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