* UINTX -> uintx_t INTX -> intx_t
[ffmpeg.git] / libavcodec / resample.c
1 /*
2  * Sample rate convertion for both audio and video
3  * Copyright (c) 2000 Fabrice Bellard.
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 #include "avcodec.h"
20
21 typedef struct {
22     /* fractional resampling */
23     uint32_t incr; /* fractional increment */
24     uint32_t frac;
25     int last_sample;
26     /* integer down sample */
27     int iratio;  /* integer divison ratio */
28     int icount, isum;
29     int inv;
30 } ReSampleChannelContext;
31
32 struct ReSampleContext {
33     ReSampleChannelContext channel_ctx[2];
34     float ratio;
35     /* channel convert */
36     int input_channels, output_channels, filter_channels;
37 };
38
39
40 #define FRAC_BITS 16
41 #define FRAC (1 << FRAC_BITS)
42
43 static void init_mono_resample(ReSampleChannelContext *s, float ratio)
44 {
45     ratio = 1.0 / ratio;
46     s->iratio = (int)floorf(ratio);
47     if (s->iratio == 0)
48         s->iratio = 1;
49     s->incr = (int)((ratio / s->iratio) * FRAC);
50     s->frac = FRAC;
51     s->last_sample = 0;
52     s->icount = s->iratio;
53     s->isum = 0;
54     s->inv = (FRAC / s->iratio);
55 }
56
57 /* fractional audio resampling */
58 static int fractional_resample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
59 {
60     unsigned int frac, incr;
61     int l0, l1;
62     short *q, *p, *pend;
63
64     l0 = s->last_sample;
65     incr = s->incr;
66     frac = s->frac;
67
68     p = input;
69     pend = input + nb_samples;
70     q = output;
71
72     l1 = *p++;
73     for(;;) {
74         /* interpolate */
75         *q++ = (l0 * (FRAC - frac) + l1 * frac) >> FRAC_BITS;
76         frac = frac + s->incr;
77         while (frac >= FRAC) {
78             frac -= FRAC;
79             if (p >= pend)
80                 goto the_end;
81             l0 = l1;
82             l1 = *p++;
83         }
84     }
85  the_end:
86     s->last_sample = l1;
87     s->frac = frac;
88     return q - output;
89 }
90
91 static int integer_downsample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
92 {
93     short *q, *p, *pend;
94     int c, sum;
95
96     p = input;
97     pend = input + nb_samples;
98     q = output;
99
100     c = s->icount;
101     sum = s->isum;
102
103     for(;;) {
104         sum += *p++;
105         if (--c == 0) {
106             *q++ = (sum * s->inv) >> FRAC_BITS;
107             c = s->iratio;
108             sum = 0;
109         }
110         if (p >= pend)
111             break;
112     }
113     s->isum = sum;
114     s->icount = c;
115     return q - output;
116 }
117
118 /* n1: number of samples */
119 static void stereo_to_mono(short *output, short *input, int n1)
120 {
121     short *p, *q;
122     int n = n1;
123
124     p = input;
125     q = output;
126     while (n >= 4) {
127         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
128         q[1] = (p[2] + p[3]) >> 1;
129         q[2] = (p[4] + p[5]) >> 1;
130         q[3] = (p[6] + p[7]) >> 1;
131         q += 4;
132         p += 8;
133         n -= 4;
134     }
135     while (n > 0) {
136         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
137         q++;
138         p += 2;
139         n--;
140     }
141 }
142
143 /* n1: number of samples */
144 static void mono_to_stereo(short *output, short *input, int n1)
145 {
146     short *p, *q;
147     int n = n1;
148     int v;
149
150     p = input;
151     q = output;
152     while (n >= 4) {
153         v = p[0]; q[0] = v; q[1] = v;
154         v = p[1]; q[2] = v; q[3] = v;
155         v = p[2]; q[4] = v; q[5] = v;
156         v = p[3]; q[6] = v; q[7] = v;
157         q += 8;
158         p += 4;
159         n -= 4;
160     }
161     while (n > 0) {
162         v = p[0]; q[0] = v; q[1] = v;
163         q += 2;
164         p += 1;
165         n--;
166     }
167 }
168
169 /* XXX: should use more abstract 'N' channels system */
170 static void stereo_split(short *output1, short *output2, short *input, int n)
171 {
172     int i;
173
174     for(i=0;i<n;i++) {
175         *output1++ = *input++;
176         *output2++ = *input++;
177     }
178 }
179
180 static void stereo_mux(short *output, short *input1, short *input2, int n)
181 {
182     int i;
183
184     for(i=0;i<n;i++) {
