git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/resample2.c

   1 /*
   2  * audio resampling
   3  * Copyright (c) 2004 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
   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 /**
  22  * @file resample2.c
  23  * audio resampling
  24  * @author Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
  25  */
  26
  27 #include "avcodec.h"
  28 #include "common.h"
  29 #include "dsputil.h"
  30
  31 #define PHASE_SHIFT 10
  32 #define PHASE_COUNT (1<<PHASE_SHIFT)
  33 #define PHASE_MASK (PHASE_COUNT-1)
  34 #define FILTER_SIZE 16
  35 //#define LINEAR 1
  36
  37 #if 1
  38 #define FILTER_SHIFT 15
  39
  40 #define FELEM int16_t
  41 #define FELEM2 int32_t
  42 #define FELEM_MAX INT16_MAX
  43 #define FELEM_MIN INT16_MIN
  44 #else
  45 #define FILTER_SHIFT 22
  46
  47 #define FELEM int32_t
  48 #define FELEM2 int64_t
  49 #define FELEM_MAX INT32_MAX
  50 #define FELEM_MIN INT32_MIN
  51 #endif
  52
  53
  54 typedef struct AVResampleContext{
  55     FELEM *filter_bank;
  56     int filter_length;
  57     int ideal_dst_incr;
  58     int dst_incr;
  59     int index;
  60     int frac;
  61     int src_incr;
  62     int compensation_distance;
  63 }AVResampleContext;
  64
  65 /**
  66  * 0th order modified bessel function of the first kind.
  67  */
  68 double bessel(double x){
  69     double v=1;
  70     double t=1;
  71     int i;
  72
  73     for(i=1; i<50; i++){
  74         t *= i;
  75         v += pow(x*x/4, i)/(t*t);
  76     }
  77     return v;
  78 }
  79
  80 /**
  81  * builds a polyphase filterbank.
  82  * @param factor resampling factor
  83  * @param scale wanted sum of coefficients for each filter
  84  * @param type 0->cubic, 1->blackman nuttall windowed sinc, 2->kaiser windowed sinc beta=16
  85  */
  86 void av_build_filter(FELEM *filter, double factor, int tap_count, int phase_count, int scale, int type){
  87     int ph, i, v;
  88     double x, y, w, tab[tap_count];
  89     const int center= (tap_count-1)/2;
  90
  91     /* if upsampling, only need to interpolate, no filter */
  92     if (factor > 1.0)
  93         factor = 1.0;
  94
  95     for(ph=0;ph<phase_count;ph++) {
  96         double norm = 0;
  97         double e= 0;
  98         for(i=0;i<tap_count;i++) {
  99             x = M_PI * ((double)(i - center) - (double)ph / phase_count) * factor;
 100             if (x == 0) y = 1.0;
 101             else        y = sin(x) / x;
 102             switch(type){
 103             case 0:{
 104                 const float d= -0.5; //first order derivative = -0.5
 105                 x = fabs(((double)(i - center) - (double)ph / phase_count) * factor);
 106                 if(x<1.0) y= 1 - 3*x*x + 2*x*x*x + d*(            -x*x + x*x*x);
 107                 else      y=                       d*(-4 + 8*x - 5*x*x + x*x*x);
 108                 break;}
 109             case 1:
 110                 w = 2.0*x / (factor*tap_count) + M_PI;
 111                 y *= 0.3635819 - 0.4891775 * cos(w) + 0.1365995 * cos(2*w) - 0.0106411 * cos(3*w);
 112                 break;
 113             case 2:
 114                 w = 2.0*x / (factor*tap_count*M_PI);
 115                 y *= bessel(16*sqrt(FFMAX(1-w*w, 0)));
 116                 break;
 117             }
 118
 119             tab[i] = y;
 120             norm += y;
 121         }
 122
 123         /* normalize so that an uniform color remains the same */
 124         for(i=0;i<tap_count;i++) {
 125             v = clip(lrintf(tab[i] * scale / norm + e), FELEM_MIN, FELEM_MAX);
 126             filter[ph * tap_count + i] = v;
 127             e += tab[i] * scale / norm - v;
 128         }
 129     }
 130 }
 131
 132 /**
 133  * initalizes a audio resampler.
