libav/resample.c

   1 /*
   2  * Sample rate convertion for both audio and video
   3  * Copyright (c) 2000 Gerard Lantau.
   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 #include <stdlib.h>
  20 #include <stdio.h>
  21 #include <string.h>
  22 #include <netinet/in.h>
  23 #include <math.h>
  24 #include "avcodec.h"
  25
  26 #define NDEBUG
  27 #include <assert.h>
  28
  29 #define FRAC_BITS 16
  30 #define FRAC (1 << FRAC_BITS)
  31
  32 static void init_mono_resample(ReSampleChannelContext *s, float ratio)
  33 {
  34     ratio = 1.0 / ratio;
  35     s->iratio = (int)floor(ratio);
  36     if (s->iratio == 0)
  37         s->iratio = 1;
  38     s->incr = (int)((ratio / s->iratio) * FRAC);
  39     s->frac = 0;
  40     s->last_sample = 0;
  41     s->icount = s->iratio;
  42     s->isum = 0;
  43     s->inv = (FRAC / s->iratio);
  44 }
  45
  46 /* fractional audio resampling */
  47 static int fractional_resample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
  48 {
  49     unsigned int frac, incr;
  50     int l0, l1;
  51     short *q, *p, *pend;
  52
  53     l0 = s->last_sample;
  54     incr = s->incr;
  55     frac = s->frac;
  56
  57     p = input;
  58     pend = input + nb_samples;
  59     q = output;
  60
  61     l1 = *p++;
  62     for(;;) {
  63         /* interpolate */
  64         *q++ = (l0 * (FRAC - frac) + l1 * frac) >> FRAC_BITS;
  65         frac = frac + s->incr;
  66         while (frac >= FRAC) {
  67             if (p >= pend)
  68                 goto the_end;
  69             frac -= FRAC;
  70             l0 = l1;
  71             l1 = *p++;
  72         }
  73     }
  74  the_end:
  75     s->last_sample = l1;
  76     s->frac = frac;
  77     return q - output;
  78 }
  79
  80 static int integer_downsample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
  81 {
  82     short *q, *p, *pend;
  83     int c, sum;
  84
  85     p = input;
  86     pend = input + nb_samples;
  87     q = output;
  88
  89     c = s->icount;
  90     sum = s->isum;
  91
  92     for(;;) {
  93         sum += *p++;
  94         if (--c == 0) {
  95             *q++ = (sum * s->inv) >> FRAC_BITS;
  96             c = s->iratio;
  97             sum = 0;
  98         }
  99         if (p >= pend)
 100             break;
 101     }
 102     s->isum = sum;
 103     s->icount = c;
 104     return q - output;
 105 }
 106
 107 /* n1: number of samples */
 108 static void stereo_to_mono(short *output, short *input, int n1)
 109 {
 110     short *p, *q;
 111     int n = n1;
 112
 113     p = input;
 114     q = output;
 115     while (n >= 4) {
 116         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
 117         q[1] = (p[2] + p[3]) >> 1;
 118         q[2] = (p[4] + p[5]) >> 1;
 119         q[3] = (p[6] + p[7]) >> 1;
 120         q += 4;
 121         p += 8;
 122         n -= 4;
 123     }
 124     while (n > 0) {
 125         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
 126         q++;
 127         p += 2;
 128         n--;
 129     }
 130 }
 131
 132 /* XXX: should use more abstract 'N' channels system */
 133 static void stereo_split(short *output1, short *output2, short *input, int n)
 134 {
 135     int i;
 136
 137     for(i=0;i<n;i++) {
 138         *output1++ = *input++;
 139         *output2++ = *input++;
 140     }
 141 }
 142
 143 static void stereo_mux(short *output, short *input1, short *input2, int n)
 144 {
 145     int i;
 146
 147     for(i=0;i<n;i++) {
 148         *output++ = *input1++;
 149         *output++ = *input2++;
 150     }
 151 }
 152
 153 static int mono_resample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
 154 {
 155     short buf1[nb_samples];
 156     short *buftmp;
 157
 158     /* first downsample by an integer factor with averaging filter */
 159     if (s->iratio > 1) {
 160         buftmp = buf1;
 161         nb_samples = integer_downsample(s, buftmp, input, nb_samples);
 162     } else {
 163         buftmp = input;
 164     }
 165
 166     /* then do a fractional resampling with linear interpolation */
 167     if (s->incr != FRAC) {
 168         nb_samples = fractional_resample(s, output, buftmp, nb_samples);
 169     } else {
 170         memcpy(output, buftmp, nb_samples * sizeof(short));
 171     }
 172     return nb_samples;
 173 }
 174
 175 /* ratio = output_rate / input_rate */
 176 int audio_resample_init(ReSampleContext *s,
 177                         int output_channels, int input_channels,
 178                         int output_rate, int input_rate)
 179 {
 180     int i;
 181
 182     s->ratio = (float)output_rate / (float)input_rate;
 183
 184     if (output_channels > 2 || input_channels > 2)
 185         return -1;
 186     s->input_channels = input_channels;
 187     s->output_channels = output_channels;
 188
 189     for(i=0;i<output_channels;i++) {
 190         init_mono_resample(&s->channel_ctx[i], s->ratio);
 191     }
 192     return 0;
 193 }
 194
 195 /* resample audio. 'nb_samples' is the number of input samples */
 196 /* XXX: optimize it ! */
 197 /* XXX: do it with polyphase filters, since the quality here is
 198    HORRIBLE. Return the number of samples available in output */
 199 int audio_resample(ReSampleContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
 200 {
 201     int i, nb_samples1;
 202     short buf[5][nb_samples];
 203     short *buftmp1, *buftmp2[2], *buftmp3[2];
 204
 205     if (s->input_channels == s->output_channels && s->ratio == 1.0) {
 206         /* nothing to do */
 207         memcpy(output, input, nb_samples * s->input_channels * sizeof(short));
 208         return nb_samples;
 209     }
 210
 211     if (s->input_channels == 2 &&
 212         s->output_channels == 1) {
 213         buftmp1 = buf[0];
 214         stereo_to_mono(buftmp1, input, nb_samples);
 215     } else if (s->input_channels == 1 &&
 216                s->output_channels == 2) {
 217         /* XXX: do it */
 218         abort();
 219     } else {
 220         buftmp1 = input;
 221     }
 222
 223     if (s->output_channels == 2) {
 224         buftmp2[0] = buf[1];
 225         buftmp2[1] = buf[2];
 226         buftmp3[0] = buf[3];
 227         buftmp3[1] = buf[4];
 228         stereo_split(buftmp2[0], buftmp2[1], buftmp1, nb_samples);
 229     } else {
 230         buftmp2[0] = buftmp1;
 231         buftmp3[0] = output;
 232     }
 233
 234     /* resample each channel */
 235     nb_samples1 = 0; /* avoid warning */
 236     for(i=0;i<s->output_channels;i++) {
 237         nb_samples1 = mono_resample(&s->channel_ctx[i], buftmp3[i], buftmp2[i], nb_samples);
 238     }
 239
 240     if (s->output_channels == 2) {
 241         stereo_mux(output, buftmp3[0], buftmp3[1], nb_samples1);
 242     }
 243
 244     return nb_samples1;
 245 }