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