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

   1 /*
   2  * Sample rate convertion for both audio and video
   3  * Copyright (c) 2000 Fabrice Bellard.
   4  *
   5  * This library is free software; you can redistribute it and/or
   6  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   7  * License as published by the Free Software Foundation; either
   8  * version 2 of the License, or (at your option) any later version.
   9  *
  10  * This library is distributed in the hope that it will be useful,
  11  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  13  * Lesser General Public License for more details.
  14  *
  15  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  16  * License along with this library; if not, write to the Free Software
  17  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  18  */
  19
  20 /**
  21  * @file resample.c
  22  * Sample rate convertion for both audio and video.
  23  */
  24
  25 #include "avcodec.h"
  26
  27 typedef struct {
  28     /* fractional resampling */
  29     uint32_t incr; /* fractional increment */
  30     uint32_t frac;
  31     int last_sample;
  32     /* integer down sample */
  33     int iratio;  /* integer divison ratio */
  34     int icount, isum;
  35     int inv;
  36 } ReSampleChannelContext;
  37
  38 struct ReSampleContext {
  39     ReSampleChannelContext channel_ctx[2];
  40     float ratio;
  41     /* channel convert */
  42     int input_channels, output_channels, filter_channels;
  43 };
  44
  45
  46 #define FRAC_BITS 16
  47 #define FRAC (1 << FRAC_BITS)
  48
  49 static void init_mono_resample(ReSampleChannelContext *s, float ratio)
  50 {
  51     ratio = 1.0 / ratio;
  52     s->iratio = (int)floorf(ratio);
  53     if (s->iratio == 0)
  54         s->iratio = 1;
  55     s->incr = (int)((ratio / s->iratio) * FRAC);
  56     s->frac = FRAC;
  57     s->last_sample = 0;
  58     s->icount = s->iratio;
  59     s->isum = 0;
  60     s->inv = (FRAC / s->iratio);
  61 }
  62
  63 /* fractional audio resampling */
  64 static int fractional_resample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
  65 {
  66     unsigned int frac, incr;
  67     int l0, l1;
  68     short *q, *p, *pend;
  69
  70     l0 = s->last_sample;
  71     incr = s->incr;
  72     frac = s->frac;
  73
  74     p = input;
  75     pend = input + nb_samples;
  76     q = output;
  77
  78     l1 = *p++;
  79     for(;;) {
  80         /* interpolate */
  81         *q++ = (l0 * (FRAC - frac) + l1 * frac) >> FRAC_BITS;
  82         frac = frac + s->incr;
  83         while (frac >= FRAC) {
  84             frac -= FRAC;
  85             if (p >= pend)
  86                 goto the_end;
  87             l0 = l1;
  88             l1 = *p++;
  89         }
  90     }
  91  the_end:
  92     s->last_sample = l1;
  93     s->frac = frac;
  94     return q - output;
  95 }
  96
  97 static int integer_downsample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
  98 {
  99     short *q, *p, *pend;
 100     int c, sum;
 101
 102     p = input;
 103     pend = input + nb_samples;
 104     q = output;
 105
 106     c = s->icount;
 107     sum = s->isum;
 108
 109     for(;;) {
 110         sum += *p++;
 111         if (--c == 0) {
 112             *q++ = (sum * s->inv) >> FRAC_BITS;
 113             c = s->iratio;
 114             sum = 0;
 115         }
 116         if (p >= pend)
 117             break;
 118     }
 119     s->isum = sum;
 120     s->icount = c;
 121     return q - output;
 122 }
 123
 124 /* n1: number of samples */
 125 static void stereo_to_mono(short *output, short *input, int n1)
 126 {
 127     short *p, *q;
 128     int n = n1;
 129
 130     p = input;
 131     q = output;
 132     while (n >= 4) {
 133         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
 134         q[1] = (p[2] + p[3]) >> 1;
 135         q[2] = (p[4] + p[5]) >> 1;
 136         q[3] = (p[6] + p[7]) >> 1;
 137         q += 4;
 138         p += 8;
 139         n -= 4;
 140     }
 141     while (n > 0) {
 142         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
 143         q++;
 144         p += 2;
 145         n--;
 146     }
 147 }
 148
 149 /* n1: number of samples */
 150 static void mono_to_stereo(short *output, short *input, int n1)
 151 {
 152     short *p, *q;
 153     int n = n1;
 154     int v;
 155
 156     p = input;
 157     q = output;
 158     while (n >= 4) {
 159         v = p[0]; q[0] = v; q[1] = v;
 160         v = p[1]; q[2] = v; q[3] = v;
 161         v = p[2]; q[4] = v; q[5] = v;
 162         v = p[3]; q[6] = v; q[7] = v;
 163         q += 8;
 164         p += 4;
 165         n -= 4;
 166     }
 167     while (n > 0) {
