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 <string.h>
  28
  29 #include "avcodec.h"
  30 #include "audioconvert.h"
  31 #include "libavutil/opt.h"
  32 #include "libavutil/mem.h"
  33 #include "libavutil/samplefmt.h"
  34
  35 #if FF_API_AVCODEC_RESAMPLE
  36
  37 #define MAX_CHANNELS 8
  38
  39 struct AVResampleContext;
  40
  41 static const char *context_to_name(void *ptr)
  42 {
  43     return "audioresample";
  44 }
  45
  46 static const AVOption options[] = {{NULL}};
  47 static const AVClass audioresample_context_class = {
  48     "ReSampleContext", context_to_name, options, LIBAVUTIL_VERSION_INT
  49 };
  50
  51 struct ReSampleContext {
  52     struct AVResampleContext *resample_context;
  53     short *temp[MAX_CHANNELS];
  54     int temp_len;
  55     float ratio;
  56     /* channel convert */
  57     int input_channels, output_channels, filter_channels;
  58     AVAudioConvert *convert_ctx[2];
  59     enum AVSampleFormat sample_fmt[2]; ///< input and output sample format
  60     unsigned sample_size[2];           ///< size of one sample in sample_fmt
  61     short *buffer[2];                  ///< buffers used for conversion to S16
  62     unsigned buffer_size[2];           ///< sizes of allocated buffers
  63 };
  64
  65 /* n1: number of samples */
  66 static void stereo_to_mono(short *output, short *input, int n1)
  67 {
  68     short *p, *q;
  69     int n = n1;
  70
  71     p = input;
  72     q = output;
  73     while (n >= 4) {
  74         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
  75         q[1] = (p[2] + p[3]) >> 1;
  76         q[2] = (p[4] + p[5]) >> 1;
  77         q[3] = (p[6] + p[7]) >> 1;
  78         q += 4;
  79         p += 8;
  80         n -= 4;
  81     }
  82     while (n > 0) {
  83         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
  84         q++;
  85         p += 2;
  86         n--;
  87     }
  88 }
  89
  90 /* n1: number of samples */
  91 static void mono_to_stereo(short *output, short *input, int n1)
  92 {
  93     short *p, *q;
  94     int n = n1;
  95     int v;
  96
  97     p = input;
  98     q = output;
  99     while (n >= 4) {
 100         v = p[0]; q[0] = v; q[1] = v;
 101         v = p[1]; q[2] = v; q[3] = v;
 102         v = p[2]; q[4] = v; q[5] = v;
 103         v = p[3]; q[6] = v; q[7] = v;
 104         q += 8;
 105         p += 4;
 106         n -= 4;
 107     }
 108     while (n > 0) {
 109         v = p[0]; q[0] = v; q[1] = v;
 110         q += 2;
 111         p += 1;
 112         n--;
 113     }
 114 }
 115
 116 /*
 117 5.1 to stereo input: [fl, fr, c, lfe, rl, rr]
 118 - Left = front_left + rear_gain * rear_left + center_gain * center
 119 - Right = front_right + rear_gain * rear_right + center_gain * center
 120 Where rear_gain is usually around 0.5-1.0 and
 121       center_gain is almost always 0.7 (-3 dB)
 122 */
 123 static void surround_to_stereo(short **output, short *input, int channels, int samples)
 124 {
 125     int i;
 126     short l, r;
 127
 128     for (i = 0; i < samples; i++) {
 129         int fl,fr,c,rl,rr;
 130         fl = input[0];
 131         fr = input[1];
 132         c = input[2];
 133         // lfe = input[3];
 134         rl = input[4];
 135         rr = input[5];
 136
 137         l = av_clip_int16(fl + (0.5 * rl) + (0.7 * c));
 138         r = av_clip_int16(fr + (0.5 * rr) + (0.7 * c));
 139
 140         /* output l & r. */
 141         *output[0]++ = l;
 142         *output[1]++ = r;
 143
 144         /* increment input. */
 145         input += channels;
 146     }
 147 }
 148
 149 static void deinterleave(short **output, short *input, int channels, int samples)
 150 {
 151     int i, j;
 152
 153     for (i = 0; i < samples; i++) {
 154         for (j = 0; j < channels; j++) {
 155             *output[j]++ = *input++;
 156         }
 157     }
 158 }
 159
 160 static void interleave(short *output, short **input, int channels, int samples)
 161 {
 162     int i, j;
 163
 164     for (i = 0; i < samples; i++) {
