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

   1 /*
   2  * Sample rate convertion for both audio and video
   3  * Copyright (c) 2000 Gerard Lantau.
   4  *
   5  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   6  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
   7  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   8  * (at your option) any later version.
   9  *
  10  * This program 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
  13  * GNU General Public License for more details.
  14  *
  15  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  16  * along with this program; if not, write to the Free Software
  17  * Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  18  */
  19 #include "avcodec.h"
  20 #include <math.h>
  21
  22 typedef struct {
  23     /* fractional resampling */
  24     UINT32 incr; /* fractional increment */
  25     UINT32 frac;
  26     int last_sample;
  27     /* integer down sample */
  28     int iratio;  /* integer divison ratio */
  29     int icount, isum;
  30     int inv;
  31 } ReSampleChannelContext;
  32
  33 struct ReSampleContext {
  34     ReSampleChannelContext channel_ctx[2];
  35     float ratio;
  36     /* channel convert */
  37     int input_channels, output_channels, filter_channels;
  38 };
  39
  40
  41 #define FRAC_BITS 16
  42 #define FRAC (1 << FRAC_BITS)
  43
  44 static void init_mono_resample(ReSampleChannelContext *s, float ratio)
  45 {
  46     ratio = 1.0 / ratio;
  47     s->iratio = (int)floor(ratio);
  48     if (s->iratio == 0)
  49         s->iratio = 1;
  50     s->incr = (int)((ratio / s->iratio) * FRAC);
  51     s->frac = 0;
  52     s->last_sample = 0;
  53     s->icount = s->iratio;
  54     s->isum = 0;
  55     s->inv = (FRAC / s->iratio);
  56 }
  57
  58 /* fractional audio resampling */
  59 static int fractional_resample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
  60 {
  61     unsigned int frac, incr;
  62     int l0, l1;
  63     short *q, *p, *pend;
  64
  65     l0 = s->last_sample;
  66     incr = s->incr;
  67     frac = s->frac;
  68
  69     p = input;
  70     pend = input + nb_samples;
  71     q = output;
  72
  73     l1 = *p++;
  74     for(;;) {
  75         /* interpolate */
  76         *q++ = (l0 * (FRAC - frac) + l1 * frac) >> FRAC_BITS;
  77         frac = frac + s->incr;
  78         while (frac >= FRAC) {
  79             if (p >= pend)
  80                 goto the_end;
  81             frac -= FRAC;
  82             l0 = l1;
  83             l1 = *p++;
  84         }
  85     }
  86  the_end:
  87     s->last_sample = l1;
  88     s->frac = frac;
  89     return q - output;
  90 }
  91
  92 static int integer_downsample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
  93 {
  94     short *q, *p, *pend;
  95     int c, sum;
  96
  97     p = input;
  98     pend = input + nb_samples;
  99     q = output;
 100
 101     c = s->icount;
 102     sum = s->isum;
 103
 104     for(;;) {
 105         sum += *p++;
 106         if (--c == 0) {
 107             *q++ = (sum * s->inv) >> FRAC_BITS;
 108             c = s->iratio;
 109             sum = 0;
 110         }
 111         if (p >= pend)
 112             break;
 113     }
 114     s->isum = sum;
 115     s->icount = c;
 116     return q - output;
 117 }
 118
 119 /* n1: number of samples */
 120 static void stereo_to_mono(short *output, short *input, int n1)
 121 {
 122     short *p, *q;
 123     int n = n1;
 124
 125     p = input;
 126     q = output;
 127     while (n >= 4) {
 128         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
 129         q[1] = (p[2] + p[3]) >> 1;
 130         q[2] = (p[4] + p[5]) >> 1;
 131         q[3] = (p[6] + p[7]) >> 1;
 132         q += 4;
 133         p += 8;
 134         n -= 4;
 135     }
 136     while (n > 0) {
 137         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
 138         q++;
 139         p += 2;
 140         n--;
 141     }
 142 }
 143
 144 /* n1: number of samples */
 145 static void mono_to_stereo(short *output, short *input, int n1)
 146 {
 147     short *p, *q;
 148     int n = n1;
 149     int v;
 150
 151     p = input;
 152     q = output;
 153     while (n >= 4) {
 154         v = p[0]; q[0] = v; q[1] = v;
 155         v = p[1]; q[2] = v; q[3] = v;
 156         v = p[2]; q[4] = v; q[5] = v;
 157         v = p[3]; q[6] = v; q[7] = v;
 158         q += 8;
 159         p += 4;
 160         n -= 4;
 161     }
 162     while (n > 0) {
 163         v = p[0]; q[0] = v; q[1] = v;
 164         q += 2;
 165         p += 1;
 166         n--;
 167     }
 168 }
 169
 170 /* XXX: should use more abstract 'N' channels system */
