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 // A final scalar to get the audio within approximately the right range.
  15 // Increase to _lower_ overall volume.
  16 #define DAMPENING_FACTOR 5.0
  17
  18 // 6dB/oct per round.
  19 #define FILTER_DEPTH 4
  20
  21 static float a1, a2, b0, b1, b2;
  22 static float d0, d1;
  23
  24 static void filter_init(float cutoff_radians)
  25 {
  26         float resonance = 1.0f / sqrt(2.0f);
  27         float sn = sin(cutoff_radians), cs = cos(cutoff_radians);
  28         float alpha = float(sn / (2 * resonance));
  29
  30         // coefficients for lowpass filter
  31         float a0 = 1 + alpha;
  32         b0 = (1 - cs) * 0.5f;
  33         b1 = 1 - cs;
  34         b2 = b0;
  35         a1 = -2 * cs;
  36         a2 = 1 - alpha;
  37
  38         b0 /= a0;
  39         b1 /= a0;
  40         b2 /= a0;
  41         a1 /= a0;
  42         a2 /= a0;
  43
  44         // reset filter delays
  45         d0 = d1 = 0.0f;
  46 }
  47
  48 static float filter_update(float in)
  49 {
  50         float out = b0*in + d0;
  51         d0 = b1 * in - a1 * out + d1;
  52         d1 = b2 * in - a2 * out;
  53         return out;
  54 }
  55
  56 std::vector<float> level_samples(const std::vector<float> &pcm, float min_level, int sample_rate)
  57 {
  58         // filter forwards, then backwards (perfect phase filtering)
  59         std::vector<float> filtered_samples, refiltered_samples, leveled_samples;
  60         filtered_samples.resize(pcm.size());
  61         refiltered_samples.resize(pcm.size());
  62         leveled_samples.resize(pcm.size());
  63
  64         filter_init(M_PI * LPFILTER_FREQ / sample_rate);
  65         for (unsigned i = 0; i < pcm.size(); ++i) {
  66                 filtered_samples[i] = filter_update(fabs(pcm[i]));
  67         }
  68         filter_init(M_PI * LPFILTER_FREQ / sample_rate);
  69         for (unsigned i = pcm.size(); i --> 0; ) {
  70                 refiltered_samples[i] = filter_update(filtered_samples[i]);
  71         }
  72
  73         for (int i = 1; i < FILTER_DEPTH; ++i) {
  74                 filter_init(M_PI * LPFILTER_FREQ / sample_rate);
  75                 for (unsigned i = 0; i < pcm.size(); ++i) {
  76                         filtered_samples[i] = filter_update(refiltered_samples[i]);
  77                 }
  78                 filter_init(M_PI * LPFILTER_FREQ / sample_rate);
  79                 for (unsigned i = pcm.size(); i --> 0; ) {
  80                         refiltered_samples[i] = filter_update(filtered_samples[i]);
  81                 }
  82         }
  83
  84         for (unsigned i = 0; i < pcm.size(); ++i) {
  85                 float f = DAMPENING_FACTOR * std::max<float>(refiltered_samples[i], min_level);
  86                 leveled_samples[i] = pcm[i] / f;
  87         }
  88
  89         return leveled_samples;
  90 }