* src/audio_output/input.c: ability to switch between equalizers on the fly.
[vlc.git] / modules / audio_filter / equalizer.c
1 /*****************************************************************************
2  * equalizer.c:
3  *****************************************************************************
4  * Copyright (C) 2004 VideoLAN
5  * $Id$
6  *
7  * Authors: Laurent Aimar <fenrir@via.ecp.fr>
8  *
9  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
10  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
11  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
12  * (at your option) any later version.
13  *
14  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
17  * GNU General Public License for more details.
18  *
19  * You should have received a copy of the GNU General Public License
20  * along with this program; if not, write to the Free Software
21  * Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA  02111, USA.
22  *****************************************************************************/
23
24 /*****************************************************************************
25  * Preamble
26  *****************************************************************************/
27 #include <stdlib.h>                                      /* malloc(), free() */
28 #include <math.h>
29
30 #include <vlc/vlc.h>
31
32 #include <vlc/aout.h>
33 #include "aout_internal.h"
34
35 /* TODO:
36  *  - add tables for other rates ( 22500, 11250, ...)
37  *  - optimize a bit (you can hardly do slower ;)
38  *  - add tables for more bands (15 and 32 would be cool), maybe with auto coeffs
39  *  computation (not too hard once the Q is found).
40  *  - support for external preset
41  *  - callback to handle preset changes on the fly
42  *  - ...
43  */
44
45 /*****************************************************************************
46  * Module descriptor
47  *****************************************************************************/
48 static int  Open ( vlc_object_t * );
49 static void Close( vlc_object_t * );
50
51 #define PRESET_TEXT N_( "Equalizer preset" )
52 #define PRESET_LONGTEXT PRESET_TEXT
53
54 #define BANDS_TEXT N_( "Bands gain")
55 #define BANDS_LONGTEXT N_( "Override preset bands gain in dB (-20 ... 20)" )
56
57 #define TWOPASS_TEXT N_( "Two pass" )
58 #define TWOPASS_LONGTEXT N_( "Filter twice the audio" )
59
60 #define PREAMP_TEXT N_("Global gain" )
61 #define PREAMP_LONGTEXT N_("Set the global gain in dB (-20 ... 20)" )
62
63 static char *preset_list[] = {
64     "flat", "classical", "club", "dance", "fullbass", "fullbasstreeble",
65     "fulltreeble", "headphones","largehall", "live", "party", "pop", "reggae",
66     "rock", "ska", "soft", "softrock", "techno"
67 };
68 static char *preset_list_text[] = {
69     N_("Flat"), N_("Classical"), N_("Club"), N_("Dance"), N_("Full bass"),
70     N_("Full bass and treeble"), N_("Full treeble"), N_("Headphones"),
71     N_("Large Hall"), N_("Live"), N_("Party"), N_("Pop"), N_("Reggae"),
72     N_("Rock"), N_("Ska"), N_("Soft"), N_("Soft rock"), N_("Techno"),
73 };
74
75 vlc_module_begin();
76     set_description( _("Equalizer 10 bands") );
77     set_capability( "audio filter", 0 );
78     add_string( "equalizer-preset", "flat", NULL, PRESET_TEXT,
79                 PRESET_LONGTEXT, VLC_TRUE );
