3358628e3710f3e036f53da86549da76f2a7e280
[ffmpeg.git] / libavresample / avresample.h
1 /*
2  * Copyright (c) 2012 Justin Ruggles <justin.ruggles@gmail.com>
3  *
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18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
19  */
20
21 #ifndef AVRESAMPLE_AVRESAMPLE_H
22 #define AVRESAMPLE_AVRESAMPLE_H
23
24 /**
25  * @file
26  * @ingroup lavr
27  * external API header
28  */
29
30 /**
31  * @defgroup lavr Libavresample
32  * @{
33  *
34  * Libavresample (lavr) is a library that handles audio resampling, sample
35  * format conversion and mixing.
36  *
37  * Interaction with lavr is done through AVAudioResampleContext, which is
38  * allocated with avresample_alloc_context(). It is opaque, so all parameters
39  * must be set with the @ref avoptions API.
40  *
41  * For example the following code will setup conversion from planar float sample
42  * format to interleaved signed 16-bit integer, downsampling from 48kHz to
43  * 44.1kHz and downmixing from 5.1 channels to stereo (using the default mixing
44  * matrix):
45  * @code
46  * AVAudioResampleContext *avr = avresample_alloc_context();
47  * av_opt_set_int(avr, "in_channel_layout",  AV_CH_LAYOUT_5POINT1, 0);
48  * av_opt_set_int(avr, "out_channel_layout", AV_CH_LAYOUT_STEREO,  0);
49  * av_opt_set_int(avr, "in_sample_rate",     48000,                0);
50  * av_opt_set_int(avr, "out_sample_rate",    44100,                0);
51  * av_opt_set_int(avr, "in_sample_fmt",      AV_SAMPLE_FMT_FLTP,   0);
52  * av_opt_set_int(avr, "out_sample_fmt",     AV_SAMPLE_FMT_S16,    0);
53  * @endcode
54  *
55  * Once the context is initialized, it must be opened with avresample_open(). If
56  * you need to change the conversion parameters, you must close the context with
57  * avresample_close(), change the parameters as described above, then reopen it
58  * again.
59  *
60  * The conversion itself is done by repeatedly calling avresample_convert().
61  * Note that the samples may get buffered in two places in lavr. The first one
62  * is the output FIFO, where the samples end up if the output buffer is not
63  * large enough. The data stored in there may be retrieved at any time with
64  * avresample_read(). The second place is the resampling delay buffer,
65  * applicable only when resampling is done. The samples in it require more input
66  * before they can be processed. Their current amount is returned by
67  * avresample_get_delay(). At the end of conversion the resampling buffer can be
68  * flushed by calling avresample_convert() with NULL input.
69  *
70  * The following code demonstrates the conversion loop assuming the parameters
71  * from above and caller-defined functions get_input() and handle_output():
72  * @code
73  * uint8_t **input;
74  * int in_linesize, in_samples;
75  *
76  * while (get_input(&input, &in_linesize, &in_samples)) {
77  *     uint8_t *output
78  *     int out_linesize;
79  *     int out_samples = avresample_available(avr) +
80  *                       av_rescale_rnd(avresample_get_delay(avr) +
81  *                                      in_samples, 44100, 48000, AV_ROUND_UP);
82  *     av_samples_alloc(&output, &out_linesize, 2, out_samples,
83  *                      AV_SAMPLE_FMT_S16, 0);
84  *     out_samples = avresample_convert(avr, &output, out_linesize, out_samples,
85  *                                      input, in_linesize, in_samples);
86  *     handle_output(output, out_linesize, out_samples);
87  *     av_freep(&output);
88  *  }
89  *  @endcode
90  *
91  *  When the conversion is finished and the FIFOs are flushed if required, the
92  *  conversion context and everything associated with it must be freed with
93  *  avresample_free().
