libs/vamp-plugins/ebu_r128_proc.cc

   1 // ------------------------------------------------------------------------
   2 //
   3 //  Copyright (C) 2010-2011 Fons Adriaensen <fons@linuxaudio.org>
   4 //  Copyright (C) 2015 Robin Gareus <robin@gareus.org>
   5 //
   6 //  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   7 //  it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8 //  the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   9 //  (at your option) any later version.
  10 //
  11 //  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  12 //  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13 //  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14 //  GNU General Public License for more details.
  15 //
  16 //  You should have received a copy of the GNU General Public License
  17 //  along with this program; if not, write to the Free Software
  18 //  Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  19 //
  20 // ------------------------------------------------------------------------
  21
  22
  23 #include <string.h>
  24 #include <math.h>
  25 #include "ebu_r128_proc.h"
  26
  27 namespace Fons {
  28
  29 float Ebu_r128_hist::_bin_power [100] = { 0.0f };
  30 float Ebu_r128_proc::_chan_gain [5] = { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.41f, 1.41f };
  31
  32
  33 Ebu_r128_hist::Ebu_r128_hist (void)
  34 {
  35     _histc = new int [751];
  36     initstat ();
  37     reset ();
  38 }
  39
  40
  41 Ebu_r128_hist::~Ebu_r128_hist (void)
  42 {
  43     delete[] _histc;
  44 }
  45
  46
  47 void Ebu_r128_hist::reset (void)
  48 {
  49     memset (_histc, 0, 751 * sizeof (float));
  50     _count = 0;
  51     _error = 0;
  52 }
  53
  54
  55 void Ebu_r128_hist::initstat (void)
  56 {
  57     int i;
  58
  59     if (_bin_power [0]) return;
  60     for (i = 0; i < 100; i++)
  61     {
  62         _bin_power [i] = powf (10.0f, i / 100.0f);
  63     }
  64 }
  65
  66
  67 void Ebu_r128_hist::addpoint (float v)
  68 {
  69     int k;
  70
  71     k = (int) floorf (10 * v + 700.5f);
  72     if (k < 0) return;
  73     if (k > 750)
  74     {
  75         k = 750;
  76         _error++;
  77     }
  78     _histc [k]++;
  79     _count++;
  80 }
  81
  82
  83 float Ebu_r128_hist::integrate (int i)
  84 {
  85     int   j, k, n;
  86     float s;
  87
  88     j = i % 100;
  89     n = 0;
  90     s = 0;
  91     while (i <= 750)
  92     {
  93         k = _histc [i++];
  94         n += k;
  95         s += k * _bin_power [j++];
  96         if (j == 100)
  97         {
  98             j = 0;
  99             s /= 10.0f;
 100         }
 101     }
 102     return s / n;
 103 }
 104
 105
 106 void Ebu_r128_hist::calc_integ (float *vi, float *th)
 107 {
 108     int   k;
 109     float s;
 110
 111     if (_count < 50)
 112     {
 113         *vi = -200.0f;
 114         return;
 115     }
 116     s = integrate (0);
 117 //  Original threshold was -8 dB below result of first integration
 118 //    if (th) *th = 10 * log10f (s) - 8.0f;
 119 //    k = (int)(floorf (100 * log10f (s) + 0.5f)) + 620;
 120 //  Threshold redefined to -10 dB below result of first integration
 121     if (th) *th = 10 * log10f (s) - 10.0f;
 122     k = (int)(floorf (100 * log10f (s) + 0.5f)) + 600;
 123     if (k < 0) k = 0;
 124     s = integrate (k);
 125     *vi = 10 * log10f (s);
 126 }
 127
 128
 129 void Ebu_r128_hist::calc_range (float *v0, float *v1, float *th)
 130 {
 131     int   i, j, k, n;
 132     float a, b, s;
 133
 134     if (_count < 20)
 135     {
 136         *v0 = -200.0f;
 137         *v1 = -200.0f;
 138         return;
 139     }
 140     s = integrate (0);
 141     if (th) *th = 10 * log10f (s) - 20.0f;
 142     k = (int)(floorf (100 * log10f (s) + 0.5)) + 500;
 143     if (k < 0) k = 0;
 144     for (i = k, n = 0; i <= 750; i++) n += _histc [i];
 145     a = 0.10f * n;
 146     b = 0.95f * n;
 147     for (i =   k, s = 0; s < a; i++) s += _histc [i];
 148     for (j = 750, s = n; s > b; j--) s -= _histc [j];
 149     *v0 = (i - 701) / 10.0f;
 150     *v1 = (j - 699) / 10.0f;
 151 }
 152
 153
 154
 155
 156 Ebu_r128_proc::Ebu_r128_proc (void)
 157 {
 158     reset ();
 159 }
 160
 161
 162 Ebu_r128_proc::~Ebu_r128_proc (void)
 163 {
 164 }
 165
 166
 167 void Ebu_r128_proc::init (int nchan, float fsamp)
 168 {
 169     _nchan = nchan;
 170     _fsamp = fsamp;
 171     _fragm = (int) fsamp / 20;
 172     detect_init (_fsamp);
 173     reset ();
 174 }
 175
 176
 177 void Ebu_r128_proc::reset (void)
 178 {
 179     _integr = false;
 180     _frcnt = _fragm;
