svq1: replace struct svq1_frame_size with an array.
[ffmpeg.git] / libavcodec / resample2.c
1 /*
2  * audio resampling
3  * Copyright (c) 2004 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
4  *
5  * This file is part of Libav.
6  *
7  * Libav 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  * Libav 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 Libav; 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  * audio resampling
25  * @author Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
26  */
27
28 #include "avcodec.h"
29 #include "dsputil.h"
30 #include "libavutil/common.h"
31
32 #if FF_API_AVCODEC_RESAMPLE
33
34 #ifndef CONFIG_RESAMPLE_HP
35 #define FILTER_SHIFT 15
36
37 #define FELEM int16_t
38 #define FELEM2 int32_t
39 #define FELEML int64_t
40 #define FELEM_MAX INT16_MAX
41 #define FELEM_MIN INT16_MIN
42 #define WINDOW_TYPE 9
43 #elif !defined(CONFIG_RESAMPLE_AUDIOPHILE_KIDDY_MODE)
44 #define FILTER_SHIFT 30
45
46 #define FELEM int32_t
47 #define FELEM2 int64_t
48 #define FELEML int64_t
49 #define FELEM_MAX INT32_MAX
50 #define FELEM_MIN INT32_MIN
51 #define WINDOW_TYPE 12
52 #else
53 #define FILTER_SHIFT 0
54
55 #define FELEM double
56 #define FELEM2 double
57 #define FELEML double
58 #define WINDOW_TYPE 24
59 #endif
60
61
62 typedef struct AVResampleContext{
63     const AVClass *av_class;
64     FELEM *filter_bank;
65     int filter_length;
66     int ideal_dst_incr;
67     int dst_incr;
68     int index;
69     int frac;
70     int src_incr;
71     int compensation_distance;
72     int phase_shift;
73     int phase_mask;
74     int linear;
75 }AVResampleContext;
76
77 /**
78  * 0th order modified bessel function of the first kind.
79  */
80 static double bessel(double x){
81     double v=1;
82     double lastv=0;
83     double t=1;
84     int i;
85
86     x= x*x/4;
87     for(i=1; v != lastv; i++){
88         lastv=v;
89         t *= x/(i*i);
90         v += t;
91     }
92     return v;
93 }
94
95 /**
96  * Build a polyphase filterbank.
97  * @param factor resampling factor
98  * @param scale wanted sum of coefficients for each filter
99  * @param type 0->cubic, 1->blackman nuttall windowed sinc, 2..16->kaiser windowed sinc beta=2..16
100  * @return 0 on success, negative on error
101  */
102 static int build_filter(FELEM *filter, double factor, int tap_count, int phase_count, int scale, int type){
103     int ph, i;
104     double x, y, w;
105     double *tab = av_malloc(tap_count * sizeof(*tab));
106     const int center= (tap_count-1)/2;
107
108     if (!tab)
109         return AVERROR(ENOMEM);
110
111     /* if upsampling, only need to interpolate, no filter */
112     if (factor > 1.0)
113         factor = 1.0;
114
115     for(ph=0;ph<phase_count;ph++) {
116         double norm = 0;
117         for(i=0;i<tap_count;i++) {
118             x = M_PI * ((double)(i - center) - (double)ph / phase_count) * factor;
119             if (x == 0) y = 1.0;
120             else        y = sin(x) / x;
121             switch(type){
122             case 0:{
123                 const float d= -0.5; //first order derivative = -0.5
124                 x = fabs(((double)(i - center) - (double)ph / phase_count) * factor);
125                 if(x<1.0) y= 1 - 3*x*x + 2*x*x*x + d*(            -x*x + x*x*x);
126                 else      y=                       d*(-4 + 8*x - 5*x*x + x*x*x);
127                 break;}
128             case 1:
129                 w = 2.0*x / (factor*tap_count) + M_PI;
130                 y *= 0.3635819 - 0.4891775 * cos(w) + 0.1365995 * cos(2*w) - 0.0106411 * cos(3*w);
131                 break;
132             default:
133                 w = 2.0*x / (factor*tap_count*M_PI);
