git.sesse.net Git - nageru/blob - nageru/ebu_r128_proc.cc

   1 // ------------------------------------------------------------------------
   2 //
   3 //  Copyright (C) 2010-2011 Fons Adriaensen <fons@linuxaudio.org>
   4 //
   5 //  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   6 //  it under the terms of the GNU General Public License as published by
   7 //  the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   8 //  (at your option) any later version.
   9 //
  10 //  This program 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
  13 //  GNU General Public License for more details.
  14 //
  15 //  You should have received a copy of the GNU General Public License
  16 //  along with this program; if not, write to the Free Software
  17 //  Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  18 //
  19 // ------------------------------------------------------------------------
  20
  21
  22 #include "ebu_r128_proc.h"
  23
  24 #include <string.h>
  25 #include <cmath>
  26
  27
  28 float Ebu_r128_hist::_bin_power [100] = { 0.0f };
  29 float Ebu_r128_proc::_chan_gain [5] = { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.41f, 1.41f };
  30
  31
  32 Ebu_r128_hist::Ebu_r128_hist (void)
  33 {
  34     _histc = new int [751];
  35     initstat ();
  36     reset ();
  37 }
  38
  39
  40 Ebu_r128_hist::~Ebu_r128_hist (void)
  41 {
  42     delete[] _histc;
  43 }
  44
  45
  46 void Ebu_r128_hist::reset (void)
  47 {
  48     memset (_histc, 0, 751 * sizeof (float));
  49     _count = 0;
  50     _error = 0;
  51 }
  52
  53
  54 void Ebu_r128_hist::initstat (void)
  55 {
  56     int i;
  57
  58     if (_bin_power [0]) return;
  59     for (i = 0; i < 100; i++)
  60     {
  61         _bin_power [i] = powf (10.0f, i / 100.0f);
  62     }
  63 }
  64
  65
  66 void Ebu_r128_hist::addpoint (float v)
  67 {
  68     int k;
  69
  70     k = (int) floorf (10 * v + 700.5f);
  71     if (k < 0) return;
  72     if (k > 750)
  73     {
  74         k = 750;
  75         _error++;
  76     }
  77     _histc [k]++;
  78     _count++;
  79 }
  80
  81
  82 float Ebu_r128_hist::integrate (int i)
  83 {
  84     int   j, k, n;
  85     float s;
  86
  87     j = i % 100;
  88     n = 0;
  89     s = 0;
  90     while (i <= 750)
  91     {
  92         k = _histc [i++];
  93         n += k;
  94         s += k * _bin_power [j++];
  95         if (j == 100)
  96         {
  97             j = 0;
  98             s /= 10.0f;
  99         }
 100     }
 101     return s / n;
 102 }
 103
 104
 105 void Ebu_r128_hist::calc_integ (float *vi, float *th)
 106 {
 107     int   k;
 108     float s;
 109
 110     if (_count < 50)
 111     {
 112         *vi = -200.0f;
 113         return;
 114     }
 115     s = integrate (0);
 116 //  Original threshold was -8 dB below result of first integration
 117 //    if (th) *th = 10 * log10f (s) - 8.0f;
 118 //    k = (int)(floorf (100 * log10f (s) + 0.5f)) + 620;
 119 //  Threshold redefined to -10 dB below result of first integration
 120     if (th) *th = 10 * log10f (s) - 10.0f;
 121     k = (int)(floorf (100 * log10f (s) + 0.5f)) + 600;
 122     if (k < 0) k = 0;
 123     s = integrate (k);
 124     *vi = 10 * log10f (s);
 125 }
 126
 127
 128 void Ebu_r128_hist::calc_range (float *v0, float *v1, float *th)
 129 {
 130     int   i, j, k, n;
 131     float a, b, s;
 132
 133     if (_count < 20)
 134     {
 135         *v0 = -200.0f;
 136         *v1 = -200.0f;
 137         return;
 138     }
 139     s = integrate (0);
 140     if (th) *th = 10 * log10f (s) - 20.0f;
 141     k = (int)(floorf (100 * log10f (s) + 0.5)) + 500;
 142     if (k < 0) k = 0;
 143     for (i = k, n = 0; i <= 750; i++) n += _histc [i];
 144     a = 0.10f * n;
 145     b = 0.95f * n;
 146     for (i =   k, s = 0; s < a; i++) s += _histc [i];
 147     for (j = 750, s = n; s > b; j--) s -= _histc [j];
 148     *v0 = (i - 701) / 10.0f;
 149     *v1 = (j - 699) / 10.0f;
 150 }
 151
 152
 153
 154
 155 Ebu_r128_proc::Ebu_r128_proc (void)
 156 {
 157     _fragm = 0;
 158     reset ();
 159 }
 160
 161
 162 Ebu_r128_proc::~Ebu_r128_proc (void)
 163 {
 164 }
 165
 166
 167 void Ebu_r128_proc::init (int nchan, float fsamp)
 168 {
 169     _nchan = nchan;
 170     _fsamp = fsamp;
 171     _fragm = (int) fsamp / 20;
 172     detect_init (_fsamp);
 173     reset ();
 174 }
 175
 176
 177 void Ebu_r128_proc::reset (void)