 171 static void stereo_split(short *output1, short *output2, short *input, int n)
 172 {
 173     int i;
 174
 175     for(i=0;i<n;i++) {
 176         *output1++ = *input++;
 177         *output2++ = *input++;
 178     }
 179 }
 180
 181 static void stereo_mux(short *output, short *input1, short *input2, int n)
 182 {
 183     int i;
 184
 185     for(i=0;i<n;i++) {
 186         *output++ = *input1++;
 187         *output++ = *input2++;
 188     }
 189 }
 190
 191 static int mono_resample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
 192 {
 193     short *buf1;
 194     short *buftmp;
 195
 196     buf1= (short*) malloc( nb_samples * sizeof(short) );
 197
 198     /* first downsample by an integer factor with averaging filter */
 199     if (s->iratio > 1) {
 200         buftmp = buf1;
 201         nb_samples = integer_downsample(s, buftmp, input, nb_samples);
 202     } else {
 203         buftmp = input;
 204     }
 205
 206     /* then do a fractional resampling with linear interpolation */
 207     if (s->incr != FRAC) {
 208         nb_samples = fractional_resample(s, output, buftmp, nb_samples);
 209     } else {
 210         memcpy(output, buftmp, nb_samples * sizeof(short));
 211     }
 212     free(buf1);
 213     return nb_samples;
 214 }
 215
 216 ReSampleContext *audio_resample_init(int output_channels, int input_channels,
 217                                       int output_rate, int input_rate)
 218 {
 219     ReSampleContext *s;
 220     int i;
 221
 222     if (output_channels > 2 || input_channels > 2)
 223         return NULL;
 224
 225     s = av_mallocz(sizeof(ReSampleContext));
 226     if (!s)
 227         return NULL;
 228
 229     s->ratio = (float)output_rate / (float)input_rate;
 230
 231     s->input_channels = input_channels;
 232     s->output_channels = output_channels;
 233
 234     s->filter_channels = s->input_channels;
 235     if (s->output_channels < s->filter_channels)
 236         s->filter_channels = s->output_channels;
 237
 238     for(i=0;i<s->filter_channels;i++) {
 239         init_mono_resample(&s->channel_ctx[i], s->ratio);
 240     }
 241     return s;
 242 }
 243
 244 /* resample audio. 'nb_samples' is the number of input samples */
 245 /* XXX: optimize it ! */
 246 /* XXX: do it with polyphase filters, since the quality here is
 247    HORRIBLE. Return the number of samples available in output */
 248 int audio_resample(ReSampleContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
 249 {
 250     int i, nb_samples1;
 251     short *bufin[2];
 252     short *bufout[2];
 253     short *buftmp2[2], *buftmp3[2];
 254     int lenout;
 255
 256     if (s->input_channels == s->output_channels && s->ratio == 1.0) {
 257         /* nothing to do */
 258         memcpy(output, input, nb_samples * s->input_channels * sizeof(short));
 259         return nb_samples;
 260     }
 261
 262     /* XXX: move those malloc to resample init code */
 263     bufin[0]= (short*) malloc( nb_samples * sizeof(short) );
 264     bufin[1]= (short*) malloc( nb_samples * sizeof(short) );
 265
 266     /* make some zoom to avoid round pb */
 267     lenout= (int)(nb_samples * s->ratio) + 16;
 268     bufout[0]= (short*) malloc( lenout * sizeof(short) );
 269     bufout[1]= (short*) malloc( lenout * sizeof(short) );
 270
 271     if (s->input_channels == 2 &&
 272         s->output_channels == 1) {
 273         buftmp2[0] = bufin[0];
 274         buftmp3[0] = output;
 275         stereo_to_mono(buftmp2[0], input, nb_samples);
 276     } else if (s->output_channels == 2 && s->input_channels == 1) {
 277         buftmp2[0] = input;
 278         buftmp3[0] = bufout[0];
 279     } else if (s->output_channels == 2) {
 280         buftmp2[0] = bufin[0];
 281         buftmp2[1] = bufin[1];
 282         buftmp3[0] = bufout[0];
 283         buftmp3[1] = bufout[1];
 284         stereo_split(buftmp2[0], buftmp2[1], input, nb_samples);
 285     } else {
 286         buftmp2[0] = input;
 287         buftmp3[0] = output;
 288     }
 289
 290     /* resample each channel */
 291     nb_samples1 = 0; /* avoid warning */
 292     for(i=0;i<s->filter_channels;i++) {
 293         nb_samples1 = mono_resample(&s->channel_ctx[i], buftmp3[i], buftmp2[i], nb_samples);
 294     }
 295
 296     if (s->output_channels == 2 && s->input_channels == 1) {
 297         mono_to_stereo(output, buftmp3[0], nb_samples1);
 298     } else if (s->output_channels == 2) {
 299         stereo_mux(output, buftmp3[0], buftmp3[1], nb_samples1);
 300     }
 301
 302     free(bufin[0]);
 303     free(bufin[1]);
 304
 305     free(bufout[0]);
 306     free(bufout[1]);
 307     return nb_samples1;
 308 }
 309
 310 void audio_resample_close(ReSampleContext *s)
 311 {
 312     free(s);
 313 }