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_SHIFT 15
  35
  36 typedef struct AVResampleContext{
  37     short *filter_bank;
  38     int filter_length;
  39     int ideal_dst_incr;
  40     int dst_incr;
  41     int index;
  42     int frac;
  43     int src_incr;
  44     int compensation_distance;
  45 }AVResampleContext;
  46
  47 /**
  48  * 0th order modified bessel function of the first kind.
  49  */
  50 double bessel(double x){
  51     double v=1;
  52     double t=1;
  53     int i;
  54
  55     for(i=1; i<50; i++){
  56         t *= i;
  57         v += pow(x*x/4, i)/(t*t);
  58     }
  59     return v;
  60 }
  61
  62 /**
  63  * builds a polyphase filterbank.
  64  * @param factor resampling factor
  65  * @param scale wanted sum of coefficients for each filter
  66  * @param type 0->cubic, 1->blackman nuttall windowed sinc, 2->kaiser windowed sinc beta=16
  67  */
  68 void av_build_filter(int16_t *filter, double factor, int tap_count, int phase_count, int scale, int type){
  69     int ph, i, v;
  70     double x, y, w, tab[tap_count];
  71     const int center= (tap_count-1)/2;
  72
  73     /* if upsampling, only need to interpolate, no filter */
  74     if (factor > 1.0)
  75         factor = 1.0;
  76
  77     for(ph=0;ph<phase_count;ph++) {
  78         double norm = 0;
  79         double e= 0;
  80         for(i=0;i<tap_count;i++) {
  81             x = M_PI * ((double)(i - center) - (double)ph / phase_count) * factor;
  82             if (x == 0) y = 1.0;
  83             else        y = sin(x) / x;
  84             switch(type){
  85             case 0:{
  86                 const float d= -0.5; //first order derivative = -0.5
  87                 x = fabs(((double)(i - center) - (double)ph / phase_count) * factor);
  88                 if(x<1.0) y= 1 - 3*x*x + 2*x*x*x + d*(            -x*x + x*x*x);
  89                 else      y=                       d*(-4 + 8*x - 5*x*x + x*x*x);
  90                 break;}
  91             case 1:
  92                 w = 2.0*x / (factor*tap_count) + M_PI;
  93                 y *= 0.3635819 - 0.4891775 * cos(w) + 0.1365995 * cos(2*w) - 0.0106411 * cos(3*w);
  94                 break;
  95             case 2:
  96                 w = 2.0*x / (factor*tap_count*M_PI);
  97                 y *= bessel(16*sqrt(FFMAX(1-w*w, 0)));
  98                 break;
  99             }
 100
 101             tab[i] = y;
 102             norm += y;
 103         }
 104
 105         /* normalize so that an uniform color remains the same */
 106         for(i=0;i<tap_count;i++) {
 107             v = clip(lrintf(tab[i] * scale / norm + e), -32768, 32767);
 108             filter[ph * tap_count + i] = v;
 109             e += tab[i] * scale / norm - v;
 110         }
 111     }
 112 }
 113
 114 /**
 115  * initalizes a audio resampler.
 116  * note, if either rate is not a integer then simply scale both rates up so they are
 117  */
 118 AVResampleContext *av_resample_init(int out_rate, int in_rate){
 119     AVResampleContext *c= av_mallocz(sizeof(AVResampleContext));
 120     double factor= FFMIN(out_rate / (double)in_rate, 1.0);
 121
 122     memset(c, 0, sizeof(AVResampleContext));
 123
 124     c->filter_length= ceil(16.0/factor);
 125     c->filter_bank= av_mallocz(c->filter_length*(PHASE_COUNT+1)*sizeof(short));
 126     av_build_filter(c->filter_bank, factor, c->filter_length, PHASE_COUNT, 1<<FILTER_SHIFT, 1);
 127     c->filter_bank[c->filter_length*PHASE_COUNT + (c->filter_length-1)/2 + 1]= (1<<FILTER_SHIFT)-1;
 128     c->filter_bank[c->filter_length*PHASE_COUNT + (c->filter_length-1)/2 + 2]= 1;
 129
 130     c->src_incr= out_rate;
 131     c->ideal_dst_incr= c->dst_incr= in_rate * PHASE_COUNT;
 132     c->index= -PHASE_COUNT*((c->filter_length-1)/2);
 133
 134     return c;
 135 }
 136
 137 void av_resample_close(AVResampleContext *c){
 138     av_freep(&c->filter_bank);
 139     av_freep(&c);
 140 }
 141
 142 void av_resample_compensate(AVResampleContext *c, int sample_delta, int compensation_distance){
 143 //    sample_delta += (c->ideal_dst_incr - c->dst_incr)*(int64_t)c->compensation_distance / c->ideal_dst_incr;
 144     c->compensation_distance= compensation_distance;
 145     c->dst_incr = c->ideal_dst_incr - c->ideal_dst_incr * (int64_t)sample_delta / compensation_distance;
 146 }
 147
 148 /**
 149  * resamples.