 165         for (j = 0; j < channels; j++) {
 166             *output++ = *input[j]++;
 167         }
 168     }
 169 }
 170
 171 static void ac3_5p1_mux(short *output, short *input1, short *input2, int n)
 172 {
 173     int i;
 174     short l, r;
 175
 176     for (i = 0; i < n; i++) {
 177         l = *input1++;
 178         r = *input2++;
 179         *output++ = l;                  /* left */
 180         *output++ = (l / 2) + (r / 2);  /* center */
 181         *output++ = r;                  /* right */
 182         *output++ = 0;                  /* left surround */
 183         *output++ = 0;                  /* right surroud */
 184         *output++ = 0;                  /* low freq */
 185     }
 186 }
 187
 188 #define SUPPORT_RESAMPLE(ch1, ch2, ch3, ch4, ch5, ch6, ch7, ch8) \
 189     ch8<<7 | ch7<<6 | ch6<<5 | ch5<<4 | ch4<<3 | ch3<<2 | ch2<<1 | ch1<<0
 190
 191 static const uint8_t supported_resampling[MAX_CHANNELS] = {
 192     // output ch:    1  2  3  4  5  6  7  8
 193     SUPPORT_RESAMPLE(1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0), // 1 input channel
 194     SUPPORT_RESAMPLE(1, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0), // 2 input channels
 195     SUPPORT_RESAMPLE(0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0), // 3 input channels
 196     SUPPORT_RESAMPLE(0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0), // 4 input channels
 197     SUPPORT_RESAMPLE(0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0), // 5 input channels
 198     SUPPORT_RESAMPLE(0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0), // 6 input channels
 199     SUPPORT_RESAMPLE(0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0), // 7 input channels
 200     SUPPORT_RESAMPLE(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1), // 8 input channels
 201 };
 202
 203 ReSampleContext *av_audio_resample_init(int output_channels, int input_channels,
 204                                         int output_rate, int input_rate,
 205                                         enum AVSampleFormat sample_fmt_out,
 206                                         enum AVSampleFormat sample_fmt_in,
 207                                         int filter_length, int log2_phase_count,
 208                                         int linear, double cutoff)
 209 {
 210     ReSampleContext *s;
 211
 212     if (input_channels > MAX_CHANNELS) {
 213         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR,
 214                "Resampling with input channels greater than %d is unsupported.\n",
 215                MAX_CHANNELS);
 216         return NULL;
 217     }
 218     if (!(supported_resampling[input_channels-1] & (1<<(output_channels-1)))) {
 219         int i;
 220         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Unsupported audio resampling. Allowed "
 221                "output channels for %d input channel%s", input_channels,
 222                input_channels > 1 ? "s:" : ":");
 223         for (i = 0; i < MAX_CHANNELS; i++)
 224             if (supported_resampling[input_channels-1] & (1<<i))
 225                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, " %d", i + 1);
 226         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "\n");
 227         return NULL;
 228     }
 229
 230     s = av_mallocz(sizeof(ReSampleContext));
 231     if (!s) {
 232         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Can't allocate memory for resample context.\n");
 233         return NULL;
 234     }
 235
 236     s->ratio = (float)output_rate / (float)input_rate;
 237
 238     s->input_channels = input_channels;
 239     s->output_channels = output_channels;
 240
 241     s->filter_channels = s->input_channels;
 242     if (s->output_channels < s->filter_channels)
 243         s->filter_channels = s->output_channels;
 244
 245     s->sample_fmt[0]  = sample_fmt_in;
 246     s->sample_fmt[1]  = sample_fmt_out;
 247     s->sample_size[0] = av_get_bytes_per_sample(s->sample_fmt[0]);
