libs/ardour/interpolation.cc

   1 #include <stdint.h>
   2 #include <cstdio>
   3
   4 #include "ardour/interpolation.h"
   5
   6 using namespace ARDOUR;
   7
   8 nframes_t
   9 FixedPointLinearInterpolation::interpolate (int channel, nframes_t nframes, Sample *input, Sample *output)
  10 {
  11         // the idea behind phase is that when the speed is not 1.0, we have to
  12         // interpolate between samples and then we have to store where we thought we were.
  13         // rather than being at sample N or N+1, we were at N+0.8792922
  14         // so the "phase" element, if you want to think about this way,
  15         // varies from 0 to 1, representing the "offset" between samples
  16         uint64_t        the_phase = last_phase[channel];
  17
  18         // acceleration
  19         int64_t  phi_delta;
  20
  21         // phi = fixed point speed
  22         if (phi != target_phi) {
  23                 phi_delta = ((int64_t)(target_phi - phi)) / nframes;
  24         } else {
  25                 phi_delta = 0;
  26         }
  27
  28         // index in the input buffers
  29         nframes_t   i = 0;
  30
  31         for (nframes_t outsample = 0; outsample < nframes; ++outsample) {
  32                 i = the_phase >> 24;
  33                 Sample fractional_phase_part = (the_phase & fractional_part_mask) / binary_scaling_factor;
  34
  35                 if (input && output) {
  36                         // Linearly interpolate into the output buffer
  37                         output[outsample] =
  38                                 input[i] * (1.0f - fractional_phase_part) +
  39                                 input[i+1] * fractional_phase_part;
  40                 }
  41
  42                 the_phase += phi + phi_delta;
  43         }
  44
  45         last_phase[channel] = (the_phase & fractional_part_mask);
  46
  47         // playback distance
  48         return i;
  49 }
  50
  51 void
  52 FixedPointLinearInterpolation::add_channel_to (int /*input_buffer_size*/, int /*output_buffer_size*/)
  53 {
  54         last_phase.push_back (0);
  55 }
  56
  57 void
  58 FixedPointLinearInterpolation::remove_channel_from ()
  59 {
  60         last_phase.pop_back ();
  61 }
  62
  63 void
  64 FixedPointLinearInterpolation::reset()
  65 {
  66         for (size_t i = 0; i <= last_phase.size(); i++) {
  67                 last_phase[i] = 0;
  68         }
  69 }
  70
  71
  72 nframes_t
  73 LinearInterpolation::interpolate (int channel, nframes_t nframes, Sample *input, Sample *output)
  74 {
  75         // index in the input buffers
  76         nframes_t   i = 0;
  77
  78         double acceleration;
  79         double distance = 0.0;
  80
  81         if (_speed != _target_speed) {
  82                 acceleration = _target_speed - _speed;
  83         } else {
  84                 acceleration = 0.0;
  85         }
  86
  87         distance = phase[channel];
  88         for (nframes_t outsample = 0; outsample < nframes; ++outsample) {
  89                 i = floor(distance);
  90                 Sample fractional_phase_part = distance - i;
  91                 if (fractional_phase_part >= 1.0) {
  92                         fractional_phase_part -= 1.0;
  93                         i++;
  94                 }
  95
  96                 if (input && output) {
  97                 // Linearly interpolate into the output buffer
  98                         output[outsample] =
  99                                 input[i] * (1.0f - fractional_phase_part) +
 100                                 input[i+1] * fractional_phase_part;
 101                 }
 102                 distance += _speed + acceleration;
 103         }
 104
 105         i = floor(distance);
 106         phase[channel] = distance - floor(distance);
 107
 108         return i;
 109 }
 110
 111 nframes_t
