avcodec/nvenc: support external context in sw mode
[ffmpeg.git] / 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
24  * samplerate conversion for both audio and video
25  */
26
27 #include <string.h>
28
29 #include "avcodec.h"
30 #include "audioconvert.h"
31 #include "libavutil/opt.h"
32 #include "libavutil/mem.h"
33 #include "libavutil/samplefmt.h"
34
35 #if FF_API_AVCODEC_RESAMPLE
36 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
37
38 #define MAX_CHANNELS 8
39
40 struct AVResampleContext;
41
42 static const char *context_to_name(void *ptr)
43 {
44     return "audioresample";
45 }
46
47 static const AVOption options[] = {{NULL}};
48 static const AVClass audioresample_context_class = {
49     "ReSampleContext", context_to_name, options, LIBAVUTIL_VERSION_INT
50 };
51
52 struct ReSampleContext {
53     struct AVResampleContext *resample_context;
54     short *temp[MAX_CHANNELS];
55     int temp_len;
56     float ratio;
57     /* channel convert */
58     int input_channels, output_channels, filter_channels;
59     AVAudioConvert *convert_ctx[2];
60     enum AVSampleFormat sample_fmt[2]; ///< input and output sample format
61     unsigned sample_size[2];           ///< size of one sample in sample_fmt
62     short *buffer[2];                  ///< buffers used for conversion to S16
63     unsigned buffer_size[2];           ///< sizes of allocated buffers
64 };
65
66 /* n1: number of samples */
67 static void stereo_to_mono(short *output, short *input, int n1)
68 {
69     short *p, *q;
70     int n = n1;
71
72     p = input;
73     q = output;
74     while (n >= 4) {
75         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
76         q[1] = (p[2] + p[3]) >> 1;
77         q[2] = (p[4] + p[5]) >> 1;
78         q[3] = (p[6] + p[7]) >> 1;
79         q += 4;
80         p += 8;
81         n -= 4;
82     }
83     while (n > 0) {
84         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
85         q++;
86         p += 2;
87         n--;
88     }
89 }
90
91 /* n1: number of samples */
92 static void mono_to_stereo(short *output, short *input, int n1)
93 {
94     short *p, *q;
95     int n = n1;
96     int v;
97
98     p = input;
99     q = output;
100     while (n >= 4) {
101         v = p[0]; q[0] = v; q[1] = v;
102         v = p[1]; q[2] = v; q[3] = v;
103         v = p[2]; q[4] = v; q[5] = v;
104         v = p[3]; q[6] = v; q[7] = v;
105         q += 8;
106         p += 4;
107         n -= 4;
108     }
109     while (n > 0) {
110         v = p[0]; q[0] = v; q[1] = v;
111         q += 2;
112         p += 1;
113         n--;
114     }
115 }
116
117 /*
118 5.1 to stereo input: [fl, fr, c, lfe, rl, rr]
119 - Left = front_left + rear_gain * rear_left + center_gain * center
120 - Right = front_right + rear_gain * rear_right + center_gain * center
121 Where rear_gain is usually around 0.5-1.0 and
122       center_gain is almost always 0.7 (-3 dB)
123 */
124 static void surround_to_stereo(short **output, short *input, int channels, int samples)
125 {
126     int i;
127     short l, r;
128
129     for (i = 0; i < samples; i++) {
130         int fl,fr,c,rl,rr;
131         fl = input[0];
132         fr = input[1];
133         c = input[2];
134         // lfe = input[3];
135         rl = input[4];
136         rr = input[5];
137
138         l = av_clip_int16(fl + (0.5 * rl) + (0.7 * c));
139         r = av_clip_int16(fr + (0.5 * rr) + (0.7 * c));
140
141         /* output l & r. */
142         *output[0]++ = l;
143         *output[1]++ = r;
144
145         /* increment input. */
146         input += channels;
147     }
148 }
149
150 static void deinterleave(short **output, short *input, int channels, int samples)
151 {
152     int i, j;
153
154     for (i = 0; i < samples; i++) {
155         for (j = 0; j < channels; j++) {
156             *output[j]++ = *input++;
157         }
158     }
159 }
160
