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 #include "avcodec.h"
  20
  21 typedef struct {
  22     /* fractional resampling */
  23     UINT32 incr; /* fractional increment */
  24     UINT32 frac;
  25     int last_sample;
  26     /* integer down sample */
  27     int iratio;  /* integer divison ratio */
  28     int icount, isum;
  29     int inv;
  30 } ReSampleChannelContext;
  31
  32 struct ReSampleContext {
  33     ReSampleChannelContext channel_ctx[2];
  34     float ratio;
  35     /* channel convert */
  36     int input_channels, output_channels, filter_channels;
  37 };
  38
  39
  40 #define FRAC_BITS 16
  41 #define FRAC (1 << FRAC_BITS)
  42
  43 static void init_mono_resample(ReSampleChannelContext *s, float ratio)
  44 {
  45     ratio = 1.0 / ratio;
  46     s->iratio = (int)floor(ratio);
  47     if (s->iratio == 0)
  48         s->iratio = 1;
  49     s->incr = (int)((ratio / s->iratio) * FRAC);
  50     s->frac = FRAC;
  51     s->last_sample = 0;
  52     s->icount = s->iratio;
  53     s->isum = 0;
  54     s->inv = (FRAC / s->iratio);
  55 }
  56
  57 /* fractional audio resampling */
  58 static int fractional_resample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
  59 {
  60     unsigned int frac, incr;
  61     int l0, l1;
  62     short *q, *p, *pend;
  63
  64     l0 = s->last_sample;
  65     incr = s->incr;
  66     frac = s->frac;
  67
  68     p = input;
  69     pend = input + nb_samples;
  70     q = output;
  71
  72     l1 = *p++;
  73     for(;;) {
  74         /* interpolate */
  75         *q++ = (l0 * (FRAC - frac) + l1 * frac) >> FRAC_BITS;
  76         frac = frac + s->incr;
  77         while (frac >= FRAC) {
  78             frac -= FRAC;
  79             if (p >= pend)
  80                 goto the_end;
  81             l0 = l1;
  82             l1 = *p++;
  83         }
  84     }
  85  the_end:
  86     s->last_sample = l1;
  87     s->frac = frac;
  88     return q - output;
  89 }
  90
  91 static int integer_downsample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
  92 {
  93     short *q, *p, *pend;
  94     int c, sum;
  95
  96     p = input;
  97     pend = input + nb_samples;
  98     q = output;
  99
 100     c = s->icount;
 101     sum = s->isum;
 102
 103     for(;;) {
 104         sum += *p++;
 105         if (--c == 0) {
 106             *q++ = (sum * s->inv) >> FRAC_BITS;
 107             c = s->iratio;
 108             sum = 0;
 109         }
 110         if (p >= pend)
 111             break;
 112     }
 113     s->isum = sum;
 114     s->icount = c;
 115     return q - output;
 116 }
 117
 118 /* n1: number of samples */
 119 static void stereo_to_mono(short *output, short *input, int n1)
 120 {
 121     short *p, *q;
 122     int n = n1;
 123
 124     p = input;
 125     q = output;
 126     while (n >= 4) {
 127         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
 128         q[1] = (p[2] + p[3]) >> 1;
 129         q[2] = (p[4] + p[5]) >> 1;
 130         q[3] = (p[6] + p[7]) >> 1;
 131         q += 4;
 132         p += 8;
 133         n -= 4;
 134     }
 135     while (n > 0) {
 136         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
 137         q++;
 138         p += 2;
 139         n--;
 140     }
 141 }
 142
 143 /* n1: number of samples */
 144 static void mono_to_stereo(short *output, short *input, int n1)
 145 {
 146     short *p, *q;
 147     int n = n1;
 148     int v;
 149
 150     p = input;
 151     q = output;
 152     while (n >= 4) {
 153         v = p[0]; q[0] = v; q[1] = v;
 154         v = p[1]; q[2] = v; q[3] = v;
 155         v = p[2]; q[4] = v; q[5] = v;
 156         v = p[3]; q[6] = v; q[7] = v;
 157         q += 8;
 158         p += 4;
 159         n -= 4;
 160     }
 161     while (n > 0) {
 162         v = p[0]; q[0] = v; q[1] = v;
 163         q += 2;
 164         p += 1;
 165         n--;
 166     }
 167 }
 168
 169 /* XXX: should use more abstract 'N' channels system */
 170 static void stereo_split(short *output1, short *output2, short *input, int n)
 171 {
 172     int i;
 173
 174     for(i=0;i<n;i++) {
 175         *output1++ = *input++;
 176         *output2++ = *input++;
 177     }
 178 }
 179
 180 static void stereo_mux(short *output, short *input1, short *input2, int n)
 181 {
 182     int i;
 183
 184     for(i=0;i<n;i++) {
 185         *output++ = *input1++;