 134  * note, if either rate is not a integer then simply scale both rates up so they are
 135  */
 136 AVResampleContext *av_resample_init(int out_rate, int in_rate){
 137     AVResampleContext *c= av_mallocz(sizeof(AVResampleContext));
 138     double factor= FFMIN(out_rate / (double)in_rate, 1.0);
 139
 140     memset(c, 0, sizeof(AVResampleContext));
 141
 142     c->filter_length= ceil(FILTER_SIZE/factor);
 143     c->filter_bank= av_mallocz(c->filter_length*(PHASE_COUNT+1)*sizeof(FELEM));
 144     av_build_filter(c->filter_bank, factor, c->filter_length, PHASE_COUNT, 1<<FILTER_SHIFT, 1);
 145     memcpy(&c->filter_bank[c->filter_length*PHASE_COUNT+1], c->filter_bank, (c->filter_length-1)*sizeof(FELEM));
 146     c->filter_bank[c->filter_length*PHASE_COUNT]= c->filter_bank[c->filter_length - 1];
 147
 148     c->src_incr= out_rate;
 149     c->ideal_dst_incr= c->dst_incr= in_rate * PHASE_COUNT;
 150     c->index= -PHASE_COUNT*((c->filter_length-1)/2);
 151
 152     return c;
 153 }
 154
 155 void av_resample_close(AVResampleContext *c){
 156     av_freep(&c->filter_bank);
 157     av_freep(&c);
 158 }
 159
 160 void av_resample_compensate(AVResampleContext *c, int sample_delta, int compensation_distance){
 161 //    sample_delta += (c->ideal_dst_incr - c->dst_incr)*(int64_t)c->compensation_distance / c->ideal_dst_incr;
 162     c->compensation_distance= compensation_distance;
 163     c->dst_incr = c->ideal_dst_incr - c->ideal_dst_incr * (int64_t)sample_delta / compensation_distance;
 164 }
 165
 166 /**
 167  * resamples.
 168  * @param src an array of unconsumed samples
 169  * @param consumed the number of samples of src which have been consumed are returned here
 170  * @param src_size the number of unconsumed samples available
 171  * @param dst_size the amount of space in samples available in dst
 172  * @param update_ctx if this is 0 then the context wont be modified, that way several channels can be resampled with the same context
 173  * @return the number of samples written in dst or -1 if an error occured
 174  */
 175 int av_resample(AVResampleContext *c, short *dst, short *src, int *consumed, int src_size, int dst_size, int update_ctx){
 176     int dst_index, i;
 177     int index= c->index;
 178     int frac= c->frac;
 179     int dst_incr_frac= c->dst_incr % c->src_incr;
 180     int dst_incr=      c->dst_incr / c->src_incr;
 181     int compensation_distance= c->compensation_distance;
 182
 183     for(dst_index=0; dst_index < dst_size; dst_index++){
 184         FELEM *filter= c->filter_bank + c->filter_length*(index & PHASE_MASK);
 185         int sample_index= index >> PHASE_SHIFT;
 186         FELEM2 val=0;
 187
 188         if(sample_index < 0){
 189             for(i=0; i<c->filter_length; i++)
 190                 val += src[ABS(sample_index + i) % src_size] * filter[i];
 191         }else if(sample_index + c->filter_length > src_size){
 192             break;
 193         }else{
 194 #ifdef LINEAR
 195             int64_t v=0;
 196             int sub_phase= (frac<<8) / c->src_incr;
 197             for(i=0; i<c->filter_length; i++){
 198                 int64_t coeff= filter[i]*(256 - sub_phase) + filter[i + c->filter_length]*sub_phase;
 199                 v += src[sample_index + i] * coeff;
 200             }
 201             val= v>>8;
 202 #else
 203             for(i=0; i<c->filter_length; i++){
 204                 val += src[sample_index + i] * (FELEM2)filter[i];
 205             }
 206 #endif
 207         }
 208
 209         val = (val + (1<<(FILTER_SHIFT-1)))>>FILTER_SHIFT;
 210         dst[dst_index] = (unsigned)(val + 32768) > 65535 ? (val>>31) ^ 32767 : val;
 211
 212         frac += dst_incr_frac;
 213         index += dst_incr;
 214         if(frac >= c->src_incr){
 215             frac -= c->src_incr;
 216             index++;
 217         }
 218
 219         if(dst_index + 1 == compensation_distance){
 220             compensation_distance= 0;
 221             dst_incr_frac= c->ideal_dst_incr % c->src_incr;
 222             dst_incr=      c->ideal_dst_incr / c->src_incr;
 223         }
 224     }
 225     *consumed= FFMAX(index, 0) >> PHASE_SHIFT;
 226     index= FFMIN(index, 0);
 227
 228     if(compensation_distance){
 229         compensation_distance -= dst_index;
 230         assert(compensation_distance > 0);
 231     }
 232     if(update_ctx){
 233         c->frac= frac;
 234         c->index= index;
 235         c->dst_incr= dst_incr_frac + c->src_incr*dst_incr;
 236         c->compensation_distance= compensation_distance;
 237     }
 238 #if 0
 239     if(update_ctx && !c->compensation_distance){
 240 #undef rand
 241         av_resample_compensate(c, rand() % (8000*2) - 8000, 8000*2);
 242 av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "%d %d %d\n", c->dst_incr, c->ideal_dst_incr, c->compensation_distance);
 243     }
 244 #endif
 245
 246     return dst_index;
 247 }