94  */
95
96 #include "libavutil/avutil.h"
97 #include "libavutil/channel_layout.h"
98 #include "libavutil/dict.h"
99 #include "libavutil/log.h"
100
101 #include "libavresample/version.h"
102
103 #define AVRESAMPLE_MAX_CHANNELS 32
104
105 typedef struct AVAudioResampleContext AVAudioResampleContext;
106
107 /** Mixing Coefficient Types */
108 enum AVMixCoeffType {
109     AV_MIX_COEFF_TYPE_Q8,   /** 16-bit 8.8 fixed-point                      */
110     AV_MIX_COEFF_TYPE_Q15,  /** 32-bit 17.15 fixed-point                    */
111     AV_MIX_COEFF_TYPE_FLT,  /** floating-point                              */
112     AV_MIX_COEFF_TYPE_NB,   /** Number of coeff types. Not part of ABI      */
113 };
114
115 /** Resampling Filter Types */
116 enum AVResampleFilterType {
117     AV_RESAMPLE_FILTER_TYPE_CUBIC,              /**< Cubic */
118     AV_RESAMPLE_FILTER_TYPE_BLACKMAN_NUTTALL,   /**< Blackman Nuttall Windowed Sinc */
119     AV_RESAMPLE_FILTER_TYPE_KAISER,             /**< Kaiser Windowed Sinc */
120 };
121
122 enum AVResampleDitherMethod {
123     AV_RESAMPLE_DITHER_NONE,            /**< Do not use dithering */
124     AV_RESAMPLE_DITHER_RECTANGULAR,     /**< Rectangular Dither */
125     AV_RESAMPLE_DITHER_TRIANGULAR,      /**< Triangular Dither*/
126     AV_RESAMPLE_DITHER_TRIANGULAR_HP,   /**< Triangular Dither with High Pass */
127     AV_RESAMPLE_DITHER_TRIANGULAR_NS,   /**< Triangular Dither with Noise Shaping */
128     AV_RESAMPLE_DITHER_NB,              /**< Number of dither types. Not part of ABI. */
129 };
130
131 /**
132  * Return the LIBAVRESAMPLE_VERSION_INT constant.
133  */
134 unsigned avresample_version(void);
135
136 /**
137  * Return the libavresample build-time configuration.
138  * @return  configure string
139  */
140 const char *avresample_configuration(void);
141
142 /**
143  * Return the libavresample license.
144  */
145 const char *avresample_license(void);
146
147 /**
148  * Get the AVClass for AVAudioResampleContext.
149  *
150  * Can be used in combination with AV_OPT_SEARCH_FAKE_OBJ for examining options
151  * without allocating a context.
152  *
153  * @see av_opt_find().
154  *
155  * @return AVClass for AVAudioResampleContext
156  */
157 const AVClass *avresample_get_class(void);
158
159 /**
160  * Allocate AVAudioResampleContext and set options.
161  *
162  * @return  allocated audio resample context, or NULL on failure
163  */
164 AVAudioResampleContext *avresample_alloc_context(void);
165
166 /**
167  * Initialize AVAudioResampleContext.
168  *
169  * @param avr  audio resample context
170  * @return     0 on success, negative AVERROR code on failure
171  */
172 int avresample_open(AVAudioResampleContext *avr);
173
174 /**
175  * Check whether an AVAudioResampleContext is open or closed.
176  *
177  * @param avr AVAudioResampleContext to check
178  * @return 1 if avr is open, 0 if avr is closed.
179  */
180 int avresample_is_open(AVAudioResampleContext *avr);
181
182 /**
183  * Close AVAudioResampleContext.
184  *
185  * This closes the context, but it does not change the parameters. The context
186  * can be reopened with avresample_open(). It does, however, clear the output
187  * FIFO and any remaining leftover samples in the resampling delay buffer. If
188  * there was a custom matrix being used, that is also cleared.
189  *
190  * @see avresample_convert()
191  * @see avresample_set_matrix()
192  *
193  * @param avr  audio resample context
194  */
195 void avresample_close(AVAudioResampleContext *avr);
196
197 /**
198  * Free AVAudioResampleContext and associated AVOption values.
199  *
200  * This also calls avresample_close() before freeing.
201  *
202  * @param avr  audio resample context
203  */
204 void avresample_free(AVAudioResampleContext **avr);
205
206 /**
207  * Generate a channel mixing matrix.
208  *
209  * This function is the one used internally by libavresample for building the
210  * default mixing matrix. It is made public just as a utility function for
211  * building custom matrices.
