Down-sampling now doing the right thing and using a lower cutoff frequency.
[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 64
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    int fact, i;
70    float cutoff;
71    SpeexResamplerState *st = (SpeexResamplerState *)speex_alloc(sizeof(SpeexResamplerState));
72    st->in_rate = in_rate;
73    st->out_rate = out_rate;
74    st->num_rate = in_rate;
75    st->den_rate = out_rate;
76    /* FIXME: This is terribly inefficient, but who cares (at least for now)? */
77    for (fact=2;fact<=sqrt(MAX32(in_rate, out_rate));fact++)
78    {
79       while ((st->num_rate % fact == 0) && (st->den_rate % fact == 0))
80       {
81          st->num_rate /= fact;
82          st->den_rate /= fact;
83       }
84    }
85    st->last_sample = 0;
86    st->filt_len = FILTER_SIZE;
87    st->mem = (float*)speex_alloc((st->filt_len-1) * sizeof(float));
88    for (i=0;i<st->filt_len-1;i++)
89       st->mem[i] = 0;
90    /* FIXME: Is there a danger of overflow? */
91    if (in_rate*out_rate_den > out_rate*in_rate_den)
92    {
93       /* down-sampling */
94       cutoff = .92f * out_rate*in_rate_den / (in_rate*out_rate_den);
95    } else {
96       /* up-sampling */
97       cutoff = .97;
98    }
99    if (st->den_rate <= OVERSAMPLE)
100    {
101       st->sinc_table = (float *)speex_alloc(st->filt_len*st->den_rate*sizeof(float));
102       for (i=0;i<st->den_rate;i++)
103       {
104          int j;
105          for (j=0;j<st->filt_len;j++)
106          {
107             st->sinc_table[i*st->filt_len+j] = sinc(cutoff*((j-st->filt_len/2+1)-((float)i)/st->den_rate), st->filt_len);
108          }
109       }
110       st->type = SPEEX_RESAMPLER_DIRECT;
111       fprintf (stderr, "resampler uses direct sinc table and normalised cutoff %f\n", cutoff);
112    } else {
113       st->sinc_table = (float *)speex_alloc(st->filt_len*st->den_rate*sizeof(float));
114       for (i=-4;i<OVERSAMPLE*st->filt_len+4;i++)
115          st->sinc_table[i+4] = sinc(cutoff*(i/(float)OVERSAMPLE - st->filt_len/2), st->filt_len);
116       st->type = SPEEX_RESAMPLER_INTERPOLATE;
117       fprintf (stderr, "resampler uses interpolated sinc table and normalised cutoff %f\n", cutoff);
118    }
119    return st;
120 }
121
122 void speex_resampler_destroy(SpeexResamplerState *st)
123 {
124    speex_free(st->mem);
125    if (st->sinc_table)
126       speex_free(st->sinc_table);
127    speex_free(st);
128 }
129
130 /*int speex_resample_float(SpeexResamplerState *st, int index, const float *in, int *in_len, float *out, int *out_len)*/
131 int speex_resample_float(SpeexResamplerState *st, const float *in, int len, float *out)
132 {
133    int j=0;
134    int N = st->filt_len;
135    int out_sample = 0;
136    while (1)
137    {
138       int j;
139       float sum=0;
140       /* Do the memory part */
141       if (st->type == SPEEX_RESAMPLER_DIRECT)
142       {
143          for (j=0;st->last_sample-N+1+j < 0;j++)
144          {
145             sum += st->mem[st->last_sample+j]*st->sinc_table[st->samp_frac_num*st->filt_len+j];
146          }
147          /* Do the new part */
148          for (;j<N;j++)
149          {
150             sum += in[st->last_sample-N+1+j]*st->sinc_table[st->samp_frac_num*st->filt_len+j];
151          }
152       } else {
153          float accum[2] = {0.f,0.f};
154          float alpha = ((float)st->samp_frac_num)/st->den_rate;
155          int offset = st->samp_frac_num*OVERSAMPLE/st->den_rate;
156          float frac = alpha*OVERSAMPLE - offset;
157          for (j=0;st->last_sample-N+1+j < 0;j++)
158          {
159             accum[0] += st->mem[st->last_sample+j]*st->sinc_table[4+(j+1)*OVERSAMPLE-offset-1];
160             accum[1] += st->mem[st->last_sample+j]*st->sinc_table[4+(j+1)*OVERSAMPLE-offset];
161          }
162          /* Do the new part */
163          for (;j<N;j++)
164          {
165             accum[0] += in[st->last_sample-N+1+j]*st->sinc_table[4+(j+1)*OVERSAMPLE-offset-1];
166             accum[1] += in[st->last_sample-N+1+j]*st->sinc_table[4+(j+1)*OVERSAMPLE-offset];
167          }
168          sum = frac*accum[0] + (1-frac)*accum[1];
169       }
170       out[out_sample++] = sum;
171       
172       st->last_sample += st->num_rate/st->den_rate;
173       st->samp_frac_num += st->num_rate%st->den_rate;
174       if (st->samp_frac_num >= st->den_rate)
175       {
176          st->samp_frac_num -= st->den_rate;
177          st->last_sample++;
178       }
179       if (st->last_sample >= len)
180       {
181          st->last_sample -= len;
182          break;
183       }      
184    }
185    for (j=0;j<st->filt_len-1;j++)
186       st->mem[j] = in[j+len-N+1];
187    return out_sample;
188 }
189
190 void speex_resample_set_rate(SpeexResamplerState *st, int in_rate, int out_rate, int in_rate_den, int out_rate_den);
191
192 void speex_resample_set_input_stride(SpeexResamplerState *st, int stride);
193
194 void speex_resample_set_output_stride(SpeexResamplerState *st, int stride);
195
196 void speex_resample_skip_zeros(SpeexResamplerState *st);
197
198
199 #define NN 256
200
201 int main(int argc, char **argv)
202 {
203    int i;
204    short *in;
205    short *out;
206    float *fin, *fout;
207    SpeexResamplerState *st = speex_resampler_init(1, 8000, 6501, 1, 1);
208    in = speex_alloc(NN*sizeof(short));
209    out = speex_alloc(2*NN*sizeof(short));
210    fin = speex_alloc(NN*sizeof(float));
211    fout = speex_alloc(2*NN*sizeof(float));
212    while (1)
213    {
214       int out_num;
215       fread(in, sizeof(short), NN, stdin);
216       if (feof(stdin))
217          break;
218       for (i=0;i<NN;i++)
219          fin[i]=in[i];
220       out_num = speex_resample_float(st, fin, NN, fout);
221       for (i=0;i<2*NN;i++)
222          out[i]=floor(.5+fout[i]);
223       fwrite(out, sizeof(short), out_num, stdout);
224    }
225    speex_resampler_destroy(st);
226    speex_free(in);
227    speex_free(out);
228    speex_free(fin);
229    speex_free(fout);
230    return 0;
231 }
232