 186         *output++ = *input2++;
 187     }
 188 }
 189
 190 static int mono_resample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
 191 {
 192     short *buf1;
 193     short *buftmp;
 194
 195     buf1= (short*)av_malloc( nb_samples * sizeof(short) );
 196
 197     /* first downsample by an integer factor with averaging filter */
 198     if (s->iratio > 1) {
 199         buftmp = buf1;
 200         nb_samples = integer_downsample(s, buftmp, input, nb_samples);
 201     } else {
 202         buftmp = input;
 203     }
 204
 205     /* then do a fractional resampling with linear interpolation */
 206     if (s->incr != FRAC) {
 207         nb_samples = fractional_resample(s, output, buftmp, nb_samples);
 208     } else {
 209         memcpy(output, buftmp, nb_samples * sizeof(short));
 210     }
 211     av_free(buf1);
 212     return nb_samples;
 213 }
 214
 215 ReSampleContext *audio_resample_init(int output_channels, int input_channels,
 216                                       int output_rate, int input_rate)
 217 {
 218     ReSampleContext *s;
 219     int i;
 220
 221     if (output_channels > 2 || input_channels > 2)
 222         return NULL;
 223
 224     s = av_mallocz(sizeof(ReSampleContext));
 225     if (!s)
 226         return NULL;
 227
 228     s->ratio = (float)output_rate / (float)input_rate;
 229
 230     s->input_channels = input_channels;
 231     s->output_channels = output_channels;
 232
 233     s->filter_channels = s->input_channels;
 234     if (s->output_channels < s->filter_channels)
 235         s->filter_channels = s->output_channels;
 236
 237     for(i=0;i<s->filter_channels;i++) {
 238         init_mono_resample(&s->channel_ctx[i], s->ratio);
 239     }
 240     return s;
 241 }
 242
 243 /* resample audio. 'nb_samples' is the number of input samples */
 244 /* XXX: optimize it ! */
 245 /* XXX: do it with polyphase filters, since the quality here is
 246    HORRIBLE. Return the number of samples available in output */
 247 int audio_resample(ReSampleContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
 248 {
 249     int i, nb_samples1;
 250     short *bufin[2];
 251     short *bufout[2];
 252     short *buftmp2[2], *buftmp3[2];
 253     int lenout;
 254
 255     if (s->input_channels == s->output_channels && s->ratio == 1.0) {
 256         /* nothing to do */
 257         memcpy(output, input, nb_samples * s->input_channels * sizeof(short));
 258         return nb_samples;
 259     }
 260
 261     /* XXX: move those malloc to resample init code */
 262     bufin[0]= (short*) av_malloc( nb_samples * sizeof(short) );
 263     bufin[1]= (short*) av_malloc( nb_samples * sizeof(short) );
 264
 265     /* make some zoom to avoid round pb */
 266     lenout= (int)(nb_samples * s->ratio) + 16;
 267     bufout[0]= (short*) av_malloc( lenout * sizeof(short) );
 268     bufout[1]= (short*) av_malloc( lenout * sizeof(short) );
 269
 270     if (s->input_channels == 2 &&
 271         s->output_channels == 1) {
 272         buftmp2[0] = bufin[0];
 273         buftmp3[0] = output;
 274         stereo_to_mono(buftmp2[0], input, nb_samples);
 275     } else if (s->output_channels == 2 && s->input_channels == 1) {
 276         buftmp2[0] = input;
 277         buftmp3[0] = bufout[0];
 278     } else if (s->output_channels == 2) {
 279         buftmp2[0] = bufin[0];
 280         buftmp2[1] = bufin[1];
 281         buftmp3[0] = bufout[0];
 282         buftmp3[1] = bufout[1];
 283         stereo_split(buftmp2[0], buftmp2[1], input, nb_samples);
 284     } else {
 285         buftmp2[0] = input;
 286         buftmp3[0] = output;
 287     }
 288
 289     /* resample each channel */
 290     nb_samples1 = 0; /* avoid warning */
 291     for(i=0;i<s->filter_channels;i++) {
 292         nb_samples1 = mono_resample(&s->channel_ctx[i], buftmp3[i], buftmp2[i], nb_samples);
 293     }
 294
 295     if (s->output_channels == 2 && s->input_channels == 1) {
 296         mono_to_stereo(output, buftmp3[0], nb_samples1);
 297     } else if (s->output_channels == 2) {
 298         stereo_mux(output, buftmp3[0], buftmp3[1], nb_samples1);
 299     }
 300
 301     av_free(bufin[0]);
 302     av_free(bufin[1]);
 303
 304     av_free(bufout[0]);
 305     av_free(bufout[1]);
 306     return nb_samples1;
 307 }
 308
 309 void audio_resample_close(ReSampleContext *s)
 310 {
 311     av_free(s);
 312 }