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 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  * audio resampling
  25  * @author Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
  26  */
  27
  28 #include "libavutil/avassert.h"
  29 #include "avcodec.h"
  30 #include "dsputil.h"
  31 #include "libavutil/common.h"
  32
  33 #ifndef CONFIG_RESAMPLE_HP
  34 #define FILTER_SHIFT 15
  35
  36 #define FELEM int16_t
  37 #define FELEM2 int32_t
  38 #define FELEML int64_t
  39 #define FELEM_MAX INT16_MAX
  40 #define FELEM_MIN INT16_MIN
  41 #define WINDOW_TYPE 9
  42 #elif !defined(CONFIG_RESAMPLE_AUDIOPHILE_KIDDY_MODE)
  43 #define FILTER_SHIFT 30
  44
  45 #define FELEM int32_t
  46 #define FELEM2 int64_t
  47 #define FELEML int64_t
  48 #define FELEM_MAX INT32_MAX
  49 #define FELEM_MIN INT32_MIN
  50 #define WINDOW_TYPE 12
  51 #else
  52 #define FILTER_SHIFT 0
  53
  54 #define FELEM double
  55 #define FELEM2 double
  56 #define FELEML double
  57 #define WINDOW_TYPE 24
  58 #endif
  59
  60
  61 typedef struct AVResampleContext{
  62     const AVClass *av_class;
  63     FELEM *filter_bank;
  64     int filter_length;
  65     int ideal_dst_incr;
  66     int dst_incr;
  67     int index;
  68     int frac;
  69     int src_incr;
  70     int compensation_distance;
  71     int phase_shift;
  72     int phase_mask;
  73     int linear;
  74 }AVResampleContext;
  75
  76 /**
  77  * 0th order modified bessel function of the first kind.
  78  */
  79 static double bessel(double x){
  80     double v=1;
  81     double lastv=0;
  82     double t=1;
  83     int i;
  84
  85     x= x*x/4;
  86     for(i=1; v != lastv; i++){
  87         lastv=v;
  88         t *= x/(i*i);
  89         v += t;
  90     }
  91     return v;
  92 }
  93
  94 /**
  95  * Build a polyphase filterbank.
  96  * @param factor resampling factor
  97  * @param scale wanted sum of coefficients for each filter
  98  * @param type 0->cubic, 1->blackman nuttall windowed sinc, 2..16->kaiser windowed sinc beta=2..16
  99  * @return 0 on success, negative on error
 100  */
 101 static int build_filter(FELEM *filter, double factor, int tap_count, int phase_count, int scale, int type){
 102     int ph, i;
 103     double x, y, w;
 104     double *tab = av_malloc(tap_count * sizeof(*tab));
 105     const int center= (tap_count-1)/2;
 106
 107     if (!tab)
 108         return AVERROR(ENOMEM);
 109
 110     /* if upsampling, only need to interpolate, no filter */
 111     if (factor > 1.0)
 112         factor = 1.0;
 113
 114     for(ph=0;ph<phase_count;ph++) {
 115         double norm = 0;
 116         for(i=0;i<tap_count;i++) {
 117             x = M_PI * ((double)(i - center) - (double)ph / phase_count) * factor;
 118             if (x == 0) y = 1.0;
 119             else        y = sin(x) / x;
 120             switch(type){
 121             case 0:{
 122                 const float d= -0.5; //first order derivative = -0.5
 123                 x = fabs(((double)(i - center) - (double)ph / phase_count) * factor);
 124                 if(x<1.0) y= 1 - 3*x*x + 2*x*x*x + d*(            -x*x + x*x*x);
 125                 else      y=                       d*(-4 + 8*x - 5*x*x + x*x*x);
 126                 break;}
 127             case 1:
 128                 w = 2.0*x / (factor*tap_count) + M_PI;
 129                 y *= 0.3635819 - 0.4891775 * cos(w) + 0.1365995 * cos(2*w) - 0.0106411 * cos(3*w);
 130                 break;
 131             default:
 132                 w = 2.0*x / (factor*tap_count*M_PI);
 133                 y *= bessel(type*sqrt(FFMAX(1-w*w, 0)));
 134                 break;
 135             }
 136
 137             tab[i] = y;
 138             norm += y;
 139         }