80         change_string_list( preset_list, preset_list_text, 0 );
81     add_string( "equalizer-bands", NULL, NULL, BANDS_TEXT,
82                 BANDS_LONGTEXT, VLC_TRUE );
83     add_bool( "equalizer-2pass", 0, NULL, TWOPASS_TEXT,
84               TWOPASS_LONGTEXT, VLC_TRUE );
85     add_float( "equalizer-preamp", 0.0, NULL, PREAMP_TEXT,
86                PREAMP_LONGTEXT, VLC_TRUE );
87     set_callbacks( Open, Close );
88     add_shortcut( "equalizer" );
89 vlc_module_end();
90
91 /*****************************************************************************
92  * Local prototypes
93  *****************************************************************************/
94
95 typedef struct aout_filter_sys_t
96 {
97     /* Filter static config */
98     int i_band;
99     float *f_alpha;
100     float *f_beta;
101     float *f_gamma;
102
103     /* Filter dyn config */
104     float *f_amp;   /* Per band amp */
105     float f_gamp;   /* Global preamp */
106     vlc_bool_t b_2eqz;
107
108     /* Filter state */
109     float x[32][2];
110     float y[32][128][2];
111
112     /* Second filter state */
113     float x2[32][2];
114     float y2[32][128][2];
115
116 } aout_filter_sys_t;
117
118 static void DoWork( aout_instance_t *, aout_filter_t *,
119                     aout_buffer_t *, aout_buffer_t * );
120
121 #define EQZ_IN_FACTOR (0.25)
122 static int  EqzInit( aout_filter_t *, int );
123 static void EqzFilter( aout_filter_t *, float *, float *, int, int );
124 static void EqzClean( aout_filter_t * );
125
126 /*****************************************************************************
127  * Open:
128  *****************************************************************************/
129 static int Open( vlc_object_t *p_this )
130 {
131     aout_filter_t     *p_filter = (aout_filter_t *)p_this;
132     aout_filter_sys_t *p_sys;
133
134     if( p_filter->input.i_format != VLC_FOURCC('f','l','3','2' ) ||
135         p_filter->output.i_format != VLC_FOURCC('f','l','3','2') )
136     {
137         msg_Warn( p_filter, "Bad input or output format" );
138         return VLC_EGENERIC;
139     }
140     if ( !AOUT_FMTS_SIMILAR( &p_filter->input, &p_filter->output ) )
141     {
142         msg_Warn( p_filter, "input and output formats are not similar" );
143         return VLC_EGENERIC;
144     }
145
146     p_filter->pf_do_work = DoWork;
147     p_filter->b_in_place = VLC_TRUE;
148
149     /* Allocate structure */
150     p_sys = p_filter->p_sys = malloc( sizeof( aout_filter_sys_t ) );
151
152     if( EqzInit( p_filter, p_filter->input.i_rate ) )
153         return VLC_EGENERIC;
154
155     return VLC_SUCCESS;
156 }
157
158 /*****************************************************************************
159  * Close: close the plugin
160  *****************************************************************************/
161 static void Close( vlc_object_t *p_this )
162 {
163     aout_filter_t     *p_filter = (aout_filter_t *)p_this;
164     aout_filter_sys_t *p_sys = p_filter->p_sys;
165
166     EqzClean( p_filter );
167     free( p_sys );
168 }
169
170 /*****************************************************************************
171  * DoWork: process samples buffer
172  *****************************************************************************
173  *
174  *****************************************************************************/
