libavcodec/resample.c

   1 /*
   2  * samplerate conversion for both audio and video
   3  * Copyright (c) 2000 Fabrice Bellard
   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 libavcodec/resample.c
  24  * samplerate conversion for both audio and video
  25  */
  26
  27 #include "avcodec.h"
  28 #include "audioconvert.h"
  29 #include "opt.h"
  30
  31 struct AVResampleContext;
  32
  33 static const char *context_to_name(void *ptr)
  34 {
  35     return "audioresample";
  36 }
  37
  38 static const AVOption options[] = {{NULL}};
  39 static const AVClass audioresample_context_class = { "ReSampleContext", context_to_name, options };
  40
  41 struct ReSampleContext {
  42     const AVClass *av_class;
  43     struct AVResampleContext *resample_context;
  44     short *temp[2];
  45     int temp_len;
  46     float ratio;
  47     /* channel convert */
  48     int input_channels, output_channels, filter_channels;
  49     AVAudioConvert *convert_ctx[2];
  50     enum SampleFormat sample_fmt[2]; ///< input and output sample format
  51     unsigned sample_size[2];         ///< size of one sample in sample_fmt
  52     short *buffer[2];                ///< buffers used for conversion to S16
  53     unsigned buffer_size[2];         ///< sizes of allocated buffers
  54 };
  55
  56 /* n1: number of samples */
  57 static void stereo_to_mono(short *output, short *input, int n1)
  58 {
  59     short *p, *q;
  60     int n = n1;
  61
  62     p = input;
  63     q = output;
  64     while (n >= 4) {
  65         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
  66         q[1] = (p[2] + p[3]) >> 1;
  67         q[2] = (p[4] + p[5]) >> 1;
  68         q[3] = (p[6] + p[7]) >> 1;
  69         q += 4;
  70         p += 8;
  71         n -= 4;
  72     }
  73     while (n > 0) {
  74         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
  75         q++;
  76         p += 2;
  77         n--;
  78     }
  79 }
  80
  81 /* n1: number of samples */
  82 static void mono_to_stereo(short *output, short *input, int n1)
  83 {
  84     short *p, *q;
  85     int n = n1;
  86     int v;
  87
  88     p = input;
  89     q = output;
  90     while (n >= 4) {
  91         v = p[0]; q[0] = v; q[1] = v;
  92         v = p[1]; q[2] = v; q[3] = v;
  93         v = p[2]; q[4] = v; q[5] = v;
  94         v = p[3]; q[6] = v; q[7] = v;
  95         q += 8;
  96         p += 4;
  97         n -= 4;
  98     }
  99     while (n > 0) {
 100         v = p[0]; q[0] = v; q[1] = v;
 101         q += 2;
 102         p += 1;
 103         n--;
 104     }
 105 }
 106
 107 /* XXX: should use more abstract 'N' channels system */
 108 static void stereo_split(short *output1, short *output2, short *input, int n)
 109 {
 110     int i;
 111
 112     for(i=0;i<n;i++) {
 113         *output1++ = *input++;
 114         *output2++ = *input++;
 115     }
 116 }
 117
 118 static void stereo_mux(short *output, short *input1, short *input2, int n)
 119 {
 120     int i;
 121
 122     for(i=0;i<n;i++) {
 123         *output++ = *input1++;
 124         *output++ = *input2++;
 125     }
 126 }
 127
 128 static void ac3_5p1_mux(short *output, short *input1, short *input2, int n)
 129 {
 130     int i;
 131     short l,r;
 132
 133     for(i=0;i<n;i++) {
 134       l=*input1++;
 135       r=*input2++;
 136       *output++ = l;           /* left */
 137       *output++ = (l/2)+(r/2); /* center */
 138       *output++ = r;           /* right */
 139       *output++ = 0;           /* left surround */
 140       *output++ = 0;           /* right surroud */
 141       *output++ = 0;           /* low freq */
 142     }
 143 }
 144
 145 ReSampleContext *av_audio_resample_init(int output_channels, int input_channels,
 146                                         int output_rate, int input_rate,
 147                                         enum SampleFormat sample_fmt_out,
 148                                         enum SampleFormat sample_fmt_in,
 149                                         int filter_length, int log2_phase_count,
 150                                         int linear, double cutoff)
 151 {
 152     ReSampleContext *s;
 153
 154     if ( input_channels > 2)
 155       {
 156         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Resampling with input channels greater than 2 unsupported.\n");
