git.sesse.net Git - c64tapwav/blob - level.cpp

   1 // A small program to try to even out the audio levels within a file
   2 // (essentially a compressor with infinite lookahead).
   3
   4 #include <stdio.h>
   5 #include <math.h>
   6 #include <vector>
   7 #include <algorithm>
   8
   9 #define BUFSIZE 4096
  10 #define WAVE_FREQ 44100.0
  11
  12 // The frequency to filter on, in Hertz. Larger values makes the
  13 // compressor react faster, but if it is too large, you'll
  14 // ruin the waveforms themselves.
  15 #define LPFILTER_FREQ 50.0
  16
  17 // The minimum estimated sound level at any given point.
  18 // If you decrease this, you'll be able to amplify really silent signals
  19 // by more, but you'll also increase the level of silent (ie. noise-only) segments,
  20 // possibly caused misdetected pulses in these segments.
  21 #define MIN_LEVEL 0.05
  22
  23 // A final scalar to get the audio within approximately the right range.
  24 // Increase to _lower_ overall volume.
  25 #define DAMPENING_FACTOR 5.0
  26
  27 // 6dB/oct per round.
  28 #define FILTER_DEPTH 4
  29
  30 struct stereo_sample {
  31         short left, right;
  32 };
  33
  34 inline short clip(int x)
  35 {
  36         if (x < -32768) {
  37                 return x;
  38         } else if (x > 32767) {
  39                 return 32767;
  40         } else {
  41                 return short(x);
  42         }
  43 }
  44
  45 static float a1, a2, b0, b1, b2;
  46 static float d0, d1;
  47
  48 static void filter_init(float cutoff_radians)
  49 {
  50         float resonance = 1.0f / sqrt(2.0f);
  51         float sn = sin(cutoff_radians), cs = cos(cutoff_radians);
  52         float alpha = float(sn / (2 * resonance));
  53
  54         // coefficients for lowpass filter
  55         float a0 = 1 + alpha;
  56         b0 = (1 - cs) * 0.5f;
  57         b1 = 1 - cs;
  58         b2 = b0;
  59         a1 = -2 * cs;
  60         a2 = 1 - alpha;
  61
  62         b0 /= a0;
  63         b1 /= a0;
  64         b2 /= a0;
  65         a1 /= a0;
  66         a2 /= a0;
  67
  68         // reset filter delays
  69         d0 = d1 = 0.0f;
  70 }
  71
  72 static float filter_update(float in)
  73 {
  74         float out = b0*in + d0;
  75         d0 = b1 * in - a1 * out + d1;
  76         d1 = b2 * in - a2 * out;
  77         return out;
  78 }
  79
  80 int main(int argc, char **argv)
  81 {
  82         std::vector<short> pcm;
  83
  84         while (!feof(stdin)) {
  85                 short buf[BUFSIZE];
  86                 ssize_t ret = fread(buf, sizeof(short), BUFSIZE, stdin);
  87                 if (ret >= 0) {
  88                         pcm.insert(pcm.end(), buf, buf + ret);
  89                 }
  90         }
  91
  92         // filter forwards, then backwards (perfect phase filtering)
  93         std::vector<float> filtered_samples, refiltered_samples;
  94         filtered_samples.resize(pcm.size());
  95         refiltered_samples.resize(pcm.size());
  96
  97         filter_init(M_PI * LPFILTER_FREQ / WAVE_FREQ);
  98         for (unsigned i = 0; i < pcm.size(); ++i) {
  99                 filtered_samples[i] = filter_update(fabs(pcm[i]));
 100         }
 101         filter_init(M_PI * LPFILTER_FREQ / WAVE_FREQ);
 102         for (unsigned i = pcm.size(); i --> 0; ) {
 103                 refiltered_samples[i] = filter_update(filtered_samples[i]);
 104         }
 105
 106         for (int i = 1; i < FILTER_DEPTH; ++i) {
 107                 filter_init(M_PI * LPFILTER_FREQ / WAVE_FREQ);
 108                 for (unsigned i = 0; i < pcm.size(); ++i) {
 109                         filtered_samples[i] = filter_update(refiltered_samples[i]);
 110                 }
 111                 filter_init(M_PI * LPFILTER_FREQ / WAVE_FREQ);
 112                 for (unsigned i = pcm.size(); i --> 0; ) {
 113                         refiltered_samples[i] = filter_update(filtered_samples[i]);
 114                 }
 115         }
 116
 117         for (unsigned i = 0; i < pcm.size(); ++i) {
 118                 float f = DAMPENING_FACTOR * std::max(refiltered_samples[i] * (1.0 / 32768.0), MIN_LEVEL);
 119                 short s = clip(lrintf(pcm[i] / f));
 120                 fwrite(&s, sizeof(s), 1, stdout);
 121         }
 122 }