Now doing linear interpolation instead of sin(x)/x for large denominators
[speexdsp.git] / libspeex / resample.c
1 /* Copyright (C) 2007 Jean-Marc Valin
2       
3    File: resample.c
4    Resampling code
5
6    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
7    modification, are permitted provided that the following conditions are
8    met:
9
10    1. Redistributions of source code must retain the above copyright notice,
11    this list of conditions and the following disclaimer.
12
13    2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16
17    3. The name of the author may not be used to endorse or promote products
18    derived from this software without specific prior written permission.
19
20    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
21    IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
22    OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
23    DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT,
24    INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES
25    (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR
26    SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
27    HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
28    STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN
29    ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE
30    POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
31 */
32
33 #include "misc.h"
34 #include <math.h>
35 #include <stdio.h>
36             
37 //#define float double
38 #define FILTER_SIZE 64
39 #define OVERSAMPLE 128
40
41 typedef enum {SPEEX_RESAMPLER_DIRECT=0, SPEEX_RESAMPLER_INTERPOLATE=1} SpeexSincType;
42
43 typedef struct {
44    int in_rate;
45    int out_rate;
46    int num_rate;
47    int den_rate;
48    int last_sample;
49    int samp_frac_num;
50    int filt_len;
51    float *mem;
52    float *sinc_table;
53    SpeexSincType type;
54 } SpeexResamplerState;
55
56 static float sinc(float x, int N)
57 {
58    //fprintf (stderr, "%f ", x);
59    if (fabs(x)<1e-6)
60       return 1;
61    else if (fabs(x) > .5f*N)
62       return 0;
63    /*FIXME: Can it really be any slower than this? */
64    return sin(M_PI*x)/(M_PI*x) * (.5+.5*cos(2*x*M_PI/N));
65 }
66
67 SpeexResamplerState *speex_resampler_init(int nb_channels, int in_rate, int out_rate, int in_rate_den, int out_rate_den)
68 {
69    SpeexResamplerState *st = (SpeexResamplerState *)speex_alloc(sizeof(SpeexResamplerState));
70    int fact, i;
71    st->in_rate = in_rate;
72    st->out_rate = out_rate;
73    st->num_rate = in_rate;
74    st->den_rate = out_rate;
75    /* FIXME: This is terribly inefficient, but who cares (at least for now)? */
76    for (fact=2;fact<=sqrt(MAX32(in_rate, out_rate));fact++)
77    {
78       while ((st->num_rate % fact == 0) && (st->den_rate % fact == 0))
79       {
80          st->num_rate /= fact;
81          st->den_rate /= fact;
82       }
83    }
84    st->last_sample = 0;
85    st->filt_len = FILTER_SIZE;
86    st->mem = (float*)speex_alloc((st->filt_len-1) * sizeof(float));
87    for (i=0;i<st->filt_len-1;i++)
88       st->mem[i] = 0;
89    if (st->den_rate <= OVERSAMPLE)
90    {
91       st->sinc_table = (float *)speex_alloc(st->filt_len*st->den_rate*sizeof(float));
92       for (i=0;i<st->den_rate;i++)
93       {
94          int j;
95          for (j=0;j<st->filt_len;j++)
96          {
97             st->sinc_table[i*st->filt_len+j] = sinc((j-st->filt_len/2+1)-((float)i)/st->den_rate, st->filt_len);
98          }
99       }
100       st->type = SPEEX_RESAMPLER_DIRECT;
101       fprintf (stderr, "resampler uses direct sinc table\n");
102    } else {
103       st->sinc_table = (float *)speex_alloc(st->filt_len*st->den_rate*sizeof(float));
104       for (i=-4;i<OVERSAMPLE*st->filt_len+4;i++)
105          st->sinc_table[i+4] = sinc(i/(float)OVERSAMPLE - st->filt_len/2, st->filt_len);
106       st->type = SPEEX_RESAMPLER_INTERPOLATE;
107       fprintf (stderr, "resampler uses interpolated sinc table\n");
108    }
109    return st;
110 }
111
112 void speex_resampler_destroy(SpeexResamplerState *st)
113 {
114    speex_free(st->mem);
115    if (st->sinc_table)
116       speex_free(st->sinc_table);