161 static void interleave(short *output, short **input, int channels, int samples)
162 {
163     int i, j;
164
165     for (i = 0; i < samples; i++) {
166         for (j = 0; j < channels; j++) {
167             *output++ = *input[j]++;
168         }
169     }
170 }
171
172 static void ac3_5p1_mux(short *output, short *input1, short *input2, int n)
173 {
174     int i;
175     short l, r;
176
177     for (i = 0; i < n; i++) {
178         l = *input1++;
179         r = *input2++;
180         *output++ = l;                  /* left */
181         *output++ = (l / 2) + (r / 2);  /* center */
182         *output++ = r;                  /* right */
183         *output++ = 0;                  /* left surround */
184         *output++ = 0;                  /* right surroud */
185         *output++ = 0;                  /* low freq */
186     }
187 }
188
189 #define SUPPORT_RESAMPLE(ch1, ch2, ch3, ch4, ch5, ch6, ch7, ch8) \
190     ch8<<7 | ch7<<6 | ch6<<5 | ch5<<4 | ch4<<3 | ch3<<2 | ch2<<1 | ch1<<0
191
192 static const uint8_t supported_resampling[MAX_CHANNELS] = {
193     // output ch:    1  2  3  4  5  6  7  8
194     SUPPORT_RESAMPLE(1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0), // 1 input channel
195     SUPPORT_RESAMPLE(1, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0), // 2 input channels
196     SUPPORT_RESAMPLE(0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0), // 3 input channels
197     SUPPORT_RESAMPLE(0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0), // 4 input channels
198     SUPPORT_RESAMPLE(0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0), // 5 input channels
199     SUPPORT_RESAMPLE(0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0), // 6 input channels
200     SUPPORT_RESAMPLE(0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0), // 7 input channels
201     SUPPORT_RESAMPLE(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1), // 8 input channels
202 };
203
204 ReSampleContext *av_audio_resample_init(int output_channels, int input_channels,
205                                         int output_rate, int input_rate,
206                                         enum AVSampleFormat sample_fmt_out,
207                                         enum AVSampleFormat sample_fmt_in,
208                                         int filter_length, int log2_phase_count,
209                                         int linear, double cutoff)
210 {
211     ReSampleContext *s;
212
213     if (input_channels > MAX_CHANNELS) {
214         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR,
215                "Resampling with input channels greater than %d is unsupported.\n",
216                MAX_CHANNELS);
217         return NULL;
218     }
219     if (!(supported_resampling[input_channels-1] & (1<<(output_channels-1)))) {
220         int i;
221         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Unsupported audio resampling. Allowed "
222                "output channels for %d input channel%s", input_channels,
223                input_channels > 1 ? "s:" : ":");
224         for (i = 0; i < MAX_CHANNELS; i++)
225             if (supported_resampling[input_channels-1] & (1<<i))
226                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, " %d", i + 1);
227         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "\n");
228         return NULL;
229     }
230
231     s = av_mallocz(sizeof(ReSampleContext));
232     if (!s) {
233         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Can't allocate memory for resample context.\n");
234         return NULL;
235     }
236
237     s->ratio = (float)output_rate / (float)input_rate;
238
239     s->input_channels = input_channels;
240     s->output_channels = output_channels;
241
242     s->filter_channels = s->input_channels;
243     if (s->output_channels < s->filter_channels)
244         s->filter_channels = s->output_channels;
245
246     s->sample_fmt[0]  = sample_fmt_in;