175 static void DoWork( aout_instance_t * p_aout, aout_filter_t * p_filter,
176                     aout_buffer_t * p_in_buf, aout_buffer_t * p_out_buf )
177 {
178     p_out_buf->i_nb_samples = p_in_buf->i_nb_samples;
179     p_out_buf->i_nb_bytes = p_in_buf->i_nb_bytes;
180
181     EqzFilter( p_filter, (float*)p_out_buf->p_buffer,
182                (float*)p_in_buf->p_buffer, p_in_buf->i_nb_samples,
183                aout_FormatNbChannels( &p_filter->input ) );
184 }
185
186 /*****************************************************************************
187  * Equalizer stuff
188  *****************************************************************************/
189 typedef struct
190 {
191     int   i_band;
192
193     struct
194     {
195         float f_frequency;
196         float f_alpha;
197         float f_beta;
198         float f_gamma;
199     } band[];
200
201 } eqz_config_t;
202
203 /* Value from equ-xmms */
204 static const eqz_config_t eqz_config_44100_10b =
205 {
206     10,
207     {
208         {    60, 0.003013, 0.993973, 1.993901 },
209         {   170, 0.008490, 0.983019, 1.982437 },
210         {   310, 0.015374, 0.969252, 1.967331 },
211         {   600, 0.029328, 0.941343, 1.934254 },
212         {  1000, 0.047918, 0.904163, 1.884869 },
213         {  3000, 0.130408, 0.739184, 1.582718 },
214         {  6000, 0.226555, 0.546889, 1.015267 },
215         { 12000, 0.344937, 0.310127, -0.181410 },
216         { 14000, 0.366438, 0.267123, -0.521151 },
217         { 16000, 0.379009, 0.241981, -0.808451 },
218     }
219 };
220 static const eqz_config_t eqz_config_48000_10b =
221 {
222     10,
223     {
224         {    60, 0.002769, 0.994462, 1.994400 },
225         {   170, 0.007806, 0.984388, 1.983897 },
226         {   310, 0.014143, 0.971714, 1.970091 },
227         {   600, 0.027011, 0.945978, 1.939979 },
228         {  1000, 0.044203, 0.911595, 1.895241 },
229         {  3000, 0.121223, 0.757553, 1.623767 },
230         {  6000, 0.212888, 0.574224, 1.113145 },
231         { 12000, 0.331347, 0.337307, 0.000000 },
232         { 14000, 0.355263, 0.289473, -0.333740 },
233         { 16000, 0.371900, 0.256201, -0.628100 }
234     }
235 };
236
237 typedef struct
238 {
239     char *psz_name;
240     int  i_band;
241     float f_amp[];
242 } eqz_preset_t;
243
244 static const eqz_preset_t eqz_preset_flat_10b=
245 {
246     "flat", 10,
247     { 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0 },
248 };
249 static const eqz_preset_t eqz_preset_classical_10b=
250 {
251     "classical", 10,
252     { -1.11022e-15, -1.11022e-15, -1.11022e-15, -1.11022e-15, -1.11022e-15, -1.11022e-15, -7.2, -7.2, -7.2, -9.6 }
253 };
254 static const eqz_preset_t eqz_preset_club_10b=
255 {
256     "club", 10,
257     { -1.11022e-15, -1.11022e-15, 8, 5.6, 5.6, 5.6, 3.2, -1.11022e-15, -1.11022e-15, -1.11022e-15 }
258 };
259 static const eqz_preset_t eqz_preset_dance_10b=
260 {
261     "dance", 10,
262     { 9.6, 7.2, 2.4, -1.11022e-15, -1.11022e-15, -5.6, -7.2, -7.2, -1.11022e-15, -1.11022e-15 }
263 };
264 static const eqz_preset_t eqz_preset_fullbass_10b=
265 {
266     "fullbass", 10,
267     { -8, 9.6, 9.6, 5.6, 1.6, -4, -8, -10.4, -11.2, -11.2  }
268 };
269 static const eqz_preset_t eqz_preset_fullbasstreeble_10b=
270 {
271     "fullbasstreeble", 10,