 140
 141         /* normalize so that an uniform color remains the same */
 142         for(i=0;i<tap_count;i++) {
 143 #ifdef CONFIG_RESAMPLE_AUDIOPHILE_KIDDY_MODE
 144             filter[ph * tap_count + i] = tab[i] / norm;
 145 #else
 146             filter[ph * tap_count + i] = av_clip(lrintf(tab[i] * scale / norm), FELEM_MIN, FELEM_MAX);
 147 #endif
 148         }
 149     }
 150 #if 0
 151     {
 152 #define LEN 1024
 153         int j,k;
 154         double sine[LEN + tap_count];
 155         double filtered[LEN];
 156         double maxff=-2, minff=2, maxsf=-2, minsf=2;
 157         for(i=0; i<LEN; i++){
 158             double ss=0, sf=0, ff=0;
 159             for(j=0; j<LEN+tap_count; j++)
 160                 sine[j]= cos(i*j*M_PI/LEN);
 161             for(j=0; j<LEN; j++){
 162                 double sum=0;
 163                 ph=0;
 164                 for(k=0; k<tap_count; k++)
 165                     sum += filter[ph * tap_count + k] * sine[k+j];
 166                 filtered[j]= sum / (1<<FILTER_SHIFT);
 167                 ss+= sine[j + center] * sine[j + center];
 168                 ff+= filtered[j] * filtered[j];
 169                 sf+= sine[j + center] * filtered[j];
 170             }
 171             ss= sqrt(2*ss/LEN);
 172             ff= sqrt(2*ff/LEN);
 173             sf= 2*sf/LEN;
 174             maxff= FFMAX(maxff, ff);
 175             minff= FFMIN(minff, ff);
 176             maxsf= FFMAX(maxsf, sf);
 177             minsf= FFMIN(minsf, sf);
 178             if(i%11==0){
 179                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "i:%4d ss:%f ff:%13.6e-%13.6e sf:%13.6e-%13.6e\n", i, ss, maxff, minff, maxsf, minsf);
 180                 minff=minsf= 2;
 181                 maxff=maxsf= -2;
 182             }
 183         }
 184     }
 185 #endif
 186
 187     av_free(tab);
 188     return 0;
 189 }
 190
 191 AVResampleContext *av_resample_init(int out_rate, int in_rate, int filter_size, int phase_shift, int linear, double cutoff){
 192     AVResampleContext *c= av_mallocz(sizeof(AVResampleContext));
 193     double factor= FFMIN(out_rate * cutoff / in_rate, 1.0);
 194     int phase_count= 1<<phase_shift;
 195
 196     if (!c)
 197         return NULL;
 198
 199     c->phase_shift= phase_shift;
 200     c->phase_mask= phase_count-1;
 201     c->linear= linear;
 202
 203     c->filter_length= FFMAX((int)ceil(filter_size/factor), 1);
 204     c->filter_bank= av_mallocz(c->filter_length*(phase_count+1)*sizeof(FELEM));
 205     if (!c->filter_bank)
 206         goto error;
 207     if (build_filter(c->filter_bank, factor, c->filter_length, phase_count, 1<<FILTER_SHIFT, WINDOW_TYPE))
 208         goto error;
 209     memcpy(&c->filter_bank[c->filter_length*phase_count+1], c->filter_bank, (c->filter_length-1)*sizeof(FELEM));
 210     c->filter_bank[c->filter_length*phase_count]= c->filter_bank[c->filter_length - 1];
 211
 212     if(!av_reduce(&c->src_incr, &c->dst_incr, out_rate, in_rate * (int64_t)phase_count, INT32_MAX/2))
 213         goto error;
 214     c->ideal_dst_incr= c->dst_incr;
 215
 216     c->index= -phase_count*((c->filter_length-1)/2);
 217
 218     return c;
 219 error:
 220     av_free(c->filter_bank);
 221     av_free(c);
 222     return NULL;
 223 }
 224
 225 void av_resample_close(AVResampleContext *c){
 226     av_freep(&c->filter_bank);
 227     av_freep(&c);
 228 }
 229
 230 void av_resample_compensate(AVResampleContext *c, int sample_delta, int compensation_distance){
 231 //    sample_delta += (c->ideal_dst_incr - c->dst_incr)*(int64_t)c->compensation_distance / c->ideal_dst_incr;
 232     c->compensation_distance= compensation_distance;
 233     c->dst_incr = c->ideal_dst_incr - c->ideal_dst_incr * (int64_t)sample_delta / compensation_distance;