 248     s->sample_size[1] = av_get_bytes_per_sample(s->sample_fmt[1]);
 249
 250     if (s->sample_fmt[0] != AV_SAMPLE_FMT_S16) {
 251         if (!(s->convert_ctx[0] = av_audio_convert_alloc(AV_SAMPLE_FMT_S16, 1,
 252                                                          s->sample_fmt[0], 1, NULL, 0))) {
 253             av_log(s, AV_LOG_ERROR,
 254                    "Cannot convert %s sample format to s16 sample format\n",
 255                    av_get_sample_fmt_name(s->sample_fmt[0]));
 256             av_free(s);
 257             return NULL;
 258         }
 259     }
 260
 261     if (s->sample_fmt[1] != AV_SAMPLE_FMT_S16) {
 262         if (!(s->convert_ctx[1] = av_audio_convert_alloc(s->sample_fmt[1], 1,
 263                                                          AV_SAMPLE_FMT_S16, 1, NULL, 0))) {
 264             av_log(s, AV_LOG_ERROR,
 265                    "Cannot convert s16 sample format to %s sample format\n",
 266                    av_get_sample_fmt_name(s->sample_fmt[1]));
 267             av_audio_convert_free(s->convert_ctx[0]);
 268             av_free(s);
 269             return NULL;
 270         }
 271     }
 272
 273     s->resample_context = av_resample_init(output_rate, input_rate,
 274                                            filter_length, log2_phase_count,
 275                                            linear, cutoff);
 276
 277     *(const AVClass**)s->resample_context = &audioresample_context_class;
 278
 279     return s;
 280 }
 281
 282 /* resample audio. 'nb_samples' is the number of input samples */
 283 /* XXX: optimize it ! */
 284 int audio_resample(ReSampleContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
 285 {
 286     int i, nb_samples1;
 287     short *bufin[MAX_CHANNELS];
 288     short *bufout[MAX_CHANNELS];
 289     short *buftmp2[MAX_CHANNELS], *buftmp3[MAX_CHANNELS];
 290     short *output_bak = NULL;
 291     int lenout;
 292
 293     if (s->input_channels == s->output_channels && s->ratio == 1.0 && 0) {
 294         /* nothing to do */
 295         memcpy(output, input, nb_samples * s->input_channels * sizeof(short));
 296         return nb_samples;
 297     }
 298
 299     if (s->sample_fmt[0] != AV_SAMPLE_FMT_S16) {
 300         int istride[1] = { s->sample_size[0] };
 301         int ostride[1] = { 2 };
 302         const void *ibuf[1] = { input };
 303         void       *obuf[1];
 304         unsigned input_size = nb_samples * s->input_channels * 2;
 305
 306         if (!s->buffer_size[0] || s->buffer_size[0] < input_size) {
 307             av_free(s->buffer[0]);
 308             s->buffer_size[0] = input_size;
 309             s->buffer[0] = av_malloc(s->buffer_size[0]);
 310             if (!s->buffer[0]) {
 311                 av_log(s->resample_context, AV_LOG_ERROR, "Could not allocate buffer\n");
 312                 return 0;
 313             }
 314         }
 315
 316         obuf[0] = s->buffer[0];
 317
 318         if (av_audio_convert(s->convert_ctx[0], obuf, ostride,
 319                              ibuf, istride, nb_samples * s->input_channels) < 0) {
 320             av_log(s->resample_context, AV_LOG_ERROR,
 321                    "Audio sample format conversion failed\n");
 322             return 0;
 323         }
 324
 325         input = s->buffer[0];
 326     }
 327
 328     lenout= 2*s->output_channels*nb_samples * s->ratio + 16;
 329
 330     if (s->sample_fmt[1] != AV_SAMPLE_FMT_S16) {
 331         int out_size = lenout * av_get_bytes_per_sample(s->sample_fmt[1]) *
 332                        s->output_channels;
 333         output_bak = output;
 334
 335         if (!s->buffer_size[1] || s->buffer_size[1] < out_size) {
 336             av_free(s->buffer[1]);
 337             s->buffer_size[1] = out_size;
 338             s->buffer[1] = av_malloc(s->buffer_size[1]);
 339             if (!s->buffer[1]) {
 340                 av_log(s->resample_context, AV_LOG_ERROR, "Could not allocate buffer\n");
 341                 return 0;
 342             }
 343         }
 344