 181     _frpwr = 1e-30f;
 182     _wrind  = 0;
 183     _div1 = 0;
 184     _div2 = 0;
 185     _loudness_M = -200.0f;
 186     _loudness_S = -200.0f;
 187     memset (_power, 0, 64 * sizeof (float));
 188     integr_reset ();
 189     detect_reset ();
 190 }
 191
 192
 193 void Ebu_r128_proc::integr_reset (void)
 194 {
 195     _hist_M.reset ();
 196     _hist_S.reset ();
 197     _maxloudn_M = -200.0f;
 198     _maxloudn_S = -200.0f;
 199     _integrated = -200.0f;
 200     _integ_thr  = -200.0f;
 201     _range_min  = -200.0f;
 202     _range_max  = -200.0f;
 203     _range_thr  = -200.0f;
 204     _div1 = _div2 = 0;
 205 }
 206
 207
 208 void Ebu_r128_proc::process (int nfram, const float *const *input)
 209 {
 210     int  i, k;
 211
 212     for (i = 0; i < _nchan; i++) _ipp [i] = input [i];
 213     while (nfram)
 214     {
 215         k = (_frcnt < nfram) ? _frcnt : nfram;
 216         _frpwr += detect_process (k);
 217         _frcnt -= k;
 218         if (_frcnt == 0)
 219         {
 220             _power [_wrind++] = _frpwr / _fragm;
 221             _frcnt = _fragm;
 222             _frpwr = 1e-30f;
 223             _wrind &= 63;
 224             _loudness_M = addfrags (8);
 225             _loudness_S = addfrags (60);
 226             if (!isfinite(_loudness_M) || _loudness_M < -200.f) _loudness_M = -200.0f;
 227             if (!isfinite(_loudness_S) || _loudness_S < -200.f) _loudness_S = -200.0f;
 228             if (_loudness_M > _maxloudn_M) _maxloudn_M = _loudness_M;
 229             if (_loudness_S > _maxloudn_S) _maxloudn_S = _loudness_S;
 230             if (_integr)
 231             {
 232                 if (++_div1 == 2)
 233                 {
 234                     _hist_M.addpoint (_loudness_M);
 235                     _div1 = 0;
 236                 }
 237                 if (++_div2 == 10)
 238                 {
 239                     _hist_S.addpoint (_loudness_S);
 240                     _div2 = 0;
 241                     _hist_M.calc_integ (&_integrated, &_integ_thr);
 242                     _hist_S.calc_range (&_range_min, &_range_max, &_range_thr);
 243                 }
 244             }
 245         }
 246         for (i = 0; i < _nchan; i++) _ipp [i] += k;
 247         nfram -= k;
 248     }
 249 }
 250
 251
 252 float Ebu_r128_proc::addfrags (int nfrag)
 253 {
 254     int    i, k;
 255     float  s;
 256
 257     s = 0;
 258     k = (_wrind - nfrag) & 63;
 259     for (i = 0; i < nfrag; i++) s += _power [(i + k) & 63];
 260     return -0.6976f + 10 * log10f (s / nfrag);
 261 }
 262
 263
 264 void Ebu_r128_proc::detect_init (float fsamp)
 265 {
 266     float a, b, c, d, r, u1, u2, w1, w2;
 267
 268     r = 1 / tan (4712.3890f / fsamp);
 269     w1 = r / 1.12201f;
 270     w2 = r * 1.12201f;
 271     u1 = u2 = 1.4085f + 210.0f / fsamp;
 272     a = u1 * w1;
 273     b = w1 * w1;
 274     c = u2 * w2;
 275     d = w2 * w2;
 276     r = 1 + a + b;
 277     _a0 = (1 + c + d) / r;
 278     _a1 = (2 - 2 * d) / r;
 279     _a2 = (1 - c + d) / r;
 280     _b1 = (2 - 2 * b) / r;
 281     _b2 = (1 - a + b) / r;
 282     r = 48.0f / fsamp;
 283     a = 4.9886075f * r;
 284     b = 6.2298014f * r * r;
 285     r = 1 + a + b;
 286     a *= 2 / r;
 287     b *= 4 / r;
 288     _c3 = a + b;
 289     _c4 = b;
 290     r = 1.004995f / r;
 291     _a0 *= r;
 292     _a1 *= r;
 293     _a2 *= r;
 294 }
 295
 296
 297 void Ebu_r128_proc::detect_reset (void)
 298 {
 299     for (int i = 0; i < MAXCH; i++) _fst [i].reset ();
 300 }
 301
 302
 303 float Ebu_r128_proc::detect_process (int nfram)
 304 {
 305     int   i, j;
 306     float si, sj;
 307     float x, y, z1, z2, z3, z4;
 308     float const *p;
 309     Ebu_r128_fst *S;
 310
 311     si = 0;
 312     for (i = 0, S = _fst; i < _nchan; i++, S++)
 313     {
 314         z1 = S->_z1;
 315         z2 = S->_z2;
 316         z3 = S->_z3;
 317         z4 = S->_z4;
 318         p = _ipp [i];
 319         sj = 0;
 320         for (j = 0; j < nfram; j++)
 321         {
 322             x = p [j] - _b1 * z1 - _b2 * z2 + 1e-15f;
 323             y = _a0 * x + _a1 * z1 + _a2 * z2 - _c3 * z3 - _c4 * z4;
 324             z2 = z1;
 325             z1 = x;
 326             z4 += z3;
 327             z3 += y;
 328             sj += y * y;
 329         }
 330         if (_nchan == 1) si = 2 * sj;
 331         else si += _chan_gain [i] * sj;
 332         S->_z1 = !isfinite(z1) ? 0 : z1;
 333         S->_z2 = !isfinite(z2) ? 0 : z2;
 334         S->_z3 = !isfinite(z3) ? 0 : z3;
 335         S->_z4 = !isfinite(z4) ? 0 : z4;
 336     }
 337     return si;
 338 }
 339
 340 };