m" (fbc), /* %1 */
339                           "m" (xs),  /* %2 */
340                           "m" (t3),  /* %3 */
341                           "m" (y2),  /* %4 */
342                           "m" (t2),  /* %5 */
343                           "m" (t1),  /* %6 */
344                           "m" (t7),  /* %7 */
345                           "m" (t8),  /* %8 */
346                           "m" (t4),  /* %9 */
347                           "m" (t5),  /* %10 */
348                           "m" (t0),  /* %11 */
349                           "m" (x2),  /* %12 */
350                           "m" (x1),  /* %13 */
351                           "m" (y1)   /* %14 */
352                    );
353                    __asm__ __volatile__ (
354                        "shufps $0x93,%%xmm7,%%xmm7  # rotate up one cell\n\t"
355                        "shufps $0x39,%%xmm0,%%xmm0  # rotate down one cell\n\t"
356                        "movss  %%xmm4,%%xmm7\n\t"
357                        ::
358                    );
359                    /* sample 2 */
360                    __asm__ __volatile__ (
361                        "movss   %2, %%xmm6\n\t"
362                        "movss   %3, %%xmm3\n\t"
363                        "mulss   %%xmm4, %%xmm6\n\t"
364                        "movss   %4, %%xmm2\n\t"
365                        "mulss   %9, %%xmm2\n\t"
366                        "addss   %%xmm0, %%xmm6\n\t"
367                        "mulss   %7, %%xmm5\n\t"
368                        "mulss   %%xmm6, %%xmm3\n\t"
369                        "addss   %%xmm2, %%xmm3\n\t"
370                        "movss   %5, %%xmm2\n\t"
371                        "mulss   %8, %%xmm2\n\t"
372                        "addss   %%xmm2, %%xmm3\n\t"
373                        "movss   %6, %%xmm2\n\t"
374                        "mulss   %%xmm4, %%xmm2\n\t"
375                        "addss   %%xmm5, %%xmm2\n\t"
376                        "addss   %%xmm2, %%xmm3\n\t"
377                        :: "m" (xs),  /* %0 */
378                           "m" (fb),  /* %1 */
379                           "m" (ys), /* %2 */
380                           "m" (t1),  /* %3 */
381                           "m" (t2),  /* %4 */
382                           "m" (t3),  /* %5 */
383                           "m" (t4),  /* %6 */
384                           "m" (t5),  /* %7 */
385                           "m" (t7),  /* %8 */
386                           "m" (t8),  /* %9 */
387                           "m" (x1),  /* %10 */
388                           "m" (x2),  /* %11 */
389                           "m" (y1),  /* %12 */
390                           "m" (y2)   /* %13 */
391                    );
392                    __asm__ __volatile__ (
393                        "shufps $0x39,%%xmm0,%%xmm0  # rotate down one cell\n\t"
394                        "shufps $0x93,%%xmm7,%%xmm7  # rotate up one cell\n\t"
395                        "movss  %%xmm3,%%xmm7\n\t"
396                        ::
397                    );
398                    /* sample 3 */
399                    __asm__ __volatile__ (
400                        "movss   %1, %%xmm2\n\t"
401                        "mulss   %7, %%xmm4\n\t"
402                        "mulss   %%xmm3, %%xmm2\n\t"
403                        "movss   %3, %%xmm5\n\t"
404                        "movss   %%xmm6, %11\n\t"
405                        "addss   %%xmm0, %%xmm2\n\t"
406                        "movss   %%xmm3, %13\n\t"
407                        "mulss   %%xmm2, %%xmm5\n\t"
408                        "mulss   %4, %%xmm6\n\t"
409                        "movss   %%xmm2, %10\n\t"
410                        "addss   %%xmm6, %%xmm5\n\t"
411                        "movss   %5, %%xmm2\n\t"
412                        "mulss   %9, %%xmm2\n\t"
413                        "mulss   %6, %%xmm3\n\t"
414                        "addss   %%xmm2, %%xmm5\n\t"
415                        "addss   %%xmm3, %%xmm4\n\t"
416                        "addss   %%xmm4, %%xmm5\n\t"
417                        "movss   %%xmm5, %12\n\t"
418                        :: "m" (xs),  /* %0 */
419                           "m" (ys),  /* %1 */
420                           "m" (fbc), /* %2 */
421                           "m" (t1),  /* %3 */
422                           "m" (t2),  /* %4 */
423                           "m" (t3),  /* %5 */
424                           "m" (t4),  /* %6 */
425                           "m" (t5),  /* %7 */
426                           "m" (t6),  /* %8 */
427                           "m" (t8),  /* %9 */
428                           "m" (x1),  /* %10 */
429                           "m" (x2),  /* %11 */
430                           "m" (y1),  /* %12 */
431                           "m" (y2)   /* %13 */
432                    );
433                    __asm__ __volatile__ (
434                        "shufps $0x93,%%xmm7,%%xmm7  # rotate up one cell\n\t"
435                        "shufps $0x39,%%xmm0,%%xmm0  # rotate down one cell to restore original input\n\t"
436                        "movss  %%xmm5,%%xmm7\n\t"
437                        "shufps $0x1b,%%xmm7,%%xmm7  # swap output to correct order\n\t"
438                        ::
439                    );
440                }
441    #endif // ARCH_X86
442      };      };
443    
444        /** @brief Lowpass Filter
445         *
446         * Lowpass filter based on biquad filter implementation.
447         */
448      class LowpassFilter : public BiquadFilter {      class LowpassFilter : public BiquadFilter {
449          public:          public:
450              inline LowpassFilter() : BiquadFilter() {}              inline LowpassFilter() : BiquadFilter() {}
# Line 177  namespace LinuxSampler { Line 478  namespace LinuxSampler {
478              }              }
479      };      };
480    
481        /** @brief Bandpass Filter
482         *
483         * Bandpass filter based on biquad filter implementation.
484         */
485      class BandpassFilter : public BiquadFilter {      class BandpassFilter : public BiquadFilter {
486          public:          public:
487              inline BandpassFilter() : BiquadFilter() {}              inline BandpassFilter() : BiquadFilter() {}
# Line 210  namespace LinuxSampler { Line 515  namespace LinuxSampler {
515              }              }
516      };      };
517    
518        /** @brief Highpass Filter
519         *
520         * Highpass filter based on biquad filter implementation.
521         */
522      class HighpassFilter : public BiquadFilter {      class HighpassFilter : public BiquadFilter {
523          public:          public:
524              inline HighpassFilter() : BiquadFilter() {}              inline HighpassFilter() : BiquadFilter() {}
Legend:
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