* Every frame is a key_frame
[ffmpeg.git] / libavcodec / resample.c
1 /*
2  * Sample rate convertion for both audio and video
3  * Copyright (c) 2000 Gerard Lantau.
4  *
5  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
6  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
7  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
8  * (at your option) any later version.
9  *
10  * This program 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
13  * GNU General Public License for more details.
14  *
15  * You should have received a copy of the GNU General Public License
16  * along with this program; if not, write to the Free Software
17  * Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
18  */
19 #include "avcodec.h"
20 #include <math.h>
21
22 typedef struct {
23     /* fractional resampling */
24     UINT32 incr; /* fractional increment */
25     UINT32 frac;
26     int last_sample;
27     /* integer down sample */
28     int iratio;  /* integer divison ratio */
29     int icount, isum;
30     int inv;
31 } ReSampleChannelContext;
32
33 struct ReSampleContext {
34     ReSampleChannelContext channel_ctx[2];
35     float ratio;
36     /* channel convert */
37     int input_channels, output_channels, filter_channels;
38 };
39
40
41 #define FRAC_BITS 16
42 #define FRAC (1 << FRAC_BITS)
43
44 static void init_mono_resample(ReSampleChannelContext *s, float ratio)
45 {
46     ratio = 1.0 / ratio;
47     s->iratio = (int)floor(ratio);
48     if (s->iratio == 0)
49         s->iratio = 1;
50     s->incr = (int)((ratio / s->iratio) * FRAC);
51     s->frac = 0;
52     s->last_sample = 0;
53     s->icount = s->iratio;
54     s->isum = 0;
55     s->inv = (FRAC / s->iratio);
56 }
57
58 /* fractional audio resampling */
59 static int fractional_resample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
60 {
61     unsigned int frac, incr;
62     int l0, l1;
63     short *q, *p, *pend;
64
65     l0 = s->last_sample;
66     incr = s->incr;
67     frac = s->frac;
68
69     p = input;
70     pend = input + nb_samples;
71     q = output;
72
73     l1 = *p++;
74     for(;;) {
75         /* interpolate */
76         *q++ = (l0 * (FRAC - frac) + l1 * frac) >> FRAC_BITS;
77         frac = frac + s->incr;
78         while (frac >= FRAC) {
79             if (p >= pend)
80                 goto the_end;
81             frac -= FRAC;
82             l0 = l1;
83             l1 = *p++;
84         }
85     }
86  the_end:
87     s->last_sample = l1;
88     s->frac = frac;
89     return q - output;
90 }
91
92 static int integer_downsample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
93 {
94     short *q, *p, *pend;
95     int c, sum;
96
97     p = input;
98     pend = input + nb_samples;
99     q = output;
100
101     c = s->icount;
102     sum = s->isum;
103
104     for(;;) {
105         sum += *p++;
106         if (--c == 0) {
107             *q++ = (sum * s->inv) >> FRAC_BITS;
108             c = s->iratio;
109             sum = 0;
110         }
111         if (p >= pend)
112             break;
113     }
114     s->isum = sum;
115     s->icount = c;
116     return q - output;
117 }
118
119 /* n1: number of samples */
120 static void stereo_to_mono(short *output, short *input, int n1)
121 {
122     short *p, *q;
123     int n = n1;
124
125     p = input;
126     q = output;
127     while (n >= 4) {
128         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
129         q[1] = (p[2] + p[3]) >> 1;
130         q[2] = (p[4] + p[5]) >> 1;
131         q[3] = (p[6] + p[7]) >> 1;
132         q += 4;
133         p += 8;
134         n -= 4;
135     }
136     while (n > 0) {
137         q[0] = (p[0] + p[1]) >> 1;
138         q++;
139         p += 2;
140         n--;
141     }
142 }
143
144 /* n1: number of samples */
145 static void mono_to_stereo(short *output, short *input, int n1)
146 {
147     short *p, *q;
148     int n = n1;
149     int v;
150
151     p = input;
152     q = output;
153     while (n >= 4) {
154         v = p[0]; q[0] = v; q[1] = v;
155         v = p[1]; q[2] = v; q[3] = v;
156         v = p[2]; q[4] = v; q[5] = v;
157         v = p[3]; q[6] = v; q[7] = v;
158         q += 8;
159         p += 4;
160         n -= 4;
161     }
162     while (n > 0) {
163         v = p[0]; q[0] = v; q[1] = v;
164         q += 2;
165         p += 1;
166         n--;
167     }
168 }
169
170 /* XXX: should use more abstract 'N' channels system */
171 static void stereo_split(short *output1, short *output2, short *input, int n)
172 {
173     int i;
174