 178 {
 179     _integr = false;
 180     _frcnt = _fragm;
 181     _frpwr = 1e-30f;
 182     _wrind  = 0;
 183     _div1 = 0;
 184     _div2 = 0;
 185     _loudness_M = -200.0f;
 186     _loudness_S = -200.0f;
 187     memset (_power, 0, 64 * sizeof (float));
 188     integr_reset ();
 189     detect_reset ();
 190 }
 191
 192
 193 void Ebu_r128_proc::integr_reset (void)
 194 {
 195     _hist_M.reset ();
 196     _hist_S.reset ();
 197     _maxloudn_M = -200.0f;
 198     _maxloudn_S = -200.0f;
 199     _integrated = -200.0f;
 200     _integ_thr  = -200.0f;
 201     _range_min  = -200.0f;
 202     _range_max  = -200.0f;
 203     _range_thr  = -200.0f;
 204     _div1 = _div2 = 0;
 205 }
 206
 207
 208 void Ebu_r128_proc::process (int nfram, float *input [])
 209 {
 210     int  i, k;
 211
 212     for (i = 0; i < _nchan; i++) _ipp [i] = input [i];
 213     while (nfram)
 214     {
 215         k = (_frcnt < nfram) ? _frcnt : nfram;
 216         _frpwr += detect_process (k);
 217         _frcnt -= k;
 218         if (_frcnt == 0)
 219         {
 220             _power [_wrind++] = _frpwr / _fragm;
 221             _frcnt = _fragm;
 222             _frpwr = 1e-30f;
 223             _wrind &= 63;
 224             _loudness_M = addfrags (8);
 225             _loudness_S = addfrags (60);
 226             if (_loudness_M > _maxloudn_M) _maxloudn_M = _loudness_M;
 227             if (_loudness_S > _maxloudn_S) _maxloudn_S = _loudness_S;
 228             if (_integr)
 229             {
 230                 if (++_div1 == 2)
 231                 {
 232                     _hist_M.addpoint (_loudness_M);
 233                     _div1 = 0;
 234                 }
 235                 if (++_div2 == 10)
 236                 {
 237                     _hist_S.addpoint (_loudness_S);
 238                     _div2 = 0;
 239                     _hist_M.calc_integ (&_integrated, &_integ_thr);
 240                     _hist_S.calc_range (&_range_min, &_range_max, &_range_thr);
 241                 }
 242             }
 243         }
 244         for (i = 0; i < _nchan; i++) _ipp [i] += k;
 245         nfram -= k;
 246     }
 247 }
 248
 249
 250 float Ebu_r128_proc::addfrags (int nfrag)
 251 {
 252     int    i, k;
 253     float  s;
 254
 255     s = 0;
 256     k = (_wrind - nfrag) & 63;
 257     for (i = 0; i < nfrag; i++) s += _power [(i + k) & 63];
 258     return -0.6976f + 10 * log10f (s / nfrag);
 259 }
 260
 261
 262 void Ebu_r128_proc::detect_init (float fsamp)
 263 {
 264     float a, b, c, d, r, u1, u2, w1, w2;
 265
 266     r = 1 / tan (4712.3890f / fsamp);
 267     w1 = r / 1.12201f;
 268     w2 = r * 1.12201f;
 269     u1 = u2 = 1.4085f + 210.0f / fsamp;
 270     a = u1 * w1;
 271     b = w1 * w1;
 272     c = u2 * w2;
 273     d = w2 * w2;
 274     r = 1 + a + b;
 275     _a0 = (1 + c + d) / r;
 276     _a1 = (2 - 2 * d) / r;
 277     _a2 = (1 - c + d) / r;
 278     _b1 = (2 - 2 * b) / r;
 279     _b2 = (1 - a + b) / r;
 280     r = 48.0f / fsamp;
 281     a = 4.9886075f * r;
 282     b = 6.2298014f * r * r;
 283     r = 1 + a + b;
 284     a *= 2 / r;
 285     b *= 4 / r;
 286     _c3 = a + b;
 287     _c4 = b;
 288     r = 1.004995f / r;
 289     _a0 *= r;
 290     _a1 *= r;
 291     _a2 *= r;
 292 }
 293
 294
 295 void Ebu_r128_proc::detect_reset (void)
 296 {
 297     for (int i = 0; i < MAXCH; i++) _fst [i].reset ();
 298 }
 299
 300
 301 float Ebu_r128_proc::detect_process (int nfram)
 302 {
 303     int   i, j;
 304     float si, sj;
 305     float x, y, z1, z2, z3, z4;
 306     float *p;
 307     Ebu_r128_fst *S;
 308
 309     si = 0;
 310     for (i = 0, S = _fst; i < _nchan; i++, S++)
 311     {
 312         z1 = S->_z1;
 313         z2 = S->_z2;
 314         z3 = S->_z3;
 315         z4 = S->_z4;
 316         p = _ipp [i];
 317         sj = 0;
 318         for (j = 0; j < nfram; j++)
 319         {
 320             x = p [j] - _b1 * z1 - _b2 * z2 + 1e-15f;
 321             y = _a0 * x + _a1 * z1 + _a2 * z2 - _c3 * z3 - _c4 * z4;
 322             z2 = z1;
 323             z1 = x;
 324             z4 += z3;
 325             z3 += y;
 326             sj += y * y;
 327         }
 328         if (_nchan == 1) si = 2 * sj;
 329         else si += _chan_gain [i] * sj;
 330         S->_z1 = z1;
 331         S->_z2 = z2;
 332         S->_z3 = z3;
 333         S->_z4 = z4;
 334     }
 335     return si;
 336 }
 337
 338
 339