 112 CubicInterpolation::interpolate (int channel, nframes_t nframes, Sample *input, Sample *output)
 113 {
 114     // index in the input buffers
 115     nframes_t   i = 0;
 116
 117     double acceleration;
 118     double distance = 0.0;
 119
 120     if (_speed != _target_speed) {
 121         acceleration = _target_speed - _speed;
 122     } else {
 123         acceleration = 0.0;
 124     }
 125
 126     distance = phase[channel];
 127     for (nframes_t outsample = 0; outsample < nframes; ++outsample) {
 128         i = floor(distance);
 129         Sample fractional_phase_part = distance - i;
 130         if (fractional_phase_part >= 1.0) {
 131             fractional_phase_part -= 1.0;
 132             i++;
 133         }
 134
 135         if (input && output) {
 136             // Cubically interpolate into the output buffer
 137             output[outsample] = cube_interp(fractional_phase_part, input[i-1], input[i], input[i+1], input[i+2]);
 138         }
 139         distance += _speed + acceleration;
 140     }
 141
 142     i = floor(distance);
 143     phase[channel] = distance - floor(distance);
 144
 145     return i;
 146 }
 147
 148 SplineInterpolation::SplineInterpolation()
 149 {
 150     // precompute LU-factorization of matrix A
 151     // see "Teubner Taschenbuch der Mathematik", p. 1105
 152     // We only need to calculate up to 20, because they
 153     // won't change any more above that
 154     _m[0] = 4.0;
 155     for (int i = 0; i <= 20 - 2; i++) {
 156         _l[i] = 1.0 / _m[i];
 157         _m[i+1] = 4.0 - _l[i];
 158     }
 159 }
 160
 161 nframes_t
 162 SplineInterpolation::interpolate (int channel, nframes_t nframes, Sample *input, Sample *output)
 163 {
 164     // How many input samples we need
 165     nframes_t n = ceil (double(nframes) * _speed + phase[channel]);
 166
 167     // hans - we run on 64bit systems too .... no casting pointer to a sized integer, please
 168     printf("======== n: %u nframes: %u input: %p, output: %p\n", n, nframes, input, output);
 169
 170     if (n <= 3) {
 171         return 0;
 172     }
 173
 174     double M[n], t[n-2];
 175
 176     // natural spline: boundary conditions
 177     M[0]     = 0.0;
 178     M[n - 1] = 0.0;
 179
 180     if (input) {
 181         // solve L * t = d
 182         t[0] = 6.0 * (input[0] - 2*input[1] + input[2]);
 183         for (nframes_t i = 1; i <= n - 3; i++) {
 184             t[i] = 6.0 * (input[i] - 2*input[i+1] + input[i+2])
 185                    - l(i-1) * t[i-1];
 186         }
 187
 188         // solve U * M = t
 189         M[n-2] = t[n-3] / m(n-3);
 190         //printf(" M[%d] = %lf \n", n-1 ,M[n-1]);
 191         //printf(" M[%d] = %lf \n", n-2 ,M[n-2]);
 192         for (nframes_t i = n-4;; i--) {
 193             M[i+1] = (t[i]-M[i+2])/m(i);
 194             //printf(" M[%d] = %lf\n", i+1 ,M[i+1]);
 195             if ( i == 0 ) break;
 196         }
 197         M[1]     = 0.0;
 198         M[n - 2] = 0.0;
 199         //printf(" M[%d] = %lf \n", 0 ,M[0]);
 200     }
 201
 202     assert (M[0] == 0.0 && M[n-1] == 0.0);
 203
 204     // now interpolate
 205     // index in the input buffers
 206     nframes_t   i = 0;
 207
 208     double acceleration;
 209     double distance = 0.0;
 210
 211     if (_speed != _target_speed) {
 212         acceleration = _target_speed - _speed;
 213     } else {
 214         acceleration = 0.0;
 215     }
 216
 217     distance = phase[channel];
 218     assert(distance >= 0.0 && distance < 1.0);
 219
 220     for (nframes_t outsample = 0; outsample < nframes; outsample++) {
 221         i = floor(distance);
 222
 223         double x = double(distance) - double(i);
 224
 225         // if distance is something like 0.999999999999
 226         // it will get rounded to 1 in the conversion to float above
 227         while (x >= 1.0) {
 228             x -= 1.0;
 229             i++;
 230         }
 231