117    speex_free(st);
118 }
119
120 //int speex_resample_float(SpeexResamplerState *st, int index, const float *in, int *in_len, float *out, int *out_len)
121 int speex_resample_float(SpeexResamplerState *st, const float *in, int len, float *out)
122 {
123    int j=0;
124    int N = st->filt_len;
125    int out_sample = 0;
126    while (1)
127    {
128       int j;
129       float sum=0;
130       /* Do the memory part */
131       if (st->type == SPEEX_RESAMPLER_DIRECT)
132       {
133          for (j=0;st->last_sample-N+1+j < 0;j++)
134          {
135             sum += st->mem[st->last_sample+j]*st->sinc_table[st->samp_frac_num*st->filt_len+j];
136          }
137          /* Do the new part */
138          for (;j<N;j++)
139          {
140             sum += in[st->last_sample-N+1+j]*st->sinc_table[st->samp_frac_num*st->filt_len+j];
141          }
142       } else {
143          float alpha = ((float)st->samp_frac_num)/st->den_rate;
144          int offset = st->samp_frac_num*OVERSAMPLE/st->den_rate;
145          float frac = alpha*OVERSAMPLE - offset;
146          for (j=0;st->last_sample-N+1+j < 0;j++)
147          {
148             float interp = frac*st->sinc_table[4+(j+1)*OVERSAMPLE-offset-1] + (1-frac)*st->sinc_table[4+(j+1)*OVERSAMPLE-offset];
149             //sum += st->mem[st->last_sample+j]*sinc((j-N/2+1)-((float)st->samp_frac_num)/st->den_rate, N);
150             sum += st->mem[st->last_sample+j]*interp;
151          }
152          /* Do the new part */
153          for (;j<N;j++)
154          {
155             float interp = frac*st->sinc_table[4+(j+1)*OVERSAMPLE-offset-1] + (1-frac)*st->sinc_table[4+(j+1)*OVERSAMPLE-offset];
156             //if (st->last_sample > N+2)
157             //   fprintf (stderr, "%f %f %f %f\n", sinc((j-N/2+1)-alpha, N), st->sinc_table[4+(j+1)*OVERSAMPLE-offset], st->sinc_table[4+(j+1)*OVERSAMPLE-offset-1], interp);
158             //sum += in[st->last_sample-N+1+j]*sinc((j-N/2+1)-alpha, N);
159             sum += in[st->last_sample-N+1+j]*interp;
160             
161          }
162       }
163       //if (st->last_sample > N+2)
164       //   exit(0);
165       out[out_sample++] = sum;
166       
167       st->last_sample += st->num_rate/st->den_rate;
168       st->samp_frac_num += st->num_rate%st->den_rate;
169       if (st->samp_frac_num >= st->den_rate)
170       {
171          st->samp_frac_num -= st->den_rate;
172          st->last_sample++;
173       }
174       //fprintf (stderr, "%d %d %d %d\n", st->last_sample, st->samp_frac_num, st->num_rate, st->den_rate);
175       if (st->last_sample >= len)
176       {
177          st->last_sample -= len;
178          break;
179       }      
180    }
181    for (j=0;j<st->filt_len-1;j++)
182       st->mem[j] = in[j+len-N+1];
183    return out_sample;
184 }
185
186 void speex_resample_set_rate(SpeexResamplerState *st, int in_rate, int out_rate, int in_rate_den, int out_rate_den);
187
188 void speex_resample_set_input_stride(SpeexResamplerState *st, int stride);
189
190 void speex_resample_set_output_stride(SpeexResamplerState *st, int stride);
191
192 void speex_resample_skip_zeros(SpeexResamplerState *st);
193
194
195 #define NN 256
196
197 int main(int argc, char **argv)
198 {
199    int i;
200    short *in;
201    short *out;
202    float *fin, *fout;
203    SpeexResamplerState *st = speex_resampler_init(1, 8000, 13501, 1, 1);
204    in = speex_alloc(NN*sizeof(short));
205    out = speex_alloc(2*NN*sizeof(short));
206    fin = speex_alloc(NN*sizeof(float));
207    fout = speex_alloc(2*NN*sizeof(float));
208    while (1)
209    {
210       int out_num;
211       fread(in, sizeof(short), NN, stdin);
212       if (feof(stdin))
213          break;
214       for (i=0;i<NN;i++)
215          fin[i]=in[i];
216       out_num = speex_resample_float(st, fin, NN, fout);
217       //fprintf (stderr, "%d\n", out_num);
218       for (i=0;i<2*NN;i++)
219          out[i]=floor(.5+fout[i]);
220       fwrite(out, sizeof(short), out_num, stdout);
221    }
222    speex_resampler_destroy(st);
223    speex_free(in);
224    speex_free(out);
225    speex_free(fin);
226    speex_free(fout);
227    return 0;
228 }
229