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 #include "os_support.h"
  27
  28 typedef struct {
  29     /* fractional resampling */
  30     uint32_t incr; /* fractional increment */
  31     uint32_t frac;
  32     int last_sample;
  33     /* integer down sample */
  34     int iratio;  /* integer divison ratio */
  35     int icount, isum;
  36     int inv;
  37 } ReSampleChannelContext;
  38
  39 struct ReSampleContext {
  40     ReSampleChannelContext channel_ctx[2];
  41     float ratio;
  42     /* channel convert */
  43     int input_channels, output_channels, filter_channels;
  44 };
  45
  46
  47 #define FRAC_BITS 16
  48 #define FRAC (1 << FRAC_BITS)
  49
  50 static void init_mono_resample(ReSampleChannelContext *s, float ratio)
  51 {
  52     ratio = 1.0 / ratio;
  53     s->iratio = (int)floorf(ratio);
  54     if (s->iratio == 0)
  55         s->iratio = 1;
  56     s->incr = (int)((ratio / s->iratio) * FRAC);
  57     s->frac = FRAC;
  58     s->last_sample = 0;
  59     s->icount = s->iratio;
  60     s->isum = 0;
  61     s->inv = (FRAC / s->iratio);
  62 }
  63
  64 /* fractional audio resampling */
  65 static int fractional_resample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
  66 {
  67     unsigned int frac, incr;
  68     int l0, l1;
  69     short *q, *p, *pend;
  70
  71     l0 = s->last_sample;
  72     incr = s->incr;
  73     frac = s->frac;
  74
  75     p = input;
  76     pend = input + nb_samples;
  77     q = output;
  78
  79     l1 = *p++;
  80     for(;;) {
  81         /* interpolate */
  82         *q++ = (l0 * (FRAC - frac) + l1 * frac) >> FRAC_BITS;
  83         frac = frac + s->incr;
  84         while (frac >= FRAC) {
  85             frac -= FRAC;
  86             if (p >= pend)
  87                 goto the_end;
  88             l0 = l1;
  89             l1 = *p++;
  90         }
  91     }
  92  the_end:
  93     s->last_sample = l1;
  94     s->frac = frac;
  95     return q - output;
  96 }
  97
  98 static int integer_downsample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
  99 {
 100     short *q, *p, *pend;
 101     int c, sum;
 102
 103     p = input;
 104     pend = input + nb_samples;
 105     q = output;
 106
 107     c = s->icount;
 108     sum = s->isum;
 109
 110     for(;;) {
 111         sum += *p++;
 112         if (--c == 0) {
 113             *q++ = (sum * s->inv) >> FRAC_BITS;
 114             c = s->iratio;
 115             sum = 0;
 116         }
 117         if (p >= pend)
 118             break;
 119     }
 120     s->isum = sum;
 121     s->icount = c;
 122     return q - output;
 123 }
 124
 125 /* n1: number of samples */
 126 static void stereo_to_mono(short *output, short *input, int n1)
 127 {
 128     short *p, *q;
 129     int n = n1;
 130
 131     p = input;
 132     q = output;
 133     while (n >= 4) {
 134         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
 135         q[1] = (p[2] + p[3]) >> 1;
 136         q[2] = (p[4] + p[5]) >> 1;
 137         q[3] = (p[6] + p[7]) >> 1;
 138         q += 4;
 139         p += 8;
 140         n -= 4;
 141     }
 142     while (n > 0) {
 143         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
 144         q++;
 145         p += 2;
 146         n--;
 147     }
 148 }
 149
 150 /* n1: number of samples */
 151 static void mono_to_stereo(short *output, short *input, int n1)
 152 {
 153     short *p, *q;
 154     int n = n1;
 155     int v;
 156
 157     p = input;
 158     q = output;
 159     while (n >= 4) {
 160         v = p[0]; q[0] = v; q[1] = v;
 161         v = p[1]; q[2] = v; q[3] = v;
 162         v = p[2]; q[4] = v; q[5] = v;
 163         v = p[3]; q[6] = v; q[7] = v;
 164         q += 8;
 165         p += 4;
 166         n -= 4;
 167     }
 168     while (n > 0) {
 169         v = p[0]; q[0] = v; q[1] = v;
 170         q += 2;
 171         p += 1;
 172         n--;
 173     }
 174 }
 175
 176 /* XXX: should use more abstract 'N' channels system */
 177 static void stereo_split(short *output1, short *output2, short *input, int n)
 178 {
 179     int i;
 180
 181     for(i=0;i<n;i++) {
 182         *output1++ = *input++;
 183         *output2++ = *input++;
 184     }
 185 }
 186
 187 static void stereo_mux(short *output, short *input1, short *input2, int n)
 188 {
 189     int i;
 190
 191     for(i=0;i<n;i++) {
 192         *output++ = *input1++;
 193         *output++ = *input2++;
 194     }
 195 }
 196
 197 static void ac3_5p1_mux(short *output, short *input1, short *input2, int n)
 198 {
 199     int i;
 200     short l,r;
 201
 202     for(i=0;i<n;i++) {
 203       l=*input1++;
 204       r=*input2++;
 205       *output++ = l;           /* left */
 206       *output++ = (l/2)+(r/2); /* center */
 207       *output++ = r;           /* right */
 208       *output++ = 0;           /* left surround */
 209       *output++ = 0;           /* right surroud */
 210       *output++ = 0;           /* low freq */