272     { 7.2, 5.6, -1.11022e-15, -7.2, -4.8, 1.6, 8, 11.2, 12, 12 }
273 };
274
275 static const eqz_preset_t eqz_preset_fulltreeble_10b=
276 {
277     "fulltreeble", 10,
278     { -9.6, -9.6, -9.6, -4, 2.4, 11.2, 16, 16, 16, 16.8 }
279 };
280 static const eqz_preset_t eqz_preset_headphones_10b=
281 {
282     "headphones", 10,
283     { 4.8, 11.2, 5.6, -3.2, -2.4, 1.6, 4.8, 9.6, 12.8, 14.4 }
284 };
285 static const eqz_preset_t eqz_preset_largehall_10b=
286 {
287     "largehall", 10,
288     { 10.4, 10.4, 5.6, 5.6, -1.11022e-15, -4.8, -4.8, -4.8, -1.11022e-15, -1.11022e-15 }
289 };
290 static const eqz_preset_t eqz_preset_live_10b=
291 {
292     "live", 10,
293     { -4.8, -1.11022e-15, 4, 5.6, 5.6, 5.6, 4, 2.4, 2.4, 2.4 }
294 };
295 static const eqz_preset_t eqz_preset_party_10b=
296 {
297     "party", 10,
298     { 7.2, 7.2, -1.11022e-15, -1.11022e-15, -1.11022e-15, -1.11022e-15, -1.11022e-15, -1.11022e-15, 7.2, 7.2 }
299 };
300 static const eqz_preset_t eqz_preset_pop_10b=
301 {
302     "pop", 10,
303     { -1.6, 4.8, 7.2, 8, 5.6, -1.11022e-15, -2.4, -2.4, -1.6, -1.6 }
304 };
305 static const eqz_preset_t eqz_preset_reggae_10b=
306 {
307     "reggae", 10,
308     { -1.11022e-15, -1.11022e-15, -1.11022e-15, -5.6, -1.11022e-15, 6.4, 6.4, -1.11022e-15, -1.11022e-15, -1.11022e-15 }
309 };
310 static const eqz_preset_t eqz_preset_rock_10b=
311 {
312     "rock", 10,
313     { 8, 4.8, -5.6, -8, -3.2, 4, 8.8, 11.2, 11.2, 11.2 }
314 };
315 static const eqz_preset_t eqz_preset_ska_10b=
316 {
317     "ska", 10,
318     { -2.4, -4.8, -4, -1.11022e-15, 4, 5.6, 8.8, 9.6, 11.2, 9.6 }
319 };
320 static const eqz_preset_t eqz_preset_soft_10b=
321 {
322     "soft", 10,
323     { 4.8, 1.6, -1.11022e-15, -2.4, -1.11022e-15, 4, 8, 9.6, 11.2, 12 }
324 };
325 static const eqz_preset_t eqz_preset_softrock_10b=
326 {
327     "softrock", 10,
328     { 4, 4, 2.4, -1.11022e-15, -4, -5.6, -3.2, -1.11022e-15, 2.4, 8.8 }
329 };
330 static const eqz_preset_t eqz_preset_techno_10b=
331 {
332     "techno", 10,
333     { 8, 5.6, -1.11022e-15, -5.6, -4.8, -1.11022e-15, 8, 9.6, 9.6, 8.8 }
334 };
335
336 static const eqz_preset_t *eqz_preset_10b[] =
337 {
338     &eqz_preset_flat_10b,
339     &eqz_preset_classical_10b,
340     &eqz_preset_club_10b,
341     &eqz_preset_dance_10b,
342     &eqz_preset_fullbass_10b,
343     &eqz_preset_fullbasstreeble_10b,
344     &eqz_preset_fulltreeble_10b,
345     &eqz_preset_headphones_10b,
346     &eqz_preset_largehall_10b,
347     &eqz_preset_live_10b,
348     &eqz_preset_party_10b,
349     &eqz_preset_pop_10b,
350     &eqz_preset_reggae_10b,
351     &eqz_preset_rock_10b,
352     &eqz_preset_ska_10b,
353     &eqz_preset_soft_10b,
354     &eqz_preset_softrock_10b,
355     &eqz_preset_techno_10b,
356     NULL
357 };
358
359
360 static inline float EqzConvertdB( float db )
361 {
362     /* Map it to gain,
363      * (we do as if the input of iir is /EQZ_IN_FACTOR, but in fact it's the non iir data that is *EQZ_IN_FACTOR)
364      * db = 20*log( out / in ) with out = in + amp*iir(i/EQZ_IN_FACTOR)
365      * or iir(i) == i for the center freq so
366      * db = 20*log( 1 + amp/EQZ_IN_FACTOR )
367      * -> amp = EQZ_IN_FACTOR*(10^(db/20) - 1)
368      **/
369
370     if( db < -20.0 )
371         db = -20.0;
372     else if(  db > 20.0 )
373         db = 20.0;
