git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/resample.c

   1 /*
   2  * samplerate conversion for both audio and video
   3  * Copyright (c) 2000 Fabrice Bellard
   4  *
   5  * This file is part of FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * FFmpeg 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 GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 /**
  23  * @file
  24  * samplerate conversion for both audio and video
  25  */
  26
  27 #include <string.h>
  28
  29 #include "avcodec.h"
  30 #include "audioconvert.h"
  31 #include "libavutil/opt.h"
  32 #include "libavutil/mem.h"
  33 #include "libavutil/samplefmt.h"
  34
  35 #define MAX_CHANNELS 8
  36
  37 struct AVResampleContext;
  38
  39 static const char *context_to_name(void *ptr)
  40 {
  41     return "audioresample";
  42 }
  43
  44 static const AVOption options[] = {{NULL}};
  45 static const AVClass audioresample_context_class = {
  46     "ReSampleContext", context_to_name, options, LIBAVUTIL_VERSION_INT
  47 };
  48
  49 struct ReSampleContext {
  50     struct AVResampleContext *resample_context;
  51     short *temp[MAX_CHANNELS];
  52     int temp_len;
  53     float ratio;
  54     /* channel convert */
  55     int input_channels, output_channels, filter_channels;
  56     AVAudioConvert *convert_ctx[2];
  57     enum AVSampleFormat sample_fmt[2]; ///< input and output sample format
  58     unsigned sample_size[2];           ///< size of one sample in sample_fmt
  59     short *buffer[2];                  ///< buffers used for conversion to S16
  60     unsigned buffer_size[2];           ///< sizes of allocated buffers
  61 };
  62
  63 /* n1: number of samples */
  64 static void stereo_to_mono(short *output, short *input, int n1)
  65 {
  66     short *p, *q;
  67     int n = n1;
  68
  69     p = input;
  70     q = output;
  71     while (n >= 4) {
  72         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
  73         q[1] = (p[2] + p[3]) >> 1;
  74         q[2] = (p[4] + p[5]) >> 1;
  75         q[3] = (p[6] + p[7]) >> 1;
  76         q += 4;
  77         p += 8;
  78         n -= 4;
  79     }
  80     while (n > 0) {
  81         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
  82         q++;
  83         p += 2;
  84         n--;
  85     }
  86 }
  87
  88 /* n1: number of samples */
  89 static void mono_to_stereo(short *output, short *input, int n1)
  90 {
  91     short *p, *q;
  92     int n = n1;
  93     int v;
  94
  95     p = input;
  96     q = output;
  97     while (n >= 4) {
  98         v = p[0]; q[0] = v; q[1] = v;
  99         v = p[1]; q[2] = v; q[3] = v;
 100         v = p[2]; q[4] = v; q[5] = v;
 101         v = p[3]; q[6] = v; q[7] = v;
 102         q += 8;
 103         p += 4;
 104         n -= 4;
 105     }
 106     while (n > 0) {
 107         v = p[0]; q[0] = v; q[1] = v;
 108         q += 2;
 109         p += 1;
 110         n--;
 111     }
 112 }
 113
 114 /*
 115 5.1 to stereo input: [fl, fr, c, lfe, rl, rr]
 116 - Left = front_left + rear_gain * rear_left + center_gain * center
 117 - Right = front_right + rear_gain * rear_right + center_gain * center
 118 Where rear_gain is usually around 0.5-1.0 and
 119       center_gain is almost always 0.7 (-3 dB)
 120 */
 121 static void surround_to_stereo(short **output, short *input, int channels, int samples)
 122 {
 123     int i;
 124     short l, r;
 125
 126     for (i = 0; i < samples; i++) {
 127         int fl,fr,c,rl,rr;
 128         fl = input[0];
 129         fr = input[1];
 130         c = input[2];
 131         // lfe = input[3];
 132         rl = input[4];
 133         rr = input[5];
 134
 135         l = av_clip_int16(fl + (0.5 * rl) + (0.7 * c));
 136         r = av_clip_int16(fr + (0.5 * rr) + (0.7 * c));
 137
 138         /* output l & r. */
 139         *output[0]++ = l;
 140         *output[1]++ = r;
 141
 142         /* increment input. */
 143         input += channels;
 144     }
 145 }
 146
 147 static void deinterleave(short **output, short *input, int channels, int samples)