212  *
213  * @param in_layout           input channel layout
214  * @param out_layout          output channel layout
215  * @param center_mix_level    mix level for the center channel
216  * @param surround_mix_level  mix level for the surround channel(s)
217  * @param lfe_mix_level       mix level for the low-frequency effects channel
218  * @param normalize           if 1, coefficients will be normalized to prevent
219  *                            overflow. if 0, coefficients will not be
220  *                            normalized.
221  * @param[out] matrix         mixing coefficients; matrix[i + stride * o] is
222  *                            the weight of input channel i in output channel o.
223  * @param stride              distance between adjacent input channels in the
224  *                            matrix array
225  * @param matrix_encoding     matrixed stereo downmix mode (e.g. dplii)
226  * @return                    0 on success, negative AVERROR code on failure
227  */
228 int avresample_build_matrix(uint64_t in_layout, uint64_t out_layout,
229                             double center_mix_level, double surround_mix_level,
230                             double lfe_mix_level, int normalize, double *matrix,
231                             int stride, enum AVMatrixEncoding matrix_encoding);
232
233 /**
234  * Get the current channel mixing matrix.
235  *
236  * If no custom matrix has been previously set or the AVAudioResampleContext is
237  * not open, an error is returned.
238  *
239  * @param avr     audio resample context
240  * @param matrix  mixing coefficients; matrix[i + stride * o] is the weight of
241  *                input channel i in output channel o.
242  * @param stride  distance between adjacent input channels in the matrix array
243  * @return        0 on success, negative AVERROR code on failure
244  */
245 int avresample_get_matrix(AVAudioResampleContext *avr, double *matrix,
246                           int stride);
247
248 /**
249  * Set channel mixing matrix.
250  *
251  * Allows for setting a custom mixing matrix, overriding the default matrix
252  * generated internally during avresample_open(). This function can be called
253  * anytime on an allocated context, either before or after calling
254  * avresample_open(), as long as the channel layouts have been set.
255  * avresample_convert() always uses the current matrix.
256  * Calling avresample_close() on the context will clear the current matrix.
257  *
258  * @see avresample_close()
259  *
260  * @param avr     audio resample context
261  * @param matrix  mixing coefficients; matrix[i + stride * o] is the weight of
262  *                input channel i in output channel o.
263  * @param stride  distance between adjacent input channels in the matrix array
264  * @return        0 on success, negative AVERROR code on failure
265  */
266 int avresample_set_matrix(AVAudioResampleContext *avr, const double *matrix,
267                           int stride);
268
269 /**
270  * Set a customized input channel mapping.
271  *
272  * This function can only be called when the allocated context is not open.
273  * Also, the input channel layout must have already been set.
274  *
275  * Calling avresample_close() on the context will clear the channel mapping.
276  *
277  * The map for each input channel specifies the channel index in the source to
278  * use for that particular channel, or -1 to mute the channel. Source channels
279  * can be duplicated by using the same index for multiple input channels.
280  *
281  * Examples:
282  *
283  * Reordering 5.1 AAC order (C,L,R,Ls,Rs,LFE) to Libav order (L,R,C,LFE,Ls,Rs):
284  * { 1, 2, 0, 5, 3, 4 }
285  *
286  * Muting the 3rd channel in 4-channel input:
287  * { 0, 1, -1, 3 }
288  *
289  * Duplicating the left channel of stereo input:
290  * { 0, 0 }
291  *
292  * @param avr         audio resample context
293  * @param channel_map customized input channel mapping
294  * @return            0 on success, negative AVERROR code on failure
295  */
296 int avresample_set_channel_mapping(AVAudioResampleContext *avr,
297                                    const int *channel_map);
298
299 /**
300  * Set compensation for resampling.
301  *
302  * This can be called anytime after avresample_open(). If resampling is not
303  * automatically enabled because of a sample rate conversion, the
304  * "force_resampling" option must have been set to 1 when opening the context
305  * in order to use resampling compensation.