 168         v = p[0]; q[0] = v; q[1] = v;
 169         q += 2;
 170         p += 1;
 171         n--;
 172     }
 173 }
 174
 175 /* XXX: should use more abstract 'N' channels system */
 176 static void stereo_split(short *output1, short *output2, short *input, int n)
 177 {
 178     int i;
 179
 180     for(i=0;i<n;i++) {
 181         *output1++ = *input++;
 182         *output2++ = *input++;
 183     }
 184 }
 185
 186 static void stereo_mux(short *output, short *input1, short *input2, int n)
 187 {
 188     int i;
 189
 190     for(i=0;i<n;i++) {
 191         *output++ = *input1++;
 192         *output++ = *input2++;
 193     }
 194 }
 195
 196 static int mono_resample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
 197 {
 198     short *buf1;
 199     short *buftmp;
 200
 201     buf1= (short*)av_malloc( nb_samples * sizeof(short) );
 202
 203     /* first downsample by an integer factor with averaging filter */
 204     if (s->iratio > 1) {
 205         buftmp = buf1;
 206         nb_samples = integer_downsample(s, buftmp, input, nb_samples);
 207     } else {
 208         buftmp = input;
 209     }
 210
 211     /* then do a fractional resampling with linear interpolation */
 212     if (s->incr != FRAC) {
 213         nb_samples = fractional_resample(s, output, buftmp, nb_samples);
 214     } else {
 215         memcpy(output, buftmp, nb_samples * sizeof(short));
 216     }
 217     av_free(buf1);
 218     return nb_samples;
 219 }
 220
 221 ReSampleContext *audio_resample_init(int output_channels, int input_channels,
 222                                       int output_rate, int input_rate)
 223 {
 224     ReSampleContext *s;
 225     int i;
 226
 227     if (output_channels > 2 || input_channels > 2)
 228         return NULL;
 229
 230     s = av_mallocz(sizeof(ReSampleContext));
 231     if (!s)
 232         return NULL;
 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     for(i=0;i<s->filter_channels;i++) {
 244         init_mono_resample(&s->channel_ctx[i], s->ratio);
 245     }
 246     return s;
 247 }
 248
 249 /* resample audio. 'nb_samples' is the number of input samples */
 250 /* XXX: optimize it ! */
 251 /* XXX: do it with polyphase filters, since the quality here is
 252    HORRIBLE. Return the number of samples available in output */
 253 int audio_resample(ReSampleContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
 254 {
 255     int i, nb_samples1;
 256     short *bufin[2];
 257     short *bufout[2];
 258     short *buftmp2[2], *buftmp3[2];
 259     int lenout;
 260
 261     if (s->input_channels == s->output_channels && s->ratio == 1.0) {
 262         /* nothing to do */
 263         memcpy(output, input, nb_samples * s->input_channels * sizeof(short));
 264         return nb_samples;
 265     }
 266
 267     /* XXX: move those malloc to resample init code */
 268     bufin[0]= (short*) av_malloc( nb_samples * sizeof(short) );
 269     bufin[1]= (short*) av_malloc( nb_samples * sizeof(short) );
 270
 271     /* make some zoom to avoid round pb */
 272     lenout= (int)(nb_samples * s->ratio) + 16;
 273     bufout[0]= (short*) av_malloc( lenout * sizeof(short) );
 274     bufout[1]= (short*) av_malloc( lenout * sizeof(short) );
 275
 276     if (s->input_channels == 2 &&
 277         s->output_channels == 1) {
 278         buftmp2[0] = bufin[0];
 279         buftmp3[0] = output;
 280         stereo_to_mono(buftmp2[0], input, nb_samples);
 281     } else if (s->output_channels == 2 && s->input_channels == 1) {
 282         buftmp2[0] = input;
 283         buftmp3[0] = bufout[0];
 284     } else if (s->output_channels == 2) {
 285         buftmp2[0] = bufin[0];
 286         buftmp2[1] = bufin[1];
 287         buftmp3[0] = bufout[0];
 288         buftmp3[1] = bufout[1];
 289         stereo_split(buftmp2[0], buftmp2[1], input, nb_samples);
 290     } else {
 291         buftmp2[0] = input;
 292         buftmp3[0] = output;
 293     }
 294
 295     /* resample each channel */
 296     nb_samples1 = 0; /* avoid warning */
 297     for(i=0;i<s->filter_channels;i++) {
 298         nb_samples1 = mono_resample(&s->channel_ctx[i], buftmp3[i], buftmp2[i], nb_samples);
 299     }
 300
 301     if (s->output_channels == 2 && s->input_channels == 1) {
 302         mono_to_stereo(output, buftmp3[0], nb_samples1);
 303     } else if (s->output_channels == 2) {
 304         stereo_mux(output, buftmp3[0], buftmp3[1], nb_samples1);
 305     }
 306
 307     av_free(bufin[0]);
 308     av_free(bufin[1]);
 309
 310     av_free(bufout[0]);
 311     av_free(bufout[1]);
 312     return nb_samples1;
 313 }
 314
 315 void audio_resample_close(ReSampleContext *s)
 316 {
 317     av_free(s);
 318 }