47eeb0a2d8e191f934141d69a3be900374aedda7
[ffmpeg.git] / 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
30 #define PHASE_SHIFT 10
31 #define PHASE_COUNT (1<<PHASE_SHIFT)
32 #define PHASE_MASK (PHASE_COUNT-1)
33 #define FILTER_SHIFT 15
34
35 typedef struct AVResampleContext{
36     short *filter_bank;
37     int filter_length;
38     int ideal_dst_incr;
39     int dst_incr;
40     int index;
41     int frac;
42     int src_incr;
43     int compensation_distance;
44 }AVResampleContext;
45
46 /**
47  * 0th order modified bessel function of the first kind.
48  */
49 double bessel(double x){
50     double v=1;
51     double t=1;
52     int i;
53     
54     for(i=1; i<50; i++){
55         t *= i;
56         v += pow(x*x/4, i)/(t*t);
57     }
58     return v;
59 }
60
61 /**
62  * builds a polyphase filterbank.
63  * @param factor resampling factor
64  * @param scale wanted sum of coefficients for each filter
65  * @param type 0->cubic, 1->blackman nuttall windowed sinc, 2->kaiser windowed sinc beta=16
66  */
67 void av_build_filter(int16_t *filter, double factor, int tap_count, int phase_count, int scale, int type){
68     int ph, i, v;
69     double x, y, w, tab[tap_count];
70     const int center= (tap_count-1)/2;
71
72     /* if upsampling, only need to interpolate, no filter */
73     if (factor > 1.0)
74         factor = 1.0;
75
76     for(ph=0;ph<phase_count;ph++) {
77         double norm = 0;
78         double e= 0;
79         for(i=0;i<tap_count;i++) {
80             x = M_PI * ((double)(i - center) - (double)ph / phase_count) * factor;
81             if (x == 0) y = 1.0;
82             else        y = sin(x) / x;
83             switch(type){
84             case 0:{
85                 const float d= -0.5; //first order derivative = -0.5
86                 x = fabs(((double)(i - center) - (double)ph / phase_count) * factor);
87                 if(x<1.0) y= 1 - 3*x*x + 2*x*x*x + d*(            -x*x + x*x*x);
88                 else      y=                       d*(-4 + 8*x - 5*x*x + x*x*x);
89                 break;}
90             case 1:
91                 w = 2.0*x / (factor*tap_count) + M_PI;
92                 y *= 0.3635819 - 0.4891775 * cos(w) + 0.1365995 * cos(2*w) - 0.0106411 * cos(3*w);
93                 break;
94             case 2:
95                 w = 2.0*x / (factor*tap_count*M_PI);
96                 y *= bessel(16*sqrt(FFMAX(1-w*w, 0)));
97                 break;
98             }
99
100             tab[i] = y;
101             norm += y;
102         }
103
104         /* normalize so that an uniform color remains the same */
105         for(i=0;i<tap_count;i++) {
106             v = clip(lrintf(tab[i] * scale / norm) + e, -32768, 32767);
107             filter[ph * tap_count + i] = v;
108             e += tab[i] * scale / norm - v;
109         }
110     }
111 }
112
113 /**
114  * initalizes a audio resampler.