 150  * @param src an array of unconsumed samples
 151  * @param consumed the number of samples of src which have been consumed are returned here
 152  * @param src_size the number of unconsumed samples available
 153  * @param dst_size the amount of space in samples available in dst
 154  * @param update_ctx if this is 0 then the context wont be modified, that way several channels can be resampled with the same context
 155  * @return the number of samples written in dst or -1 if an error occured
 156  */
 157 int av_resample(AVResampleContext *c, short *dst, short *src, int *consumed, int src_size, int dst_size, int update_ctx){
 158     int dst_index, i;
 159     int index= c->index;
 160     int frac= c->frac;
 161     int dst_incr_frac= c->dst_incr % c->src_incr;
 162     int dst_incr=      c->dst_incr / c->src_incr;
 163     int compensation_distance= c->compensation_distance;
 164
 165     for(dst_index=0; dst_index < dst_size; dst_index++){
 166         short *filter= c->filter_bank + c->filter_length*(index & PHASE_MASK);
 167         int sample_index= index >> PHASE_SHIFT;
 168         int val=0;
 169
 170         if(sample_index < 0){
 171             for(i=0; i<c->filter_length; i++)
 172                 val += src[ABS(sample_index + i) % src_size] * filter[i];
 173         }else if(sample_index + c->filter_length > src_size){
 174             break;
 175         }else{
 176 #if 0
 177             int64_t v=0;
 178             int sub_phase= (frac<<12) / c->src_incr;
 179             for(i=0; i<c->filter_length; i++){
 180                 int64_t coeff= filter[i]*(4096 - sub_phase) + filter[i + c->filter_length]*sub_phase;
 181                 v += src[sample_index + i] * coeff;
 182             }
 183             val= v>>12;
 184 #else
 185             for(i=0; i<c->filter_length; i++){
 186                 val += src[sample_index + i] * filter[i];
 187             }
 188 #endif
 189         }
 190
 191         val = (val + (1<<(FILTER_SHIFT-1)))>>FILTER_SHIFT;
 192         dst[dst_index] = (unsigned)(val + 32768) > 65535 ? (val>>31) ^ 32767 : val;
 193
 194         frac += dst_incr_frac;
 195         index += dst_incr;
 196         if(frac >= c->src_incr){
 197             frac -= c->src_incr;
 198             index++;
 199         }
 200
 201         if(dst_index + 1 == compensation_distance){
 202             compensation_distance= 0;
 203             dst_incr_frac= c->ideal_dst_incr % c->src_incr;
 204             dst_incr=      c->ideal_dst_incr / c->src_incr;
 205         }
 206     }
 207     *consumed= FFMAX(index, 0) >> PHASE_SHIFT;
 208     index= FFMIN(index, 0);
 209
 210     if(compensation_distance){
 211         compensation_distance -= dst_index;
 212         assert(compensation_distance > 0);
 213     }
 214     if(update_ctx){
 215         c->frac= frac;
 216         c->index= index;
 217         c->dst_incr= dst_incr_frac + c->src_incr*dst_incr;
 218         c->compensation_distance= compensation_distance;
 219     }
 220 #if 0
 221     if(update_ctx && !c->compensation_distance){
 222 #undef rand
 223         av_resample_compensate(c, rand() % (8000*2) - 8000, 8000*2);
 224 av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "%d %d %d\n", c->dst_incr, c->ideal_dst_incr, c->compensation_distance);
 225     }
 226 #endif
 227
 228     return dst_index;
 229 }