 234 }
 235
 236 int av_resample(AVResampleContext *c, short *dst, short *src, int *consumed, int src_size, int dst_size, int update_ctx){
 237     int dst_index, i;
 238     int index= c->index;
 239     int frac= c->frac;
 240     int dst_incr_frac= c->dst_incr % c->src_incr;
 241     int dst_incr=      c->dst_incr / c->src_incr;
 242     int compensation_distance= c->compensation_distance;
 243
 244   if(compensation_distance == 0 && c->filter_length == 1 && c->phase_shift==0){
 245         int64_t index2= ((int64_t)index)<<32;
 246         int64_t incr= (1LL<<32) * c->dst_incr / c->src_incr;
 247         dst_size= FFMIN(dst_size, (src_size-1-index) * (int64_t)c->src_incr / c->dst_incr);
 248
 249         for(dst_index=0; dst_index < dst_size; dst_index++){
 250             dst[dst_index] = src[index2>>32];
 251             index2 += incr;
 252         }
 253         index += dst_index * dst_incr;
 254         index += (frac + dst_index * (int64_t)dst_incr_frac) / c->src_incr;
 255         frac   = (frac + dst_index * (int64_t)dst_incr_frac) % c->src_incr;
 256   }else{
 257     for(dst_index=0; dst_index < dst_size; dst_index++){
 258         FELEM *filter= c->filter_bank + c->filter_length*(index & c->phase_mask);
 259         int sample_index= index >> c->phase_shift;
 260         FELEM2 val=0;
 261
 262         if(sample_index < 0){
 263             for(i=0; i<c->filter_length; i++)
 264                 val += src[FFABS(sample_index + i) % src_size] * filter[i];
 265         }else if(sample_index + c->filter_length > src_size){
 266             break;
 267         }else if(c->linear){
 268             FELEM2 v2=0;
 269             for(i=0; i<c->filter_length; i++){
 270                 val += src[sample_index + i] * (FELEM2)filter[i];
 271                 v2  += src[sample_index + i] * (FELEM2)filter[i + c->filter_length];
 272             }
 273             val+=(v2-val)*(FELEML)frac / c->src_incr;
 274         }else{
 275             for(i=0; i<c->filter_length; i++){
 276                 val += src[sample_index + i] * (FELEM2)filter[i];
 277             }
 278         }
 279
 280 #ifdef CONFIG_RESAMPLE_AUDIOPHILE_KIDDY_MODE
 281         dst[dst_index] = av_clip_int16(lrintf(val));
 282 #else
 283         val = (val + (1<<(FILTER_SHIFT-1)))>>FILTER_SHIFT;
 284         dst[dst_index] = (unsigned)(val + 32768) > 65535 ? (val>>31) ^ 32767 : val;
 285 #endif
 286
 287         frac += dst_incr_frac;
 288         index += dst_incr;
 289         if(frac >= c->src_incr){
 290             frac -= c->src_incr;
 291             index++;
 292         }
 293
 294         if(dst_index + 1 == compensation_distance){
 295             compensation_distance= 0;
 296             dst_incr_frac= c->ideal_dst_incr % c->src_incr;
 297             dst_incr=      c->ideal_dst_incr / c->src_incr;
 298         }
 299     }
 300   }
 301     *consumed= FFMAX(index, 0) >> c->phase_shift;
 302     if(index>=0) index &= c->phase_mask;
 303
 304     if(compensation_distance){
 305         compensation_distance -= dst_index;
 306         av_assert2(compensation_distance > 0);
 307     }
 308     if(update_ctx){
 309         c->frac= frac;
 310         c->index= index;
 311         c->dst_incr= dst_incr_frac + c->src_incr*dst_incr;
 312         c->compensation_distance= compensation_distance;
 313     }
 314 #if 0
 315     if(update_ctx && !c->compensation_distance){
 316 #undef rand
 317         av_resample_compensate(c, rand() % (8000*2) - 8000, 8000*2);
 318 av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "%d %d %d\n", c->dst_incr, c->ideal_dst_incr, c->compensation_distance);
 319     }
 320 #endif
 321
 322     return dst_index;
 323 }