 232         assert(x >= 0.0 && x < 1.0);
 233
 234         if (input && output) {
 235             assert (i <= n-1);
 236             double a3 = (M[i+1] - M[i]) / 6.0;
 237             double a2 = M[i] / 2.0;
 238             double a1 = input[i+1] - input[i] - (M[i+1] + 2.0*M[i])/6.0;
 239             double a0 = input[i];
 240             // interpolate into the output buffer
 241             output[outsample] = ((a3*x + a2)*x + a1)*x + a0;
 242             //std::cout << "input[" << i << "/" << i+1 << "] = " << input[i] << "/" << input[i+1] <<  " distance: " << distance << " output[" << outsample << "] = " << output[outsample] << std::endl;
 243         }
 244         distance += _speed + acceleration;
 245     }
 246
 247     i = floor(distance);
 248     phase[channel] = distance - floor(distance);
 249     assert (phase[channel] >= 0.0 && phase[channel] < 1.0);
 250     printf("Moved input frames: %u ", i);
 251
 252     return i;
 253 }
 254
 255 LibSamplerateInterpolation::LibSamplerateInterpolation() : state (0)
 256 {
 257         _speed = 1.0;
 258 }
 259
 260 LibSamplerateInterpolation::~LibSamplerateInterpolation()
 261 {
 262         for (size_t i = 0; i < state.size(); i++) {
 263                 state[i] = src_delete (state[i]);
 264         }
 265 }
 266
 267 void
 268 LibSamplerateInterpolation::set_speed (double new_speed)
 269 {
 270         _speed = new_speed;
 271         for (size_t i = 0; i < state.size(); i++) {
 272                 src_set_ratio (state[i], 1.0/_speed);
 273         }
 274 }
 275
 276 void
 277 LibSamplerateInterpolation::reset_state ()
 278 {
 279         printf("INTERPOLATION: reset_state()\n");
 280         for (size_t i = 0; i < state.size(); i++) {
 281                 if (state[i]) {
 282                         src_reset (state[i]);
 283                 } else {
 284                         state[i] = src_new (SRC_SINC_FASTEST, 1, &error);
 285                 }
 286         }
 287 }
 288
 289 void
 290 LibSamplerateInterpolation::add_channel_to (int input_buffer_size, int output_buffer_size)
 291 {
 292         SRC_DATA* newdata = new SRC_DATA;
 293
 294         /* Set up sample rate converter info. */
 295         newdata->end_of_input = 0 ;
 296
 297         newdata->input_frames  = input_buffer_size;
 298         newdata->output_frames = output_buffer_size;
 299
 300         newdata->input_frames_used = 0 ;
 301         newdata->output_frames_gen = 0 ;
 302
 303         newdata->src_ratio = 1.0/_speed;
 304
 305         data.push_back (newdata);
 306         state.push_back (0);
 307
 308         reset_state ();
 309 }
 310
 311 void
 312 LibSamplerateInterpolation::remove_channel_from ()
 313 {
 314         SRC_DATA* d = data.back ();
 315         delete d;
 316         data.pop_back ();
 317         if (state.back ()) {
 318                 src_delete (state.back ());
 319         }
 320         state.pop_back ();
 321         reset_state ();
 322 }
 323
 324 nframes_t
 325 LibSamplerateInterpolation::interpolate (int channel, nframes_t nframes, Sample *input, Sample *output)
 326 {
 327         if (!data.size ()) {
 328                 printf ("ERROR: trying to interpolate with no channels\n");
 329                 return 0;
 330         }
 331
 332         data[channel]->data_in     = input;
 333         data[channel]->data_out   = output;
 334
 335         data[channel]->input_frames  = nframes * _speed;
 336         data[channel]->output_frames = nframes;
 337         data[channel]->src_ratio         = 1.0/_speed;
 338
 339         if ((error = src_process (state[channel], data[channel]))) {
 340                 printf ("\nError : %s\n\n", src_strerror (error));
 341                 exit (1);
 342         }
 343
 344         //printf("INTERPOLATION: channel %d input_frames_used: %d\n", channel, data[channel]->input_frames_used);
 345
 346         return data[channel]->input_frames_used;
 347 }