 345         output = s->buffer[1];
 346     }
 347
 348     /* XXX: move those malloc to resample init code */
 349     for (i = 0; i < s->filter_channels; i++) {
 350         bufin[i] = av_malloc_array((nb_samples + s->temp_len), sizeof(short));
 351         bufout[i] = av_malloc_array(lenout, sizeof(short));
 352
 353         if (!bufin[i] || !bufout[i]) {
 354             av_log(s->resample_context, AV_LOG_ERROR, "Could not allocate buffer\n");
 355             nb_samples1 = 0;
 356             goto fail;
 357         }
 358
 359         memcpy(bufin[i], s->temp[i], s->temp_len * sizeof(short));
 360         buftmp2[i] = bufin[i] + s->temp_len;
 361     }
 362
 363     if (s->input_channels == 2 && s->output_channels == 1) {
 364         buftmp3[0] = output;
 365         stereo_to_mono(buftmp2[0], input, nb_samples);
 366     } else if (s->output_channels >= 2 && s->input_channels == 1) {
 367         buftmp3[0] = bufout[0];
 368         memcpy(buftmp2[0], input, nb_samples * sizeof(short));
 369     } else if (s->input_channels == 6 && s->output_channels ==2) {
 370         buftmp3[0] = bufout[0];
 371         buftmp3[1] = bufout[1];
 372         surround_to_stereo(buftmp2, input, s->input_channels, nb_samples);
 373     } else if (s->output_channels >= s->input_channels && s->input_channels >= 2) {
 374         for (i = 0; i < s->input_channels; i++) {
 375             buftmp3[i] = bufout[i];
 376         }
 377         deinterleave(buftmp2, input, s->input_channels, nb_samples);
 378     } else {
 379         buftmp3[0] = output;
 380         memcpy(buftmp2[0], input, nb_samples * sizeof(short));
 381     }
 382
 383     nb_samples += s->temp_len;
 384
 385     /* resample each channel */
 386     nb_samples1 = 0; /* avoid warning */
 387     for (i = 0; i < s->filter_channels; i++) {
 388         int consumed;
 389         int is_last = i + 1 == s->filter_channels;
 390
 391         nb_samples1 = av_resample(s->resample_context, buftmp3[i], bufin[i],
 392                                   &consumed, nb_samples, lenout, is_last);
 393         s->temp_len = nb_samples - consumed;
 394         s->temp[i] = av_realloc_array(s->temp[i], s->temp_len, sizeof(short));
 395         memcpy(s->temp[i], bufin[i] + consumed, s->temp_len * sizeof(short));
 396     }
 397
 398     if (s->output_channels == 2 && s->input_channels == 1) {
 399         mono_to_stereo(output, buftmp3[0], nb_samples1);
 400     } else if (s->output_channels == 6 && s->input_channels == 2) {
 401         ac3_5p1_mux(output, buftmp3[0], buftmp3[1], nb_samples1);
 402     } else if ((s->output_channels == s->input_channels && s->input_channels >= 2) ||
 403                (s->output_channels == 2 && s->input_channels == 6)) {
 404         interleave(output, buftmp3, s->output_channels, nb_samples1);
 405     }
 406
 407     if (s->sample_fmt[1] != AV_SAMPLE_FMT_S16) {
 408         int istride[1] = { 2 };
 409         int ostride[1] = { s->sample_size[1] };
 410         const void *ibuf[1] = { output };
 411         void       *obuf[1] = { output_bak };
 412
 413         if (av_audio_convert(s->convert_ctx[1], obuf, ostride,
 414                              ibuf, istride, nb_samples1 * s->output_channels) < 0) {
 415             av_log(s->resample_context, AV_LOG_ERROR,
 416                    "Audio sample format conversion failed\n");
 417             return 0;
 418         }
 419     }
 420
 421 fail:
 422     for (i = 0; i < s->filter_channels; i++) {
 423         av_free(bufin[i]);
 424         av_free(bufout[i]);
 425     }
 426
 427     return nb_samples1;
 428 }
 429
 430 void audio_resample_close(ReSampleContext *s)
 431 {
 432     int i;
 433     av_resample_close(s->resample_context);
 434     for (i = 0; i < s->filter_channels; i++)
 435         av_freep(&s->temp[i]);
 436     av_freep(&s->buffer[0]);
 437     av_freep(&s->buffer[1]);
 438     av_audio_convert_free(s->convert_ctx[0]);
 439     av_audio_convert_free(s->convert_ctx[1]);
 440     av_free(s);
 441 }
 442
 443 #endif