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