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 // The frequency to filter on, in Hertz. Larger values makes the
  10 // compressor react faster, but if it is too large, you'll
  11 // ruin the waveforms themselves.
  12 #define LPFILTER_FREQ 50.0
  13
  14 // The minimum estimated sound level at any given point.
  15 // If you decrease this, you'll be able to amplify really silent signals
  16 // by more, but you'll also increase the level of silent (ie. noise-only) segments,
  17 // possibly caused misdetected pulses in these segments.
  18 #define MIN_LEVEL 0.05
  19
  20 // A final scalar to get the audio within approximately the right range.
  21 // Increase to _lower_ overall volume.
  22 #define DAMPENING_FACTOR 5.0
  23
  24 // 6dB/oct per round.
  25 #define FILTER_DEPTH 4
  26
  27 static float a1, a2, b0, b1, b2;
  28 static float d0, d1;
  29
  30 static void filter_init(float cutoff_radians)
  31 {
  32         float resonance = 1.0f / sqrt(2.0f);
  33         float sn = sin(cutoff_radians), cs = cos(cutoff_radians);
  34         float alpha = float(sn / (2 * resonance));
  35
  36         // coefficients for lowpass filter
  37         float a0 = 1 + alpha;
  38         b0 = (1 - cs) * 0.5f;
  39         b1 = 1 - cs;
  40         b2 = b0;
  41         a1 = -2 * cs;
  42         a2 = 1 - alpha;
  43
  44         b0 /= a0;
  45         b1 /= a0;
  46         b2 /= a0;
  47         a1 /= a0;
  48         a2 /= a0;
  49
  50         // reset filter delays
  51         d0 = d1 = 0.0f;
  52 }
  53
  54 static float filter_update(float in)
  55 {
  56         float out = b0*in + d0;
  57         d0 = b1 * in - a1 * out + d1;
  58         d1 = b2 * in - a2 * out;
  59         return out;
  60 }
  61
  62 std::vector<float> level_samples(const std::vector<float> &pcm, int sample_rate)
  63 {
  64         // filter forwards, then backwards (perfect phase filtering)
  65         std::vector<float> filtered_samples, refiltered_samples, leveled_samples;
  66         filtered_samples.resize(pcm.size());
  67         refiltered_samples.resize(pcm.size());
  68         leveled_samples.resize(pcm.size());
  69
  70         filter_init(M_PI * LPFILTER_FREQ / sample_rate);
  71         for (unsigned i = 0; i < pcm.size(); ++i) {
  72                 filtered_samples[i] = filter_update(fabs(pcm[i]));
  73         }
  74         filter_init(M_PI * LPFILTER_FREQ / sample_rate);
  75         for (unsigned i = pcm.size(); i --> 0; ) {
  76                 refiltered_samples[i] = filter_update(filtered_samples[i]);
  77         }
  78
  79         for (int i = 1; i < FILTER_DEPTH; ++i) {
  80                 filter_init(M_PI * LPFILTER_FREQ / sample_rate);
  81                 for (unsigned i = 0; i < pcm.size(); ++i) {
  82                         filtered_samples[i] = filter_update(refiltered_samples[i]);
  83                 }
  84                 filter_init(M_PI * LPFILTER_FREQ / sample_rate);
  85                 for (unsigned i = pcm.size(); i --> 0; ) {
  86                         refiltered_samples[i] = filter_update(filtered_samples[i]);
  87                 }
  88         }
  89
  90         for (unsigned i = 0; i < pcm.size(); ++i) {
  91                 float f = DAMPENING_FACTOR * std::max<float>(refiltered_samples[i], MIN_LEVEL);
  92                 leveled_samples[i] = pcm[i] / f;
  93         }
  94
  95         return leveled_samples;
  96 }