175     for(i=0;i<n;i++) {
176         *output1++ = *input++;
177         *output2++ = *input++;
178     }
179 }
180
181 static void stereo_mux(short *output, short *input1, short *input2, int n)
182 {
183     int i;
184
185     for(i=0;i<n;i++) {
186         *output++ = *input1++;
187         *output++ = *input2++;
188     }
189 }
190
191 static int mono_resample(ReSampleChannelContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
192 {
193     short *buf1;
194     short *buftmp;
195
196     buf1= (short*) malloc( nb_samples * sizeof(short) );
197
198     /* first downsample by an integer factor with averaging filter */
199     if (s->iratio > 1) {
200         buftmp = buf1;
201         nb_samples = integer_downsample(s, buftmp, input, nb_samples);
202     } else {
203         buftmp = input;
204     }
205
206     /* then do a fractional resampling with linear interpolation */
207     if (s->incr != FRAC) {
208         nb_samples = fractional_resample(s, output, buftmp, nb_samples);
209     } else {
210         memcpy(output, buftmp, nb_samples * sizeof(short));
211     }
212     free(buf1);
213     return nb_samples;
214 }
215
216 ReSampleContext *audio_resample_init(int output_channels, int input_channels, 
217                                       int output_rate, int input_rate)
218 {
219     ReSampleContext *s;
220     int i;
221     
222     if (output_channels > 2 || input_channels > 2)
223         return NULL;
224
225     s = av_mallocz(sizeof(ReSampleContext));
226     if (!s)
227         return NULL;
228
229     s->ratio = (float)output_rate / (float)input_rate;
230     
231     s->input_channels = input_channels;
232     s->output_channels = output_channels;
233     
234     s->filter_channels = s->input_channels;
235     if (s->output_channels < s->filter_channels)
236         s->filter_channels = s->output_channels;
237
238     for(i=0;i<s->filter_channels;i++) {
239         init_mono_resample(&s->channel_ctx[i], s->ratio);
240     }
241     return s;
242 }
243
244 /* resample audio. 'nb_samples' is the number of input samples */
245 /* XXX: optimize it ! */
246 /* XXX: do it with polyphase filters, since the quality here is
247    HORRIBLE. Return the number of samples available in output */
248 int audio_resample(ReSampleContext *s, short *output, short *input, int nb_samples)
249 {
250     int i, nb_samples1;
251     short *bufin[2];
252     short *bufout[2];
253     short *buftmp2[2], *buftmp3[2];
254     int lenout;
255
256     if (s->input_channels == s->output_channels && s->ratio == 1.0) {
257         /* nothing to do */
258         memcpy(output, input, nb_samples * s->input_channels * sizeof(short));
259         return nb_samples;
260     }
261
262     /* XXX: move those malloc to resample init code */
263     bufin[0]= (short*) malloc( nb_samples * sizeof(short) );
264     bufin[1]= (short*) malloc( nb_samples * sizeof(short) );
265     
266     /* make some zoom to avoid round pb */
267     lenout= (int)(nb_samples * s->ratio) + 16;
268     bufout[0]= (short*) malloc( lenout * sizeof(short) );
269     bufout[1]= (short*) malloc( lenout * sizeof(short) );
270
271     if (s->input_channels == 2 &&
272         s->output_channels == 1) {
273         buftmp2[0] = bufin[0];
274         buftmp3[0] = output;
275         stereo_to_mono(buftmp2[0], input, nb_samples);
276     } else if (s->output_channels == 2 && s->input_channels == 1) {
277         buftmp2[0] = input;
278         buftmp3[0] = bufout[0];
279     } else if (s->output_channels == 2) {
280         buftmp2[0] = bufin[0];
281         buftmp2[1] = bufin[1];
282         buftmp3[0] = bufout[0];
283         buftmp3[1] = bufout[1];
284         stereo_split(buftmp2[0], buftmp2[1], input, nb_samples);
285     } else {
286         buftmp2[0] = input;
287         buftmp3[0] = output;
288     }
289
290     /* resample each channel */
291     nb_samples1 = 0; /* avoid warning */
292     for(i=0;i<s->filter_channels;i++) {
293         nb_samples1 = mono_resample(&s->channel_ctx[i], buftmp3[i], buftmp2[i], nb_samples);
294     }
295
296     if (s->output_channels == 2 && s->input_channels == 1) {
297         mono_to_stereo(output, buftmp3[0], nb_samples1);
298     } else if (s->output_channels == 2) {
299         stereo_mux(output, buftmp3[0], buftmp3[1], nb_samples1);
300     }
301
302     free(bufin[0]);
303     free(bufin[1]);
304
305     free(bufout[0]);
306     free(bufout[1]);
307     return nb_samples1;
308 }
309
310 void audio_resample_close(ReSampleContext *s)
311 {
312     free(s);
313 }