374     return EQZ_IN_FACTOR * ( pow( 10, db / 20.0 ) - 1.0 );
375 }
376
377 static int EqzInit( aout_filter_t *p_filter, int i_rate )
378 {
379     aout_filter_sys_t *p_sys = p_filter->p_sys;
380     const eqz_config_t *p_cfg;
381     char *psz;
382     int i, ch;
383     float f_float;
384
385     /* Select the config */
386     if( i_rate == 48000 )
387     {
388         p_cfg = &eqz_config_48000_10b;
389     }
390     else if( i_rate == 44100 )
391     {
392         p_cfg = &eqz_config_44100_10b;
393     }
394     else
395     {
396         /* TODO compute the coeffs on the fly */
397         msg_Err( p_filter, "unsupported rate" );
398         return VLC_EGENERIC;
399     }
400
401     /* Create the static filter config */
402     p_sys->i_band = p_cfg->i_band;
403     p_sys->f_alpha = malloc( p_sys->i_band * sizeof(float) );
404     p_sys->f_beta  = malloc( p_sys->i_band * sizeof(float) );
405     p_sys->f_gamma = malloc( p_sys->i_band * sizeof(float) );
406     for( i = 0; i < p_sys->i_band; i++ )
407     {
408         p_sys->f_alpha[i] = p_cfg->band[i].f_alpha;
409         p_sys->f_beta[i]  = p_cfg->band[i].f_beta;
410         p_sys->f_gamma[i] = p_cfg->band[i].f_gamma;
411     }
412
413     /* Filter dyn config */
414     p_sys->b_2eqz = VLC_FALSE;
415     p_sys->f_gamp = 1.0;
416     p_sys->f_amp   = malloc( p_sys->i_band * sizeof(float) );
417     for( i = 0; i < p_sys->i_band; i++ )
418     {
419         p_sys->f_amp[i] = 0.0;
420     }
421
422     /* Filter state */
423     for( ch = 0; ch < 32; ch++ )
424     {
425         p_sys->x[ch][0]  =
426         p_sys->x[ch][1]  =
427         p_sys->x2[ch][0] =
428         p_sys->x2[ch][1] = 0.0;
429
430         for( i = 0; i < p_sys->i_band; i++ )
431         {
432             p_sys->y[ch][i][0]  =
433             p_sys->y[ch][i][1]  =
434             p_sys->y2[ch][i][0] =
435             p_sys->y2[ch][i][1] = 0.0;
436         }
437     }
438
439     /* Now parse config */
440     p_sys->b_2eqz = var_CreateGetBool( p_filter, "equalizer-2pass" );
441     f_float = var_CreateGetFloat( p_filter, "equalizer-preamp" );
442     if( f_float < -20.0 )
443         f_float = -20.0;
444     else if( f_float > 20.0 )
445         f_float = 20.0;
446     p_sys->f_gamp = pow( 10, f_float /20.0);
447
448     psz = var_CreateGetString( p_filter, "equalizer-preset" );
449     if( *psz && p_sys->i_band == 10 )
450     {
451         int i;
452         /* */
453         for( i = 0; eqz_preset_10b[i] != NULL; i++ )
454         {
455             if( !strcasecmp( eqz_preset_10b[i]->psz_name, psz ) )
456             {
457                 int j;
458                 for( j = 0; j < p_sys->i_band; j++ )
459                     p_sys->f_amp[j] = EqzConvertdB( eqz_preset_10b[i]->f_amp[j] );
460                 break;
461             }
462         }
463         if( eqz_preset_10b[i] == NULL )
464         {
465             msg_Err( p_filter, "equalizer preset '%s' not found", psz );
466             msg_Dbg( p_filter, "full list:" );
467             for( i = 0; eqz_preset_10b[i] != NULL; i++ )
468                 msg_Dbg( p_filter, "  - '%s'", eqz_preset_10b[i]->psz_name );
469         }
470     }
471     free( psz );
472
473     psz = var_CreateGetString( p_filter, "equalizer-bands" );
474     if( *psz )
475     {
476         char *p = psz;
477         int i;