185         *output++ = *input1++;
186         *output++ = *input2++;
187     }
188 }
189
190 static int mono_resample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
191 {
192     short *buf1;
193     short *buftmp;
194
195     buf1= (short*)av_malloc( nb_samples * sizeof(short) );
196
197     /* first downsample by an integer factor with averaging filter */
198     if (s->iratio > 1) {
199         buftmp = buf1;
200         nb_samples = integer_downsample(s, buftmp, input, nb_samples);
201     } else {
202         buftmp = input;
203     }
204
205     /* then do a fractional resampling with linear interpolation */
206     if (s->incr != FRAC) {
207         nb_samples = fractional_resample(s, output, buftmp, nb_samples);
208     } else {
209         memcpy(output, buftmp, nb_samples * sizeof(short));
210     }
211     av_free(buf1);
212     return nb_samples;
213 }
214
215 ReSampleContext *audio_resample_init(int output_channels, int input_channels, 
216                                       int output_rate, int input_rate)
217 {
218     ReSampleContext *s;
219     int i;
220     
221     if (output_channels > 2 || input_channels > 2)
222         return NULL;
223
224     s = av_mallocz(sizeof(ReSampleContext));
225     if (!s)
226         return NULL;
227
228     s->ratio = (float)output_rate / (float)input_rate;
229     
230     s->input_channels = input_channels;
231     s->output_channels = output_channels;
232     
233     s->filter_channels = s->input_channels;
234     if (s->output_channels < s->filter_channels)
235         s->filter_channels = s->output_channels;
236
237     for(i=0;i<s->filter_channels;i++) {
238         init_mono_resample(&s->channel_ctx[i], s->ratio);
239     }
240     return s;
241 }
242
243 /* resample audio. 'nb_samples' is the number of input samples */
244 /* XXX: optimize it ! */
245 /* XXX: do it with polyphase filters, since the quality here is
246    HORRIBLE. Return the number of samples available in output */
247 int audio_resample(ReSampleContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
248 {
249     int i, nb_samples1;
250     short *bufin[2];
251     short *bufout[2];
252     short *buftmp2[2], *buftmp3[2];
253     int lenout;
254
255     if (s->input_channels == s->output_channels && s->ratio == 1.0) {
256         /* nothing to do */
257         memcpy(output, input, nb_samples * s->input_channels * sizeof(short));
258         return nb_samples;
259     }
260
261     /* XXX: move those malloc to resample init code */
262     bufin[0]= (short*) av_malloc( nb_samples * sizeof(short) );
263     bufin[1]= (short*) av_malloc( nb_samples * sizeof(short) );
264     
265     /* make some zoom to avoid round pb */
266     lenout= (int)(nb_samples * s->ratio) + 16;
267     bufout[0]= (short*) av_malloc( lenout * sizeof(short) );
268     bufout[1]= (short*) av_malloc( lenout * sizeof(short) );
269
270     if (s->input_channels == 2 &&
271         s->output_channels == 1) {
272         buftmp2[0] = bufin[0];
273         buftmp3[0] = output;
274         stereo_to_mono(buftmp2[0], input, nb_samples);
275     } else if (s->output_channels == 2 && s->input_channels == 1) {
276         buftmp2[0] = input;
277         buftmp3[0] = bufout[0];
278     } else if (s->output_channels == 2) {
279         buftmp2[0] = bufin[0];
280         buftmp2[1] = bufin[1];
281         buftmp3[0] = bufout[0];
282         buftmp3[1] = bufout[1];
283         stereo_split(buftmp2[0], buftmp2[1], input, nb_samples);
284     } else {
285         buftmp2[0] = input;
286         buftmp3[0] = output;
287     }
288
289     /* resample each channel */
290     nb_samples1 = 0; /* avoid warning */
291     for(i=0;i<s->filter_channels;i++) {
292         nb_samples1 = mono_resample(&s->channel_ctx[i], buftmp3[i], buftmp2[i], nb_samples);
293     }
294
295     if (s->output_channels == 2 && s->input_channels == 1) {
296         mono_to_stereo(output, buftmp3[0], nb_samples1);
297     } else if (s->output_channels == 2) {
298         stereo_mux(output, buftmp3[0], buftmp3[1], nb_samples1);
299     }
300
301     av_free(bufin[0]);
302     av_free(bufin[1]);
303
304     av_free(bufout[0]);
305     av_free(bufout[1]);
306     return nb_samples1;
307 }
308
309 void audio_resample_close(ReSampleContext *s)
310 {
311     av_free(s);
312 }