 157         return NULL;
 158       }
 159
 160     s = av_mallocz(sizeof(ReSampleContext));
 161     if (!s)
 162       {
 163         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Can't allocate memory for resample context.\n");
 164         return NULL;
 165       }
 166
 167     s->ratio = (float)output_rate / (float)input_rate;
 168
 169     s->input_channels = input_channels;
 170     s->output_channels = output_channels;
 171
 172     s->filter_channels = s->input_channels;
 173     if (s->output_channels < s->filter_channels)
 174         s->filter_channels = s->output_channels;
 175
 176     s->sample_fmt [0] = sample_fmt_in;
 177     s->sample_fmt [1] = sample_fmt_out;
 178     s->sample_size[0] = av_get_bits_per_sample_format(s->sample_fmt[0])>>3;
 179     s->sample_size[1] = av_get_bits_per_sample_format(s->sample_fmt[1])>>3;
 180
 181     if (s->sample_fmt[0] != SAMPLE_FMT_S16) {
 182         if (!(s->convert_ctx[0] = av_audio_convert_alloc(SAMPLE_FMT_S16, 1,
 183                                                          s->sample_fmt[0], 1, NULL, 0))) {
 184             av_log(s, AV_LOG_ERROR,
 185                    "Cannot convert %s sample format to s16 sample format\n",
 186                    avcodec_get_sample_fmt_name(s->sample_fmt[0]));
 187             av_free(s);
 188             return NULL;
 189         }
 190     }
 191
 192     if (s->sample_fmt[1] != SAMPLE_FMT_S16) {
 193         if (!(s->convert_ctx[1] = av_audio_convert_alloc(s->sample_fmt[1], 1,
 194                                                          SAMPLE_FMT_S16, 1, NULL, 0))) {
 195             av_log(s, AV_LOG_ERROR,
 196                    "Cannot convert s16 sample format to %s sample format\n",
 197                    avcodec_get_sample_fmt_name(s->sample_fmt[1]));
 198             av_audio_convert_free(s->convert_ctx[0]);
 199             av_free(s);
 200             return NULL;
 201         }
 202     }
 203
 204 /*
 205  * AC-3 output is the only case where filter_channels could be greater than 2.
 206  * input channels can't be greater than 2, so resample the 2 channels and then
 207  * expand to 6 channels after the resampling.
 208  */
 209     if(s->filter_channels>2)
 210       s->filter_channels = 2;
 211
 212 #define TAPS 16
 213     s->resample_context= av_resample_init(output_rate, input_rate,
 214                          filter_length, log2_phase_count, linear, cutoff);
 215
 216     s->av_class= &audioresample_context_class;
 217
 218     return s;
 219 }
 220
 221 #if LIBAVCODEC_VERSION_MAJOR < 53
 222 ReSampleContext *audio_resample_init(int output_channels, int input_channels,
 223                                      int output_rate, int input_rate)
 224 {
 225     return av_audio_resample_init(output_channels, input_channels,
 226                                   output_rate, input_rate,
 227                                   SAMPLE_FMT_S16, SAMPLE_FMT_S16,
 228                                   TAPS, 10, 0, 0.8);
 229 }
 230 #endif
 231
 232 /* resample audio. 'nb_samples' is the number of input samples */
 233 /* XXX: optimize it ! */
 234 int audio_resample(ReSampleContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
 235 {
 236     int i, nb_samples1;
 237     short *bufin[2];
 238     short *bufout[2];
 239     short *buftmp2[2], *buftmp3[2];
 240     short *output_bak = NULL;
 241     int lenout;
 242
 243     if (s->input_channels == s->output_channels && s->ratio == 1.0 && 0) {
 244         /* nothing to do */
 245         memcpy(output, input, nb_samples * s->input_channels * sizeof(short));
 246         return nb_samples;
 247     }
 248
 249     if (s->sample_fmt[0] != SAMPLE_FMT_S16) {
 250         int istride[1] = { s->sample_size[0] };
 251         int ostride[1] = { 2 };
 252         const void *ibuf[1] = { input };
 253         void       *obuf[1];
 254         unsigned input_size = nb_samples*s->input_channels*2;
 255
 256         if (!s->buffer_size[0] || s->buffer_size[0] < input_size) {
 257             av_free(s->buffer[0]);
 258             s->buffer_size[0] = input_size;
 259             s->buffer[0] = av_malloc(s->buffer_size[0]);
 260             if (!s->buffer[0]) {
 261                 av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Could not allocate buffer\n");
 262                 return 0;
