git.sesse.net Git - nageru/blob - resampling_queue.cpp

   1 // Parts of the code is adapted from Adriaensen's project Zita-ajbridge
   2 // (as of November 2015), although it has been heavily reworked for this use
   3 // case. Original copyright follows:
   4 //
   5 //  Copyright (C) 2012-2015 Fons Adriaensen <fons@linuxaudio.org>
   6 //
   7 //  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   8 //  it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9 //  the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or
  10 //  (at your option) any later version.
  11 //
  12 //  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  13 //  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14 //  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15 //  GNU General Public License for more details.
  16 //
  17 //  You should have received a copy of the GNU General Public License
  18 //  along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19
  20 #include "resampling_queue.h"
  21
  22 #include <assert.h>
  23 #include <math.h>
  24 #include <stddef.h>
  25 #include <stdio.h>
  26 #include <string.h>
  27 #include <zita-resampler/vresampler.h>
  28
  29 ResamplingQueue::ResamplingQueue(unsigned card_num, unsigned freq_in, unsigned freq_out, unsigned num_channels)
  30         : card_num(card_num), freq_in(freq_in), freq_out(freq_out), num_channels(num_channels),
  31           ratio(double(freq_out) / double(freq_in))
  32 {
  33         vresampler.setup(ratio, num_channels, /*hlen=*/32);
  34
  35         // Prime the resampler so there's no more delay.
  36         vresampler.inp_count = vresampler.inpsize() / 2 - 1;
  37         vresampler.out_count = 1048576;
  38         vresampler.process ();
  39 }
  40
  41 void ResamplingQueue::add_input_samples(double pts, const float *samples, ssize_t num_samples)
  42 {
  43         if (num_samples == 0) {
  44                 return;
  45         }
  46         if (first_input) {
  47                 // Synthesize a fake length.
  48                 last_input_len = double(num_samples) / freq_in;
  49                 first_input = false;
  50         } else {
  51                 last_input_len = pts - last_input_pts;
  52         }
  53
  54         last_input_pts = pts;
  55
  56         k_a0 = k_a1;
  57         k_a1 += num_samples;
  58
  59         for (ssize_t i = 0; i < num_samples * num_channels; ++i) {
  60                 buffer.push_back(samples[i]);
  61         }
  62 }
  63
  64 bool ResamplingQueue::get_output_samples(double pts, float *samples, ssize_t num_samples)
  65 {
  66         if (first_input) {
  67                 // No data yet, just return zeros.
  68                 memset(samples, 0, num_samples * 2 * sizeof(float));
  69                 return true;
  70         }
  71
  72         double last_output_len;
  73         if (first_output) {
  74                 // Synthesize a fake length.
  75                 last_output_len = double(num_samples) / freq_out;
  76         } else {
  77                 last_output_len = pts - last_output_pts;
  78         }
  79         last_output_pts = pts;
  80
  81         // Using the time point since just before the last call to add_input_samples() as a base,
  82         // estimate actual delay based on activity since then, measured in number of input samples:
  83         double actual_delay = 0.0;
  84         assert(last_input_len != 0);
  85         actual_delay += (k_a1 - k_a0) * last_output_len / last_input_len;    // Inserted samples since k_a0, rescaled for the different time periods.
  86         actual_delay += k_a0 - total_consumed_samples;                       // Samples inserted before k_a0 but not consumed yet.
  87         actual_delay += vresampler.inpdist();                                // Delay in the resampler itself.
  88         double err = actual_delay - expected_delay;
  89         if (first_output && err < 0.0) {
  90                 // Before the very first block, insert artificial delay based on our initial estimate,
  91                 // so that we don't need a long period to stabilize at the beginning.
  92                 int delay_samples_to_add = lrintf(-err);
  93                 for (ssize_t i = 0; i < delay_samples_to_add * num_channels; ++i) {
  94                         buffer.push_front(0.0f);
  95                 }
  96                 total_consumed_samples -= delay_samples_to_add;  // Equivalent to increasing k_a0 and k_a1.
  97                 err += delay_samples_to_add;
  98         }
  99         first_output = false;
 100
 101         // Compute loop filter coefficients for the two filters. We need to compute them
 102         // every time, since they depend on the number of samples the user asked for.
 103         //
 104         // The loop bandwidth is at 0.02 Hz; we trust the initial estimate quite well,
 105         // and our jitter is pretty large since none of the threads involved run at
 106         // real-time priority.
 107         double loop_bandwidth_hz = 0.02;
 108
 109         // Set filters. The first filter much wider than the first one (20x as wide).
 110         double w = (2.0 * M_PI) * loop_bandwidth_hz * num_samples / freq_out;
 111         double w0 = 1.0 - exp(-20.0 * w);
 112         double w1 = w * 1.5 / num_samples / ratio;
 113         double w2 = w / 1.5;
 114
 115         // Filter <err> through the loop filter to find the correction ratio.
 116         z1 += w0 * (w1 * err - z1);
 117         z2 += w0 * (z1 - z2);
 118         z3 += w2 * z2;
 119         double rcorr = 1.0 - z2 - z3;
 120         if (rcorr > 1.05) rcorr = 1.05;
 121         if (rcorr < 0.95) rcorr = 0.95;
 122         assert(!isnan(rcorr));
 123         vresampler.set_rratio(rcorr);
 124
 125         // Finally actually resample, consuming exactly <num_samples> output samples.
 126         vresampler.out_data = samples;
 127         vresampler.out_count = num_samples;
 128         while (vresampler.out_count > 0) {
 129                 if (buffer.empty()) {
 130                         // This should never happen unless delay is set way too low,
 131                         // or we're dropping a lot of data.
 132                         fprintf(stderr, "Card %u: PANIC: Out of input samples to resample, still need %d output samples! (correction factor is %f)\n",
 133                                 card_num, int(vresampler.out_count), rcorr);
 134                         memset(vresampler.out_data, 0, vresampler.out_count * 2 * sizeof(float));
 135                         return false;
 136                 }
 137
 138                 float inbuf[1024];
 139                 size_t num_input_samples = sizeof(inbuf) / (sizeof(float) * num_channels);
 140                 if (num_input_samples * num_channels > buffer.size()) {
 141                         num_input_samples = buffer.size() / num_channels;
 142                 }
 143                 for (size_t i = 0; i < num_input_samples * num_channels; ++i) {
 144                         inbuf[i] = buffer[i];
 145                 }
 146
 147                 vresampler.inp_count = num_input_samples;
 148                 vresampler.inp_data = inbuf;
 149
 150                 int err = vresampler.process();
 151                 assert(err == 0);
 152
 153                 size_t consumed_samples = num_input_samples - vresampler.inp_count;
 154                 total_consumed_samples += consumed_samples;
 155                 buffer.erase(buffer.begin(), buffer.begin() + consumed_samples * num_channels);
 156         }
 157         return true;
 158 }