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         //printf("processing channel: %d\n", channel);
  89         //printf("phase before: %lf\n", phase[channel]);
  90         for (nframes_t outsample = 0; outsample < nframes; ++outsample) {
  91                 i = floor(distance);
  92                 Sample fractional_phase_part = distance - i;
  93                 if (fractional_phase_part >= 1.0) {
  94                         fractional_phase_part -= 1.0;
  95                         i++;
  96                 }
  97                 //printf("I: %u, distance: %lf, fractional_phase_part: %lf\n", i, distance, fractional_phase_part);
  98
  99                 if (input && output) {
 100                 // Linearly interpolate into the output buffer
 101                         output[outsample] =
 102                                 input[i] * (1.0f - fractional_phase_part) +
 103                                 input[i+1] * fractional_phase_part;
 104                 }
 105                 //printf("distance before: %lf\n", distance);
 106                 distance += _speed + acceleration;
 107                 //printf("distance after: %lf, _speed: %lf\n", distance, _speed);
 108         }
 109
 110         //printf("before assignment: i: %d, distance: %lf\n", i, distance);
 111         i = floor(distance);
 112         //printf("after assignment: i: %d, distance: %16lf\n", i, distance);
 113         phase[channel] = distance - floor(distance);
 114         //printf("speed: %16lf, i after: %d, distance after: %16lf, phase after: %16lf\n", _speed, i, distance, phase[channel]);
 115
 116         return i;
 117 }
 118
 119 SplineInterpolation::SplineInterpolation()
 120 {
 121     // precompute LU-factorization of matrix A
 122     // see "Teubner Taschenbuch der Mathematik", p. 1105
 123     // We only need to calculate up to 20, because they
 124     // won't change any more above that
 125     _m[0] = 4.0;
 126     for (int i = 0; i <= 20 - 2; i++) {
 127         _l[i] = 1.0 / _m[i];
 128         _m[i+1] = 4.0 - _l[i];
 129     }
 130 }
 131
 132 nframes_t
 133 SplineInterpolation::interpolate (int channel, nframes_t nframes, Sample *input, Sample *output)
 134 {
 135     // How many input samples we need
 136     nframes_t n = ceil (double(nframes) * _speed + phase[channel]) + 1;
 137     //printf("n = %d\n", n);
 138
 139     if (n <= 3) {
 140         return 0;
 141     }
 142
 143     double M[n], t[n-2];
 144
 145     // natural spline: boundary conditions
 146     M[0]     = 0.0;
 147     M[n - 1] = 0.0;
 148
 149     if (input) {
 150         // solve L * t = d
 151         t[0] = 6.0 * (input[0] - 2*input[1] + input[2]);
 152         for (nframes_t i = 1; i <= n - 3; i++) {
 153             t[i] = 6.0 * (input[i] - 2*input[i+1] + input[i+2])
 154                    - l(i-1) * t[i-1];
 155         }
 156
 157         // solve U * M = t
 158         M[n-2] = t[n-3] / m(n-3);
 159         for (nframes_t i = n-4;; i--) {
 160             M[i+1] = (t[i]-M[i+2])/m(i);
 161             if ( i == 0 ) break;
 162         }
 163     }
 164
 165     assert (M[0] == 0.0 && M[n-1] == 0.0);
 166
 167     // now interpolate
 168     // index in the input buffers
 169     nframes_t   i = 0;
 170
 171     double acceleration;
 172     double distance = 0.0;
 173
 174     if (_speed != _target_speed) {
 175         acceleration = _target_speed - _speed;
 176     } else {
 177         acceleration = 0.0;
 178     }
 179
 180     distance = phase[channel];
 181     for (nframes_t outsample = 0; outsample < nframes; outsample++) {
 182         i = floor(distance);
 183
 184         Sample x = double(distance) - double(i);
 185
 186         // if distance is something like 0.999999999999
 187         // it will get rounded to 1 in the conversion to float above