478         for( i = 0; i < p_sys->i_band; i++ )
479         {
480             float f;
481
482             /* Read dB -20/20*/
483             f = strtof( p, &p );
484
485             p_sys->f_amp[i] = EqzConvertdB( f );
486
487             if( p == NULL )
488                 break;
489             p++;
490             if( *p == '\0' )
491                 break;
492         }
493     }
494     free( psz );
495
496     msg_Dbg( p_filter, "equalizer loaded for %d Hz with %d bands %d pass",
497              i_rate, p_sys->i_band, p_sys->b_2eqz ? 2 : 1 );
498     for( i = 0; i < p_sys->i_band; i++ )
499     {
500         msg_Dbg( p_filter, "   %d Hz -> factor:%f alpha:%f beta:%f gamma:%f",
501                  (int)p_cfg->band[i].f_frequency, p_sys->f_amp[i],
502                  p_sys->f_alpha[i], p_sys->f_beta[i], p_sys->f_gamma[i]);
503     }
504     return VLC_SUCCESS;
505 }
506
507 static void EqzFilter( aout_filter_t *p_filter, float *out, float *in,
508                        int i_samples, int i_channels )
509 {
510     aout_filter_sys_t *p_sys = p_filter->p_sys;
511     int i, ch, j;
512
513     for( i = 0; i < i_samples; i++ )
514     {
515         for( ch = 0; ch < i_channels; ch++ )
516         {
517             const float x = in[ch];
518             float o = 0.0;
519
520             for( j = 0; j < p_sys->i_band; j++ )
521             {
522                 float y = p_sys->f_alpha[j] * ( x - p_sys->x[ch][1] ) +
523                           p_sys->f_gamma[j] * p_sys->y[ch][j][0] -
524                           p_sys->f_beta[j]  * p_sys->y[ch][j][1];
525
526                 p_sys->y[ch][j][1] = p_sys->y[ch][j][0];
527                 p_sys->y[ch][j][0] = y;
528
529                 o += y * p_sys->f_amp[j];
530             }
531             p_sys->x[ch][1] = p_sys->x[ch][0];
532             p_sys->x[ch][0] = x;
533
534             /* Second filter */
535             if( p_sys->b_2eqz )
536             {
537                 const float x2 = EQZ_IN_FACTOR * x + o;
538                 o = 0.0;
539                 for( j = 0; j < p_sys->i_band; j++ )
540                 {
541                     float y = p_sys->f_alpha[j] * ( x2 - p_sys->x2[ch][1] ) +
542                               p_sys->f_gamma[j] * p_sys->y2[ch][j][0] -
543                               p_sys->f_beta[j]  * p_sys->y2[ch][j][1];
544
545                     p_sys->y2[ch][j][1] = p_sys->y2[ch][j][0];
546                     p_sys->y2[ch][j][0] = y;
547
548                     o += y * p_sys->f_amp[j];
549                 }
550                 p_sys->x2[ch][1] = p_sys->x2[ch][0];
551                 p_sys->x2[ch][0] = x2;
552
553                 /* We add source PCM + filtered PCM */
554                 out[ch] = p_sys->f_gamp *( EQZ_IN_FACTOR * x2 + o );
555             }
556             else
557             {
558                 /* We add source PCM + filtered PCM */
559                 out[ch] = p_sys->f_gamp *( EQZ_IN_FACTOR * x + o );
560             }
561         }
562
563         in  += i_channels;
564         out += i_channels;
565     }
566 }
567
568 static void EqzClean( aout_filter_t *p_filter )
569 {
570     aout_filter_sys_t *p_sys = p_filter->p_sys;
571
572     free( p_sys->f_alpha );
573     free( p_sys->f_beta );
574     free( p_sys->f_gamma );
575
576     free( p_sys->f_amp );
577 }