247     s->sample_fmt[1]  = sample_fmt_out;
248     s->sample_size[0] = av_get_bytes_per_sample(s->sample_fmt[0]);
249     s->sample_size[1] = av_get_bytes_per_sample(s->sample_fmt[1]);
250
251     if (s->sample_fmt[0] != AV_SAMPLE_FMT_S16) {
252         if (!(s->convert_ctx[0] = av_audio_convert_alloc(AV_SAMPLE_FMT_S16, 1,
253                                                          s->sample_fmt[0], 1, NULL, 0))) {
254             av_log(s, AV_LOG_ERROR,
255                    "Cannot convert %s sample format to s16 sample format\n",
256                    av_get_sample_fmt_name(s->sample_fmt[0]));
257             av_free(s);
258             return NULL;
259         }
260     }
261
262     if (s->sample_fmt[1] != AV_SAMPLE_FMT_S16) {
263         if (!(s->convert_ctx[1] = av_audio_convert_alloc(s->sample_fmt[1], 1,
264                                                          AV_SAMPLE_FMT_S16, 1, NULL, 0))) {
265             av_log(s, AV_LOG_ERROR,
266                    "Cannot convert s16 sample format to %s sample format\n",
267                    av_get_sample_fmt_name(s->sample_fmt[1]));
268             av_audio_convert_free(s->convert_ctx[0]);
269             av_free(s);
270             return NULL;
271         }
272     }
273
274     s->resample_context = av_resample_init(output_rate, input_rate,
275                                            filter_length, log2_phase_count,
276                                            linear, cutoff);
277
278     *(const AVClass**)s->resample_context = &audioresample_context_class;
279
280     return s;
281 }
282
283 /* resample audio. 'nb_samples' is the number of input samples */
284 /* XXX: optimize it ! */
285 int audio_resample(ReSampleContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
286 {
287     int i, nb_samples1;
288     short *bufin[MAX_CHANNELS];
289     short *bufout[MAX_CHANNELS];
290     short *buftmp2[MAX_CHANNELS], *buftmp3[MAX_CHANNELS];
291     short *output_bak = NULL;
292     int lenout;
293
294     if (s->sample_fmt[0] != AV_SAMPLE_FMT_S16) {
295         int istride[1] = { s->sample_size[0] };
296         int ostride[1] = { 2 };
297         const void *ibuf[1] = { input };
298         void       *obuf[1];
299         unsigned input_size = nb_samples * s->input_channels * 2;
300
301         if (!s->buffer_size[0] || s->buffer_size[0] < input_size) {
302             av_free(s->buffer[0]);
303             s->buffer_size[0] = input_size;
304             s->buffer[0] = av_malloc(s->buffer_size[0]);
305             if (!s->buffer[0]) {
306                 av_log(s->resample_context, AV_LOG_ERROR, "Could not allocate buffer\n");
307                 return 0;
308             }
309         }
310
311         obuf[0] = s->buffer[0];
312
313         if (av_audio_convert(s->convert_ctx[0], obuf, ostride,
314                              ibuf, istride, nb_samples * s->input_channels) < 0) {
315             av_log(s->resample_context, AV_LOG_ERROR,
316                    "Audio sample format conversion failed\n");
317             return 0;
318         }
319
320         input = s->buffer[0];
321     }
322
323     lenout= 2*s->output_channels*nb_samples * s->ratio + 16;
324
325     if (s->sample_fmt[1] != AV_SAMPLE_FMT_S16) {
326         int out_size = lenout * av_get_bytes_per_sample(s->sample_fmt[1]) *
327                        s->output_channels;
328         output_bak = output;
329
330         if (!s->buffer_size[1] || s->buffer_size[1] < out_size) {
331             av_free(s->buffer[1]);
332             s->buffer_size[1] = out_size;
333             s->buffer[1] = av_malloc(s->buffer_size[1]);
334             if (!s->buffer[1]) {
335                 av_log(s->resample_context, AV_LOG_ERROR, "Could not allocate buffer\n");
336                 return 0;
337             }
338         }
339
340         output = s->buffer[1];
341     }
342