 188         if (x >= 1.0) {
 189             x = 0.0;
 190             i++;
 191         }
 192
 193         assert(x >= 0.0 && x < 1.0);
 194
 195         if (input && output) {
 196             assert (i <= n-1);
 197             double a3 = (M[i+1] - M[i]) / 6.0;
 198             double a2 = M[i] / 2.0;
 199             double a1 = input[i+1] - input[i] - (M[i+1] + 2.0*M[i])/6.0;
 200             double a0 = input[i];
 201             // interpolate into the output buffer
 202             output[outsample] = ((a3*x + a2)*x + a1)*x + a0;
 203         }
 204         distance += _speed + acceleration;
 205     }
 206
 207     i = floor(distance);
 208     phase[channel] = distance - floor(distance);
 209     assert (phase[channel] >= 0.0 && phase[channel] < 1.0);
 210
 211     return i;
 212 }
 213
 214 LibSamplerateInterpolation::LibSamplerateInterpolation() : state (0)
 215 {
 216         _speed = 1.0;
 217 }
 218
 219 LibSamplerateInterpolation::~LibSamplerateInterpolation()
 220 {
 221         for (size_t i = 0; i < state.size(); i++) {
 222                 state[i] = src_delete (state[i]);
 223         }
 224 }
 225
 226 void
 227 LibSamplerateInterpolation::set_speed (double new_speed)
 228 {
 229         _speed = new_speed;
 230         for (size_t i = 0; i < state.size(); i++) {
 231                 src_set_ratio (state[i], 1.0/_speed);
 232         }
 233 }
 234
 235 void
 236 LibSamplerateInterpolation::reset_state ()
 237 {
 238         printf("INTERPOLATION: reset_state()\n");
 239         for (size_t i = 0; i < state.size(); i++) {
 240                 if (state[i]) {
 241                         src_reset (state[i]);
 242                 } else {
 243                         state[i] = src_new (SRC_SINC_FASTEST, 1, &error);
 244                 }
 245         }
 246 }
 247
 248 void
 249 LibSamplerateInterpolation::add_channel_to (int input_buffer_size, int output_buffer_size)
 250 {
 251         SRC_DATA* newdata = new SRC_DATA;
 252
 253         /* Set up sample rate converter info. */
 254         newdata->end_of_input = 0 ;
 255
 256         newdata->input_frames  = input_buffer_size;
 257         newdata->output_frames = output_buffer_size;
 258
 259         newdata->input_frames_used = 0 ;
 260         newdata->output_frames_gen = 0 ;
 261
 262         newdata->src_ratio = 1.0/_speed;
 263
 264         data.push_back (newdata);
 265         state.push_back (0);
 266
 267         reset_state ();
 268 }
 269
 270 void
 271 LibSamplerateInterpolation::remove_channel_from ()
 272 {
 273         SRC_DATA* d = data.back ();
 274         delete d;
 275         data.pop_back ();
 276         if (state.back ()) {
 277                 src_delete (state.back ());
 278         }
 279         state.pop_back ();
 280         reset_state ();
 281 }
 282
 283 nframes_t
 284 LibSamplerateInterpolation::interpolate (int channel, nframes_t nframes, Sample *input, Sample *output)
 285 {
 286         if (!data.size ()) {
 287                 printf ("ERROR: trying to interpolate with no channels\n");
 288                 return 0;
 289         }
 290
 291         data[channel]->data_in     = input;
 292         data[channel]->data_out   = output;
 293
 294         data[channel]->input_frames  = nframes * _speed;
 295         data[channel]->output_frames = nframes;
 296         data[channel]->src_ratio         = 1.0/_speed;
 297
 298         if ((error = src_process (state[channel], data[channel]))) {
 299                 printf ("\nError : %s\n\n", src_strerror (error));
 300                 exit (1);
 301         }
 302
 303         //printf("INTERPOLATION: channel %d input_frames_used: %d\n", channel, data[channel]->input_frames_used);
 304
 305         return data[channel]->input_frames_used;
 306 }