134                 y *= bessel(type*sqrt(FFMAX(1-w*w, 0)));
135                 break;
136             }
137
138             tab[i] = y;
139             norm += y;
140         }
141
142         /* normalize so that an uniform color remains the same */
143         for(i=0;i<tap_count;i++) {
144 #ifdef CONFIG_RESAMPLE_AUDIOPHILE_KIDDY_MODE
145             filter[ph * tap_count + i] = tab[i] / norm;
146 #else
147             filter[ph * tap_count + i] = av_clip(lrintf(tab[i] * scale / norm), FELEM_MIN, FELEM_MAX);
148 #endif
149         }
150     }
151 #if 0
152     {
153 #define LEN 1024
154         int j,k;
155         double sine[LEN + tap_count];
156         double filtered[LEN];
157         double maxff=-2, minff=2, maxsf=-2, minsf=2;
158         for(i=0; i<LEN; i++){
159             double ss=0, sf=0, ff=0;
160             for(j=0; j<LEN+tap_count; j++)
161                 sine[j]= cos(i*j*M_PI/LEN);
162             for(j=0; j<LEN; j++){
163                 double sum=0;
164                 ph=0;
165                 for(k=0; k<tap_count; k++)
166                     sum += filter[ph * tap_count + k] * sine[k+j];
167                 filtered[j]= sum / (1<<FILTER_SHIFT);
168                 ss+= sine[j + center] * sine[j + center];
169                 ff+= filtered[j] * filtered[j];
170                 sf+= sine[j + center] * filtered[j];
171             }
172             ss= sqrt(2*ss/LEN);
173             ff= sqrt(2*ff/LEN);
174             sf= 2*sf/LEN;
175             maxff= FFMAX(maxff, ff);
176             minff= FFMIN(minff, ff);
177             maxsf= FFMAX(maxsf, sf);
178             minsf= FFMIN(minsf, sf);
179             if(i%11==0){
180                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "i:%4d ss:%f ff:%13.6e-%13.6e sf:%13.6e-%13.6e\n", i, ss, maxff, minff, maxsf, minsf);
181                 minff=minsf= 2;
182                 maxff=maxsf= -2;
183             }
184         }
185     }
186 #endif
187
188     av_free(tab);
189     return 0;
190 }
191
192 AVResampleContext *av_resample_init(int out_rate, int in_rate, int filter_size, int phase_shift, int linear, double cutoff){
193     AVResampleContext *c= av_mallocz(sizeof(AVResampleContext));
194     double factor= FFMIN(out_rate * cutoff / in_rate, 1.0);
195     int phase_count= 1<<phase_shift;
196
197     if (!c)
198         return NULL;
199
200     c->phase_shift= phase_shift;
201     c->phase_mask= phase_count-1;
202     c->linear= linear;
203
204     c->filter_length= FFMAX((int)ceil(filter_size/factor), 1);
205     c->filter_bank= av_mallocz(c->filter_length*(phase_count+1)*sizeof(FELEM));
206     if (!c->filter_bank)
207         goto error;
208     if (build_filter(c->filter_bank, factor, c->filter_length, phase_count, 1<<FILTER_SHIFT, WINDOW_TYPE))
209         goto error;
210     memcpy(&c->filter_bank[c->filter_length*phase_count+1], c->filter_bank, (c->filter_length-1)*sizeof(FELEM));
211     c->filter_bank[c->filter_length*phase_count]= c->filter_bank[c->filter_length - 1];
212
213     c->src_incr= out_rate;
214     c->ideal_dst_incr= c->dst_incr= in_rate * phase_count;
215     c->index= -phase_count*((c->filter_length-1)/2);
216
217     return c;
218 error:
219     av_free(c->filter_bank);
220     av_free(c);
221     return NULL;
222 }
223
224 void av_resample_close(AVResampleContext *c){
225     av_freep(&c->filter_bank);
226     av_freep(&c);
227 }
228
229 void av_resample_compensate(AVResampleContext *c, int sample_delta, int compensation_distance){
230 //    sample_delta += (c->ideal_dst_incr - c->dst_incr)*(int64_t)c->compensation_distance / c->ideal_dst_incr;
231     c->compensation_distance= compensation_distance;