 263             }
 264         }
 265
 266         obuf[0] = s->buffer[0];
 267
 268         if (av_audio_convert(s->convert_ctx[0], obuf, ostride,
 269                              ibuf, istride, nb_samples*s->input_channels) < 0) {
 270             av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Audio sample format conversion failed\n");
 271             return 0;
 272         }
 273
 274         input  = s->buffer[0];
 275     }
 276
 277     lenout= 4*nb_samples * s->ratio + 16;
 278
 279     if (s->sample_fmt[1] != SAMPLE_FMT_S16) {
 280         output_bak = output;
 281
 282         if (!s->buffer_size[1] || s->buffer_size[1] < lenout) {
 283             av_free(s->buffer[1]);
 284             s->buffer_size[1] = lenout;
 285             s->buffer[1] = av_malloc(s->buffer_size[1]);
 286             if (!s->buffer[1]) {
 287                 av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Could not allocate buffer\n");
 288                 return 0;
 289             }
 290         }
 291
 292         output = s->buffer[1];
 293     }
 294
 295     /* XXX: move those malloc to resample init code */
 296     for(i=0; i<s->filter_channels; i++){
 297         bufin[i]= av_malloc( (nb_samples + s->temp_len) * sizeof(short) );
 298         memcpy(bufin[i], s->temp[i], s->temp_len * sizeof(short));
 299         buftmp2[i] = bufin[i] + s->temp_len;
 300     }
 301
 302     /* make some zoom to avoid round pb */
 303     bufout[0]= av_malloc( lenout * sizeof(short) );
 304     bufout[1]= av_malloc( lenout * sizeof(short) );
 305
 306     if (s->input_channels == 2 &&
 307         s->output_channels == 1) {
 308         buftmp3[0] = output;
 309         stereo_to_mono(buftmp2[0], input, nb_samples);
 310     } else if (s->output_channels >= 2 && s->input_channels == 1) {
 311         buftmp3[0] = bufout[0];
 312         memcpy(buftmp2[0], input, nb_samples*sizeof(short));
 313     } else if (s->output_channels >= 2) {
 314         buftmp3[0] = bufout[0];
 315         buftmp3[1] = bufout[1];
 316         stereo_split(buftmp2[0], buftmp2[1], input, nb_samples);
 317     } else {
 318         buftmp3[0] = output;
 319         memcpy(buftmp2[0], input, nb_samples*sizeof(short));
 320     }
 321
 322     nb_samples += s->temp_len;
 323
 324     /* resample each channel */
 325     nb_samples1 = 0; /* avoid warning */
 326     for(i=0;i<s->filter_channels;i++) {
 327         int consumed;
 328         int is_last= i+1 == s->filter_channels;
 329
 330         nb_samples1 = av_resample(s->resample_context, buftmp3[i], bufin[i], &consumed, nb_samples, lenout, is_last);
 331         s->temp_len= nb_samples - consumed;
 332         s->temp[i]= av_realloc(s->temp[i], s->temp_len*sizeof(short));
 333         memcpy(s->temp[i], bufin[i] + consumed, s->temp_len*sizeof(short));
 334     }
 335
 336     if (s->output_channels == 2 && s->input_channels == 1) {
 337         mono_to_stereo(output, buftmp3[0], nb_samples1);
 338     } else if (s->output_channels == 2) {
 339         stereo_mux(output, buftmp3[0], buftmp3[1], nb_samples1);
 340     } else if (s->output_channels == 6) {
 341         ac3_5p1_mux(output, buftmp3[0], buftmp3[1], nb_samples1);
 342     }
 343
 344     if (s->sample_fmt[1] != SAMPLE_FMT_S16) {
 345         int istride[1] = { 2 };
 346         int ostride[1] = { s->sample_size[1] };
 347         const void *ibuf[1] = { output };
 348         void       *obuf[1] = { output_bak };
 349
 350         if (av_audio_convert(s->convert_ctx[1], obuf, ostride,
 351                              ibuf, istride, nb_samples1*s->output_channels) < 0) {
 352             av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Audio sample format convertion failed\n");
 353             return 0;
 354         }
 355     }
 356
 357     for(i=0; i<s->filter_channels; i++)
 358         av_free(bufin[i]);
 359
 360     av_free(bufout[0]);
 361     av_free(bufout[1]);
 362     return nb_samples1;
 363 }
 364
 365 void audio_resample_close(ReSampleContext *s)
 366 {
 367     av_resample_close(s->resample_context);
 368     av_freep(&s->temp[0]);
 369     av_freep(&s->temp[1]);
 370     av_freep(&s->buffer[0]);
 371     av_freep(&s->buffer[1]);
 372     av_audio_convert_free(s->convert_ctx[0]);
 373     av_audio_convert_free(s->convert_ctx[1]);
 374     av_free(s);
 375 }