 148 {
 149     int i, j;
 150
 151     for (i = 0; i < samples; i++) {
 152         for (j = 0; j < channels; j++) {
 153             *output[j]++ = *input++;
 154         }
 155     }
 156 }
 157
 158 static void interleave(short *output, short **input, int channels, int samples)
 159 {
 160     int i, j;
 161
 162     for (i = 0; i < samples; i++) {
 163         for (j = 0; j < channels; j++) {
 164             *output++ = *input[j]++;
 165         }
 166     }
 167 }
 168
 169 static void ac3_5p1_mux(short *output, short *input1, short *input2, int n)
 170 {
 171     int i;
 172     short l, r;
 173
 174     for (i = 0; i < n; i++) {
 175         l = *input1++;
 176         r = *input2++;
 177         *output++ = l;                  /* left */
 178         *output++ = (l / 2) + (r / 2);  /* center */
 179         *output++ = r;                  /* right */
 180         *output++ = 0;                  /* left surround */
 181         *output++ = 0;                  /* right surroud */
 182         *output++ = 0;                  /* low freq */
 183     }
 184 }
 185
 186 #define SUPPORT_RESAMPLE(ch1, ch2, ch3, ch4, ch5, ch6, ch7, ch8) \
 187     ch8<<7 | ch7<<6 | ch6<<5 | ch5<<4 | ch4<<3 | ch3<<2 | ch2<<1 | ch1<<0
 188
 189 static const uint8_t supported_resampling[MAX_CHANNELS] = {
 190     // output ch:    1  2  3  4  5  6  7  8
 191     SUPPORT_RESAMPLE(1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0), // 1 input channel
 192     SUPPORT_RESAMPLE(1, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0), // 2 input channels
 193     SUPPORT_RESAMPLE(0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0), // 3 input channels
 194     SUPPORT_RESAMPLE(0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0), // 4 input channels
 195     SUPPORT_RESAMPLE(0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0), // 5 input channels
 196     SUPPORT_RESAMPLE(0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0), // 6 input channels
 197     SUPPORT_RESAMPLE(0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0), // 7 input channels
 198     SUPPORT_RESAMPLE(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1), // 8 input channels
 199 };
 200
 201 ReSampleContext *av_audio_resample_init(int output_channels, int input_channels,
 202                                         int output_rate, int input_rate,
 203                                         enum AVSampleFormat sample_fmt_out,
 204                                         enum AVSampleFormat sample_fmt_in,
 205                                         int filter_length, int log2_phase_count,
 206                                         int linear, double cutoff)
 207 {
 208     ReSampleContext *s;
 209
 210     if (input_channels > MAX_CHANNELS) {
 211         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR,
 212                "Resampling with input channels greater than %d is unsupported.\n",
 213                MAX_CHANNELS);
 214         return NULL;
 215     }
 216     if (!(supported_resampling[input_channels-1] & (1<<(output_channels-1)))) {
 217         int i;
 218         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Unsupported audio resampling. Allowed "
 219                "output channels for %d input channel%s", input_channels,
 220                input_channels > 1 ? "s:" : ":");
 221         for (i = 0; i < MAX_CHANNELS; i++)
 222             if (supported_resampling[input_channels-1] & (1<<i))
 223                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, " %d", i + 1);
 224         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "\n");
 225         return NULL;
 226     }
 227
 228     s = av_mallocz(sizeof(ReSampleContext));
 229     if (!s) {
 230         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Can't allocate memory for resample context.\n");
 231         return NULL;
 232     }
 233
 234     s->ratio = (float)output_rate / (float)input_rate;
 235
 236     s->input_channels = input_channels;
 237     s->output_channels = output_channels;
 238