232     c->dst_incr = c->ideal_dst_incr - c->ideal_dst_incr * (int64_t)sample_delta / compensation_distance;
233 }
234
235 int av_resample(AVResampleContext *c, short *dst, short *src, int *consumed, int src_size, int dst_size, int update_ctx){
236     int dst_index, i;
237     int index= c->index;
238     int frac= c->frac;
239     int dst_incr_frac= c->dst_incr % c->src_incr;
240     int dst_incr=      c->dst_incr / c->src_incr;
241     int compensation_distance= c->compensation_distance;
242
243   if(compensation_distance == 0 && c->filter_length == 1 && c->phase_shift==0){
244         int64_t index2= ((int64_t)index)<<32;
245         int64_t incr= (1LL<<32) * c->dst_incr / c->src_incr;
246         dst_size= FFMIN(dst_size, (src_size-1-index) * (int64_t)c->src_incr / c->dst_incr);
247
248         for(dst_index=0; dst_index < dst_size; dst_index++){
249             dst[dst_index] = src[index2>>32];
250             index2 += incr;
251         }
252         frac += dst_index * dst_incr_frac;
253         index += dst_index * dst_incr;
254         index += frac / c->src_incr;
255         frac %= c->src_incr;
256   }else{
257     for(dst_index=0; dst_index < dst_size; dst_index++){
258         FELEM *filter= c->filter_bank + c->filter_length*(index & c->phase_mask);
259         int sample_index= index >> c->phase_shift;
260         FELEM2 val=0;
261
262         if(sample_index < 0){
263             for(i=0; i<c->filter_length; i++)
264                 val += src[FFABS(sample_index + i) % src_size] * filter[i];
265         }else if(sample_index + c->filter_length > src_size){
266             break;
267         }else if(c->linear){
268             FELEM2 v2=0;
269             for(i=0; i<c->filter_length; i++){
270                 val += src[sample_index + i] * (FELEM2)filter[i];
271                 v2  += src[sample_index + i] * (FELEM2)filter[i + c->filter_length];
272             }
273             val+=(v2-val)*(FELEML)frac / c->src_incr;
274         }else{
275             for(i=0; i<c->filter_length; i++){
276                 val += src[sample_index + i] * (FELEM2)filter[i];
277             }
278         }
279
280 #ifdef CONFIG_RESAMPLE_AUDIOPHILE_KIDDY_MODE
281         dst[dst_index] = av_clip_int16(lrintf(val));
282 #else
283         val = (val + (1<<(FILTER_SHIFT-1)))>>FILTER_SHIFT;
284         dst[dst_index] = (unsigned)(val + 32768) > 65535 ? (val>>31) ^ 32767 : val;
285 #endif
286
287         frac += dst_incr_frac;
288         index += dst_incr;
289         if(frac >= c->src_incr){
290             frac -= c->src_incr;
291             index++;
292         }
293
294         if(dst_index + 1 == compensation_distance){
295             compensation_distance= 0;
296             dst_incr_frac= c->ideal_dst_incr % c->src_incr;
297             dst_incr=      c->ideal_dst_incr / c->src_incr;
298         }
299     }
300   }
301     *consumed= FFMAX(index, 0) >> c->phase_shift;
302     if(index>=0) index &= c->phase_mask;
303
304     if(compensation_distance){
305         compensation_distance -= dst_index;
306         assert(compensation_distance > 0);
307     }
308     if(update_ctx){
309         c->frac= frac;
310         c->index= index;
311         c->dst_incr= dst_incr_frac + c->src_incr*dst_incr;
312         c->compensation_distance= compensation_distance;
313     }
314 #if 0
315     if(update_ctx && !c->compensation_distance){
316 #undef rand
317         av_resample_compensate(c, rand() % (8000*2) - 8000, 8000*2);
318 av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "%d %d %d\n", c->dst_incr, c->ideal_dst_incr, c->compensation_distance);
319     }
320 #endif
321
322     return dst_index;
323 }
324
325 #endif