115  * note, if either rate is not a integer then simply scale both rates up so they are
116  */
117 AVResampleContext *av_resample_init(int out_rate, int in_rate){
118     AVResampleContext *c= av_mallocz(sizeof(AVResampleContext));
119     double factor= FFMIN(out_rate / (double)in_rate, 1.0);
120
121     memset(c, 0, sizeof(AVResampleContext));
122
123     c->filter_length= ceil(16.0/factor);
124     c->filter_bank= av_mallocz(c->filter_length*(PHASE_COUNT+1)*sizeof(short));
125     av_build_filter(c->filter_bank, factor, c->filter_length, PHASE_COUNT, 1<<FILTER_SHIFT, 1);
126     c->filter_bank[c->filter_length*PHASE_COUNT + (c->filter_length-1)/2 + 1]= (1<<FILTER_SHIFT)-1;
127     c->filter_bank[c->filter_length*PHASE_COUNT + (c->filter_length-1)/2 + 2]= 1;
128
129     c->src_incr= out_rate;
130     c->ideal_dst_incr= c->dst_incr= in_rate * PHASE_COUNT;
131     c->index= -PHASE_COUNT*((c->filter_length-1)/2);
132
133     return c;
134 }
135
136 void av_resample_close(AVResampleContext *c){
137     av_freep(&c->filter_bank);
138     av_freep(&c);
139 }
140
141 void av_resample_compensate(AVResampleContext *c, int sample_delta, int compensation_distance){
142 //    sample_delta += (c->ideal_dst_incr - c->dst_incr)*(int64_t)c->compensation_distance / c->ideal_dst_incr;
143     c->compensation_distance= compensation_distance;
144     c->dst_incr = c->ideal_dst_incr - c->ideal_dst_incr * (int64_t)sample_delta / compensation_distance;
145 }
146
147 /**
148  * resamples.
149  * @param src an array of unconsumed samples
150  * @param consumed the number of samples of src which have been consumed are returned here
151  * @param src_size the number of unconsumed samples available
152  * @param dst_size the amount of space in samples available in dst
153  * @param update_ctx if this is 0 then the context wont be modified, that way several channels can be resampled with the same context
154  * @return the number of samples written in dst or -1 if an error occured
155  */
156 int av_resample(AVResampleContext *c, short *dst, short *src, int *consumed, int src_size, int dst_size, int update_ctx){
157     int dst_index, i;
158     int index= c->index;
159     int frac= c->frac;
160     int dst_incr_frac= c->dst_incr % c->src_incr;
161     int dst_incr=      c->dst_incr / c->src_incr;
162     
163     if(c->compensation_distance && c->compensation_distance < dst_size)
164         dst_size= c->compensation_distance;
165     
166     for(dst_index=0; dst_index < dst_size; dst_index++){
167         short *filter= c->filter_bank + c->filter_length*(index & PHASE_MASK);
168         int sample_index= index >> PHASE_SHIFT;
169         int val=0;
170         
171         if(sample_index < 0){
172             for(i=0; i<c->filter_length; i++)
173                 val += src[ABS(sample_index + i) % src_size] * filter[i];
174         }else if(sample_index + c->filter_length > src_size){
175             break;
176         }else{
177 #if 0
178             int64_t v=0;
179             int sub_phase= (frac<<12) / c->src_incr;
180             for(i=0; i<c->filter_length; i++){
181                 int64_t coeff= filter[i]*(4096 - sub_phase) + filter[i + c->filter_length]*sub_phase;
182                 v += src[sample_index + i] * coeff;
183             }
184             val= v>>12;
185 #else
186             for(i=0; i<c->filter_length; i++){
187                 val += src[sample_index + i] * filter[i];
188             }
189 #endif
190         }
191
192         val = (val + (1<<(FILTER_SHIFT-1)))>>FILTER_SHIFT;
193         dst[dst_index] = (unsigned)(val + 32768) > 65535 ? (val>>31) ^ 32767 : val;
194
195         frac += dst_incr_frac;
196         index += dst_incr;
197         if(frac >= c->src_incr){
198             frac -= c->src_incr;
199             index++;
200         }
201     }
202     *consumed= FFMAX(index, 0) >> PHASE_SHIFT;
203     index= FFMIN(index, 0);
204
205     if(update_ctx){
206         if(c->compensation_distance){
207             c->compensation_distance -= dst_index;
208             if(!c->compensation_distance)
209                 c->dst_incr= c->ideal_dst_incr;
210         }
211         c->frac= frac;
212         c->index= index;
213     }
214 #if 0    
215     if(update_ctx && !c->compensation_distance){
216 #undef rand
217         av_resample_compensate(c, rand() % (8000*2) - 8000, 8000*2);
218 av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "%d %d %d\n", c->dst_incr, c->ideal_dst_incr, c->compensation_distance);
219     }
220 #endif
221     
222     return dst_index;
223 }