So doing a lookup is 100x faster than computing sin(x)/x * cos(x/N)... how
[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       
40 typedef struct {
41    int in_rate;
42    int out_rate;
43    int num_rate;
44    int den_rate;
45    int last_sample;
46    int samp_frac_num;
47    int filt_len;
48    float *mem;
49    float *sinc_table;
50 } SpeexResamplerState;
51
52 static float sinc(float x, int N)
53 {
54    //fprintf (stderr, "%f ", x);
55    if (fabs(x)<1e-6)
56       return 1;
57    else if (fabs(x) > .5f*N)
58       return 0;
59    /*FIXME: Can it really be any slower than this? */
60    return sin(M_PI*x)/(M_PI*x) * (.5+.5*cos(2*x*M_PI/N));
61 }
62
63 SpeexResamplerState *speex_resampler_init(int in_rate, int out_rate, int in_rate_den, int out_rate_den)
64 {
65    SpeexResamplerState *st = (SpeexResamplerState *)speex_alloc(sizeof(SpeexResamplerState));
66    int fact, i;
67    st->in_rate = in_rate;
68    st->out_rate = out_rate;
69    st->num_rate = in_rate;
70    st->den_rate = out_rate;
71    /* FIXME: This is terribly inefficient, but who cares (at least for now)? */
72    for (fact=2;fact<=sqrt(MAX32(in_rate, out_rate));fact++)
73    {
74       while ((st->num_rate % fact == 0) && (st->den_rate % fact == 0))
75       {
76          st->num_rate /= fact;
77          st->den_rate /= fact;
78       }
79    }
80    st->last_sample = 0;
81    st->filt_len = FILTER_SIZE;
82    st->mem = (float*)speex_alloc((st->filt_len-1) * sizeof(float));
83    for (i=0;i<st->filt_len-1;i++)
84       st->mem[i] = 0;
85    if (1)
86    {
87       st->sinc_table = (float *)speex_alloc(st->filt_len*st->den_rate*sizeof(float));
88       for (i=0;i<st->den_rate;i++)
89       {
90          int j;
91          for (j=0;j<st->filt_len;j++)
92          {
93             st->sinc_table[i*st->filt_len+j] = sinc((j-st->filt_len/2+1)-((float)i)/st->den_rate, st->filt_len);
94          }
95       }
96    } else {
97       st->sinc_table = NULL;
98    }
99    return st;
100 }
101
102 void speex_resampler_destroy(SpeexResamplerState *st)
103 {
104    speex_free(st->mem);
105    speex_free(st);
106 }
107
108
109 int speex_resample_float(SpeexResamplerState *st, const float *in, int len, float *out)
110 {
111    int j=0;
112    int N = st->filt_len;
113    int out_sample = 0;
114    while (1)
115    {
116       int j;
117       float sum=0;
118       /* Do the memory part */
119       if (st->sinc_table)
120       {
121          for (j=0;st->last_sample-N+1+j < 0;j++)
122          {
123             sum += st->mem[st->last_sample+j]*st->sinc_table[st->samp_frac_num*st->filt_len+j];
124          }
125          /* Do the new part */
126          for (;j<N;j++)
127          {
128             sum += in[st->last_sample-N+1+j]*st->sinc_table[st->samp_frac_num*st->filt_len+j];
129          }
130       } else {
131          for (j=0;st->last_sample-N+1+j < 0;j++)
132          {
133             sum += st->mem[st->last_sample+j]*sinc((j-N/2+1)-((float)st->samp_frac_num)/st->den_rate, N);
134          }
135          /* Do the new part */
136          for (;j<N;j++)
137          {
138             sum += in[st->last_sample-N+1+j]*sinc((j-N/2+1)-((float)st->samp_frac_num)/st->den_rate, N);
139          }
140       }
141       out[out_sample++] = sum;
142       
143       st->last_sample += st->num_rate/st->den_rate;
144       st->samp_frac_num += st->num_rate%st->den_rate;
145       if (st->samp_frac_num >= st->den_rate)
146       {
147          st->samp_frac_num -= st->den_rate;
148          st->last_sample++;
149       }
150       //fprintf (stderr, "%d %d %d %d\n", st->last_sample, st->samp_frac_num, st->num_rate, st->den_rate);
151       if (st->last_sample >= len)
152       {
153          st->last_sample -= len;
154          break;
155       }      
156    }
157    for (j=0;j<st->filt_len-1;j++)
158       st->mem[j] = in[j+len-N+1];
159    return out_sample;
160 }
161
162 #define NN 256
163
164 int main(int argc, char **argv)
165 {
166    int i;
167    SpeexResamplerState *st = speex_resampler_init(8000, 12000, 1, 1);
168    short *in;
169    short *out;
170    float *fin, *fout;
171    in = speex_alloc(NN*sizeof(short));
172    out = speex_alloc(2*NN*sizeof(short));
173    fin = speex_alloc(NN*sizeof(float));
174    fout = speex_alloc(2*NN*sizeof(float));
175    while (1)
176    {
177       int out_num;
178       fread(in, sizeof(short), NN, stdin);
179       if (feof(stdin))
180          break;
181       for (i=0;i<NN;i++)
182          fin[i]=in[i];
183       out_num = speex_resample_float(st, fin, NN, fout);
184       //fprintf (stderr, "%d\n", out_num);
185       for (i=0;i<2*NN;i++)
186          out[i]=floor(.5+fout[i]);
187       fwrite(out, sizeof(short), out_num, stdout);
188    }
189    speex_resampler_destroy(st);
190    speex_free(in);
191    speex_free(out);
192    speex_free(fin);
193    speex_free(fout);
194    return 0;
195 }
196