306  *
307  * @param avr                    audio resample context
308  * @param sample_delta           compensation delta, in samples
309  * @param compensation_distance  compensation distance, in samples
310  * @return                       0 on success, negative AVERROR code on failure
311  */
312 int avresample_set_compensation(AVAudioResampleContext *avr, int sample_delta,
313                                 int compensation_distance);
314
315 /**
316  * Convert input samples and write them to the output FIFO.
317  *
318  * The upper bound on the number of output samples is given by
319  * avresample_available() + (avresample_get_delay() + number of input samples) *
320  * output sample rate / input sample rate.
321  *
322  * The output data can be NULL or have fewer allocated samples than required.
323  * In this case, any remaining samples not written to the output will be added
324  * to an internal FIFO buffer, to be returned at the next call to this function
325  * or to avresample_read().
326  *
327  * If converting sample rate, there may be data remaining in the internal
328  * resampling delay buffer. avresample_get_delay() tells the number of remaining
329  * samples. To get this data as output, call avresample_convert() with NULL
330  * input.
331  *
332  * At the end of the conversion process, there may be data remaining in the
333  * internal FIFO buffer. avresample_available() tells the number of remaining
334  * samples. To get this data as output, either call avresample_convert() with
335  * NULL input or call avresample_read().
336  *
337  * @see avresample_available()
338  * @see avresample_read()
339  * @see avresample_get_delay()
340  *
341  * @param avr             audio resample context
342  * @param output          output data pointers
343  * @param out_plane_size  output plane size, in bytes.
344  *                        This can be 0 if unknown, but that will lead to
345  *                        optimized functions not being used directly on the
346  *                        output, which could slow down some conversions.
347  * @param out_samples     maximum number of samples that the output buffer can hold
348  * @param input           input data pointers
349  * @param in_plane_size   input plane size, in bytes
350  *                        This can be 0 if unknown, but that will lead to
351  *                        optimized functions not being used directly on the
352  *                        input, which could slow down some conversions.
353  * @param in_samples      number of input samples to convert
354  * @return                number of samples written to the output buffer,
355  *                        not including converted samples added to the internal
356  *                        output FIFO
357  */
358 int avresample_convert(AVAudioResampleContext *avr, uint8_t **output,
359                        int out_plane_size, int out_samples, uint8_t **input,
360                        int in_plane_size, int in_samples);
361
362 /**
363  * Return the number of samples currently in the resampling delay buffer.
364  *
365  * When resampling, there may be a delay between the input and output. Any
366  * unconverted samples in each call are stored internally in a delay buffer.
367  * This function allows the user to determine the current number of samples in
368  * the delay buffer, which can be useful for synchronization.
369  *
370  * @see avresample_convert()
371  *
372  * @param avr  audio resample context
373  * @return     number of samples currently in the resampling delay buffer
374  */
375 int avresample_get_delay(AVAudioResampleContext *avr);
376
377 /**
378  * Return the number of available samples in the output FIFO.
379  *
380  * During conversion, if the user does not specify an output buffer or
381  * specifies an output buffer that is smaller than what is needed, remaining
382  * samples that are not written to the output are stored to an internal FIFO
383  * buffer. The samples in the FIFO can be read with avresample_read() or
384  * avresample_convert().
385  *
386  * @see avresample_read()
387  * @see avresample_convert()
388  *
389  * @param avr  audio resample context
390  * @return     number of samples available for reading
391  */
392 int avresample_available(AVAudioResampleContext *avr);
393
394 /**
395  * Read samples from the output FIFO.
396  *
397  * During conversion, if the user does not specify an output buffer or
398  * specifies an output buffer that is smaller than what is needed, remaining
399  * samples that are not written to the output are stored to an internal FIFO
400  * buffer. This function can be used to read samples from that internal FIFO.
401  *
402  * @see avresample_available()
403  * @see avresample_convert()
404  *
405  * @param avr         audio resample context
406  * @param output      output data pointers. May be NULL, in which case
407  *                    nb_samples of data is discarded from output FIFO.
408  * @param nb_samples  number of samples to read from the FIFO
409  * @return            the number of samples written to output
410  */
411 int avresample_read(AVAudioResampleContext *avr, uint8_t **output, int nb_samples);
412
413 /**
414  * @}
415  */
416
417 #endif /* AVRESAMPLE_AVRESAMPLE_H */