 211     }
 212 }
 213
 214 static int mono_resample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
 215 {
 216     short *buf1;
 217     short *buftmp;
 218
 219     buf1= (short*)av_malloc( nb_samples * sizeof(short) );
 220
 221     /* first downsample by an integer factor with averaging filter */
 222     if (s->iratio > 1) {
 223         buftmp = buf1;
 224         nb_samples = integer_downsample(s, buftmp, input, nb_samples);
 225     } else {
 226         buftmp = input;
 227     }
 228
 229     /* then do a fractional resampling with linear interpolation */
 230     if (s->incr != FRAC) {
 231         nb_samples = fractional_resample(s, output, buftmp, nb_samples);
 232     } else {
 233         memcpy(output, buftmp, nb_samples * sizeof(short));
 234     }
 235     av_free(buf1);
 236     return nb_samples;
 237 }
 238
 239 ReSampleContext *audio_resample_init(int output_channels, int input_channels,
 240                                       int output_rate, int input_rate)
 241 {
 242     ReSampleContext *s;
 243     int i;
 244
 245     if ( input_channels > 2)
 246       {
 247         printf("Resampling with input channels greater than 2 unsupported.");
 248         return NULL;
 249       }
 250
 251     s = av_mallocz(sizeof(ReSampleContext));
 252     if (!s)
 253       {
 254         printf("Can't allocate memory for resample context.");
 255         return NULL;
 256       }
 257
 258     s->ratio = (float)output_rate / (float)input_rate;
 259
 260     s->input_channels = input_channels;
 261     s->output_channels = output_channels;
 262
 263     s->filter_channels = s->input_channels;
 264     if (s->output_channels < s->filter_channels)
 265         s->filter_channels = s->output_channels;
 266
 267 /*
 268  * ac3 output is the only case where filter_channels could be greater than 2.
 269  * input channels can't be greater than 2, so resample the 2 channels and then
 270  * expand to 6 channels after the resampling.
 271  */
 272     if(s->filter_channels>2)
 273       s->filter_channels = 2;
 274
 275     for(i=0;i<s->filter_channels;i++) {
 276         init_mono_resample(&s->channel_ctx[i], s->ratio);
 277     }
 278     return s;
 279 }
 280
 281 /* resample audio. 'nb_samples' is the number of input samples */
 282 /* XXX: optimize it ! */
 283 /* XXX: do it with polyphase filters, since the quality here is
 284    HORRIBLE. Return the number of samples available in output */
 285 int audio_resample(ReSampleContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
 286 {
 287     int i, nb_samples1;
 288     short *bufin[2];
 289     short *bufout[2];
 290     short *buftmp2[2], *buftmp3[2];
 291     int lenout;
 292
 293     if (s->input_channels == s->output_channels && s->ratio == 1.0) {
 294         /* nothing to do */
 295         memcpy(output, input, nb_samples * s->input_channels * sizeof(short));
 296         return nb_samples;
 297     }
 298
 299     /* XXX: move those malloc to resample init code */
 300     bufin[0]= (short*) av_malloc( nb_samples * sizeof(short) );
 301     bufin[1]= (short*) av_malloc( nb_samples * sizeof(short) );
 302
 303     /* make some zoom to avoid round pb */
 304     lenout= (int)(nb_samples * s->ratio) + 16;
 305     bufout[0]= (short*) av_malloc( lenout * sizeof(short) );
 306     bufout[1]= (short*) av_malloc( lenout * sizeof(short) );
 307
 308     if (s->input_channels == 2 &&
 309         s->output_channels == 1) {
 310         buftmp2[0] = bufin[0];
 311         buftmp3[0] = output;
 312         stereo_to_mono(buftmp2[0], input, nb_samples);
 313     } else if (s->output_channels >= 2 && s->input_channels == 1) {
 314         buftmp2[0] = input;
 315         buftmp3[0] = bufout[0];
 316     } else if (s->output_channels >= 2) {
 317         buftmp2[0] = bufin[0];
 318         buftmp2[1] = bufin[1];
 319         buftmp3[0] = bufout[0];
 320         buftmp3[1] = bufout[1];
 321         stereo_split(buftmp2[0], buftmp2[1], input, nb_samples);
 322     } else {
 323         buftmp2[0] = input;
 324         buftmp3[0] = output;
 325     }
 326
 327     /* resample each channel */
 328     nb_samples1 = 0; /* avoid warning */
 329     for(i=0;i<s->filter_channels;i++) {
 330         nb_samples1 = mono_resample(&s->channel_ctx[i], buftmp3[i], buftmp2[i], nb_samples);
 331     }
 332
 333     if (s->output_channels == 2 && s->input_channels == 1) {
 334         mono_to_stereo(output, buftmp3[0], nb_samples1);
 335     } else if (s->output_channels == 2) {
 336         stereo_mux(output, buftmp3[0], buftmp3[1], nb_samples1);
 337     } else if (s->output_channels == 6) {
 338         ac3_5p1_mux(output, buftmp3[0], buftmp3[1], nb_samples1);
 339     }
 340
 341     av_free(bufin[0]);
 342     av_free(bufin[1]);
 343
 344     av_free(bufout[0]);
 345     av_free(bufout[1]);
 346     return nb_samples1;
 347 }
 348
 349 void audio_resample_close(ReSampleContext *s)
 350 {
 351     av_free(s);
 352 }