 239     s->filter_channels = s->input_channels;
 240     if (s->output_channels < s->filter_channels)
 241         s->filter_channels = s->output_channels;
 242
 243     s->sample_fmt[0]  = sample_fmt_in;
 244     s->sample_fmt[1]  = sample_fmt_out;
 245     s->sample_size[0] = av_get_bytes_per_sample(s->sample_fmt[0]);
 246     s->sample_size[1] = av_get_bytes_per_sample(s->sample_fmt[1]);
 247
 248     if (s->sample_fmt[0] != AV_SAMPLE_FMT_S16) {
 249         if (!(s->convert_ctx[0] = av_audio_convert_alloc(AV_SAMPLE_FMT_S16, 1,
 250                                                          s->sample_fmt[0], 1, NULL, 0))) {
 251             av_log(s, AV_LOG_ERROR,
 252                    "Cannot convert %s sample format to s16 sample format\n",
 253                    av_get_sample_fmt_name(s->sample_fmt[0]));
 254             av_free(s);
 255             return NULL;
 256         }
 257     }
 258
 259     if (s->sample_fmt[1] != AV_SAMPLE_FMT_S16) {
 260         if (!(s->convert_ctx[1] = av_audio_convert_alloc(s->sample_fmt[1], 1,
 261                                                          AV_SAMPLE_FMT_S16, 1, NULL, 0))) {
 262             av_log(s, AV_LOG_ERROR,
 263                    "Cannot convert s16 sample format to %s sample format\n",
 264                    av_get_sample_fmt_name(s->sample_fmt[1]));
 265             av_audio_convert_free(s->convert_ctx[0]);
 266             av_free(s);
 267             return NULL;
 268         }
 269     }
 270
 271     s->resample_context = av_resample_init(output_rate, input_rate,
 272                                            filter_length, log2_phase_count,
 273                                            linear, cutoff);
 274
 275     *(const AVClass**)s->resample_context = &audioresample_context_class;
 276
 277     return s;
 278 }
 279
 280 /* resample audio. 'nb_samples' is the number of input samples */
 281 /* XXX: optimize it ! */
 282 int audio_resample(ReSampleContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
 283 {
 284     int i, nb_samples1;
 285     short *bufin[MAX_CHANNELS];
 286     short *bufout[MAX_CHANNELS];
 287     short *buftmp2[MAX_CHANNELS], *buftmp3[MAX_CHANNELS];
 288     short *output_bak = NULL;
 289     int lenout;
 290
 291     if (s->input_channels == s->output_channels && s->ratio == 1.0 && 0) {
 292         /* nothing to do */
 293         memcpy(output, input, nb_samples * s->input_channels * sizeof(short));
 294         return nb_samples;
 295     }
 296
 297     if (s->sample_fmt[0] != AV_SAMPLE_FMT_S16) {
 298         int istride[1] = { s->sample_size[0] };
 299         int ostride[1] = { 2 };
 300         const void *ibuf[1] = { input };
 301         void       *obuf[1];
 302         unsigned input_size = nb_samples * s->input_channels * 2;
 303
 304         if (!s->buffer_size[0] || s->buffer_size[0] < input_size) {
 305             av_free(s->buffer[0]);
 306             s->buffer_size[0] = input_size;
 307             s->buffer[0] = av_malloc(s->buffer_size[0]);
 308             if (!s->buffer[0]) {
 309                 av_log(s->resample_context, AV_LOG_ERROR, "Could not allocate buffer\n");
 310                 return 0;
 311             }
 312         }
 313
 314         obuf[0] = s->buffer[0];
 315
 316         if (av_audio_convert(s->convert_ctx[0], obuf, ostride,
 317                              ibuf, istride, nb_samples * s->input_channels) < 0) {
 318             av_log(s->resample_context, AV_LOG_ERROR,
 319                    "Audio sample format conversion failed\n");
 320             return 0;
 321         }
 322
 323         input = s->buffer[0];
 324     }
 325
 326     lenout= 2*s->output_channels*nb_samples * s->ratio + 16;
 327
 328     if (s->sample_fmt[1] != AV_SAMPLE_FMT_S16) {
 329         int out_size = lenout * av_get_bytes_per_sample(s->sample_fmt[1]) *
 330                        s->output_channels;
 331         output_bak = output;
 332
 333         if (!s->buffer_size[1] || s->buffer_size[1] < out_size) {
 334             av_free(s->buffer[1]);