343     /* XXX: move those malloc to resample init code */
344     for (i = 0; i < s->filter_channels; i++) {
345         bufin[i] = av_malloc_array((nb_samples + s->temp_len), sizeof(short));
346         bufout[i] = av_malloc_array(lenout, sizeof(short));
347
348         if (!bufin[i] || !bufout[i]) {
349             av_log(s->resample_context, AV_LOG_ERROR, "Could not allocate buffer\n");
350             nb_samples1 = 0;
351             goto fail;
352         }
353
354         memcpy(bufin[i], s->temp[i], s->temp_len * sizeof(short));
355         buftmp2[i] = bufin[i] + s->temp_len;
356     }
357
358     if (s->input_channels == 2 && s->output_channels == 1) {
359         buftmp3[0] = output;
360         stereo_to_mono(buftmp2[0], input, nb_samples);
361     } else if (s->output_channels >= 2 && s->input_channels == 1) {
362         buftmp3[0] = bufout[0];
363         memcpy(buftmp2[0], input, nb_samples * sizeof(short));
364     } else if (s->input_channels == 6 && s->output_channels ==2) {
365         buftmp3[0] = bufout[0];
366         buftmp3[1] = bufout[1];
367         surround_to_stereo(buftmp2, input, s->input_channels, nb_samples);
368     } else if (s->output_channels >= s->input_channels && s->input_channels >= 2) {
369         for (i = 0; i < s->input_channels; i++) {
370             buftmp3[i] = bufout[i];
371         }
372         deinterleave(buftmp2, input, s->input_channels, nb_samples);
373     } else {
374         buftmp3[0] = output;
375         memcpy(buftmp2[0], input, nb_samples * sizeof(short));
376     }
377
378     nb_samples += s->temp_len;
379
380     /* resample each channel */
381     nb_samples1 = 0; /* avoid warning */
382     for (i = 0; i < s->filter_channels; i++) {
383         int consumed;
384         int is_last = i + 1 == s->filter_channels;
385
386         nb_samples1 = av_resample(s->resample_context, buftmp3[i], bufin[i],
387                                   &consumed, nb_samples, lenout, is_last);
388         s->temp_len = nb_samples - consumed;
389         s->temp[i] = av_realloc_array(s->temp[i], s->temp_len, sizeof(short));
390         memcpy(s->temp[i], bufin[i] + consumed, s->temp_len * sizeof(short));
391     }
392
393     if (s->output_channels == 2 && s->input_channels == 1) {
394         mono_to_stereo(output, buftmp3[0], nb_samples1);
395     } else if (s->output_channels == 6 && s->input_channels == 2) {
396         ac3_5p1_mux(output, buftmp3[0], buftmp3[1], nb_samples1);
397     } else if ((s->output_channels == s->input_channels && s->input_channels >= 2) ||
398                (s->output_channels == 2 && s->input_channels == 6)) {
399         interleave(output, buftmp3, s->output_channels, nb_samples1);
400     }
401
402     if (s->sample_fmt[1] != AV_SAMPLE_FMT_S16) {
403         int istride[1] = { 2 };
404         int ostride[1] = { s->sample_size[1] };
405         const void *ibuf[1] = { output };
406         void       *obuf[1] = { output_bak };
407
408         if (av_audio_convert(s->convert_ctx[1], obuf, ostride,
409                              ibuf, istride, nb_samples1 * s->output_channels) < 0) {
410             av_log(s->resample_context, AV_LOG_ERROR,
411                    "Audio sample format conversion failed\n");
412             return 0;
413         }
414     }
415
416 fail:
417     for (i = 0; i < s->filter_channels; i++) {
418         av_free(bufin[i]);
419         av_free(bufout[i]);
420     }
421
422     return nb_samples1;
423 }
424
425 void audio_resample_close(ReSampleContext *s)
426 {
427     int i;
428     av_resample_close(s->resample_context);
429     for (i = 0; i < s->filter_channels; i++)
430         av_freep(&s->temp[i]);
431     av_freep(&s->buffer[0]);
432     av_freep(&s->buffer[1]);
433     av_audio_convert_free(s->convert_ctx[0]);
434     av_audio_convert_free(s->convert_ctx[1]);
435     av_free(s);
436 }
437
438 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
439 #endif