 335             s->buffer_size[1] = out_size;
 336             s->buffer[1] = av_malloc(s->buffer_size[1]);
 337             if (!s->buffer[1]) {
 338                 av_log(s->resample_context, AV_LOG_ERROR, "Could not allocate buffer\n");
 339                 return 0;
 340             }
 341         }
 342
 343         output = s->buffer[1];
 344     }
 345
 346     /* XXX: move those malloc to resample init code */
 347     for (i = 0; i < s->filter_channels; i++) {
 348         bufin[i] = av_malloc((nb_samples + s->temp_len) * sizeof(short));
 349         memcpy(bufin[i], s->temp[i], s->temp_len * sizeof(short));
 350         buftmp2[i] = bufin[i] + s->temp_len;
 351         bufout[i] = av_malloc(lenout * sizeof(short));
 352     }
 353
 354     if (s->input_channels == 2 && s->output_channels == 1) {
 355         buftmp3[0] = output;
 356         stereo_to_mono(buftmp2[0], input, nb_samples);
 357     } else if (s->output_channels >= 2 && s->input_channels == 1) {
 358         buftmp3[0] = bufout[0];
 359         memcpy(buftmp2[0], input, nb_samples * sizeof(short));
 360     } else if (s->input_channels == 6 && s->output_channels ==2) {
 361         buftmp3[0] = bufout[0];
 362         buftmp3[1] = bufout[1];
 363         surround_to_stereo(buftmp2, input, s->input_channels, nb_samples);
 364     } else if (s->output_channels >= s->input_channels && s->input_channels >= 2) {
 365         for (i = 0; i < s->input_channels; i++) {
 366             buftmp3[i] = bufout[i];
 367         }
 368         deinterleave(buftmp2, input, s->input_channels, nb_samples);
 369     } else {
 370         buftmp3[0] = output;
 371         memcpy(buftmp2[0], input, nb_samples * sizeof(short));
 372     }
 373
 374     nb_samples += s->temp_len;
 375
 376     /* resample each channel */
 377     nb_samples1 = 0; /* avoid warning */
 378     for (i = 0; i < s->filter_channels; i++) {
 379         int consumed;
 380         int is_last = i + 1 == s->filter_channels;
 381
 382         nb_samples1 = av_resample(s->resample_context, buftmp3[i], bufin[i],
 383                                   &consumed, nb_samples, lenout, is_last);
 384         s->temp_len = nb_samples - consumed;
 385         s->temp[i] = av_realloc(s->temp[i], s->temp_len * sizeof(short));
 386         memcpy(s->temp[i], bufin[i] + consumed, s->temp_len * sizeof(short));
 387     }
 388
 389     if (s->output_channels == 2 && s->input_channels == 1) {
 390         mono_to_stereo(output, buftmp3[0], nb_samples1);
 391     } else if (s->output_channels == 6 && s->input_channels == 2) {
 392         ac3_5p1_mux(output, buftmp3[0], buftmp3[1], nb_samples1);
 393     } else if ((s->output_channels == s->input_channels && s->input_channels >= 2) ||
 394                (s->output_channels == 2 && s->input_channels == 6)) {
 395         interleave(output, buftmp3, s->output_channels, nb_samples1);
 396     }
 397
 398     if (s->sample_fmt[1] != AV_SAMPLE_FMT_S16) {
 399         int istride[1] = { 2 };
 400         int ostride[1] = { s->sample_size[1] };
 401         const void *ibuf[1] = { output };
 402         void       *obuf[1] = { output_bak };
 403
 404         if (av_audio_convert(s->convert_ctx[1], obuf, ostride,
 405                              ibuf, istride, nb_samples1 * s->output_channels) < 0) {
 406             av_log(s->resample_context, AV_LOG_ERROR,
 407                    "Audio sample format convertion failed\n");
 408             return 0;
 409         }
 410     }
 411
 412     for (i = 0; i < s->filter_channels; i++) {
 413         av_free(bufin[i]);
 414         av_free(bufout[i]);
 415     }
 416
 417     return nb_samples1;
 418 }
 419
 420 void audio_resample_close(ReSampleContext *s)
 421 {
 422     int i;
 423     av_resample_close(s->resample_context);
 424     for (i = 0; i < s->filter_channels; i++)
 425         av_freep(&s->temp[i]);
 426     av_freep(&s->buffer[0]);
 427     av_freep(&s->buffer[1]);
 428     av_audio_convert_free(s->convert_ctx[0]);
 429     av_audio_convert_free(s->convert_ctx[1]);
 430     av_free(s);
 431 }