scripts/HiAndLowPass.lua

   1 ardour {
   2         ["type"]    = "dsp",
   3         name        = "a-High/Low Pass Filter",
   4         category    = "Filter",
   5         license     = "GPLv2",
   6         author      = "Ardour Team",
   7         description = [[High Low Pass filter with up to 48dB / octave]]
   8 }
   9
  10 function dsp_ioconfig ()
  11         return
  12         {
  13                 -- allow any number of I/O as long as port-count matches
  14                 { audio_in = -1, audio_out = -1},
  15         }
  16 end
  17
  18
  19 function dsp_params ()
  20         return
  21         {
  22                 { ["type"] = "input", name = "High Pass Steepness", min = 0, max = 4, default = 1, enum = true, scalepoints =
  23                         {
  24                                 ["Off"] = 0,
  25                                 ["12dB/oct"] = 1,
  26                                 ["24dB/oct"] = 2,
  27                                 ["36dB/oct"] = 3,
  28                                 ["48dB/oct"] = 4,
  29                         }
  30                 },
  31                 { ["type"] = "input", name = "High Pass Cut off frequency", min =   5, max = 20000, default = 100, unit="Hz", logarithmic = true },
  32                 { ["type"] = "input", name = "High Pass Resonance",         min = 0.1, max = 6,     default = .707, logarithmic = true },
  33
  34                 { ["type"] = "input", name = "Low Pass Steepness", min = 0, max = 4, default = 1, enum = true, scalepoints =
  35                         {
  36                                 ["Off"] = 0,
  37                                 ["12dB/oct"] = 1,
  38                                 ["24dB/oct"] = 2,
  39                                 ["36dB/oct"] = 3,
  40                                 ["48dB/oct"] = 4,
  41                         }
  42                 },
  43                 { ["type"] = "input", name = "Low Pass Cut off frequency",  min =  20, max = 20000, default = 18000, unit="Hz", logarithmic = true },
  44                 { ["type"] = "input", name = "Low Pass Resonance",          min = 0.1, max = 6,     default = .707, logarithmic = true },
  45         }
  46 end
  47
  48 -- these globals are *not* shared between DSP and UI
  49 local hp = {}  -- the biquad high-pass filter instances (DSP)
  50 local lp = {}  -- the biquad high-pass filter instances (DSP)
  51 local filt = nil -- the biquad filter instance (GUI, response)
  52 local cur = {0, 0, 0, 0, 0, 0} -- current parameters
  53 local lpf = 0.03 -- parameter low-pass filter time-constant
  54 local chn = 0 -- channel/filter count
  55
  56 local mem = nil -- memory x-fade buffer
  57
  58 function dsp_init (rate)
  59         -- allocate some mix-buffer
  60         mem = ARDOUR.DSP.DspShm (8192)
  61
  62         -- create a table of objects to share with the GUI
  63         local tbl = {}
  64         tbl['samplerate'] = rate
  65         self:table ():set (tbl)
  66
  67         -- interpolation time constant, ~15Hz @ 64fpp
  68         lpf = 5000 / rate
  69 end
  70
  71 function dsp_configure (ins, outs)
  72         assert (ins:n_audio () == outs:n_audio ())
  73         local tbl = self:table ():get () -- get shared memory table
  74
  75         chn = ins:n_audio ()
  76         cur = {0, 0, 0, 0, 0, 0}
  77
  78         hp = {}
  79         lp = {}
  80
  81         collectgarbage ()
  82
  83         for c = 1, chn do
  84                 hp[c] = {}
  85                 lp[c] = {}
  86                 -- initialize filters
  87                 -- http://manual.ardour.org/lua-scripting/class_reference/#ARDOUR:DSP:Biquad
  88                 for k = 1,4 do
  89                         hp[c][k] = ARDOUR.DSP.Biquad (tbl['samplerate'])
  90                         lp[c][k] = ARDOUR.DSP.Biquad (tbl['samplerate'])
  91                 end
  92         end
  93 end
  94
  95 -- helper functions for parameter interpolation
  96 function param_changed (ctrl)
  97         for p = 1,6 do
  98                 if ctrl[p] ~= cur[p] then
  99                         return true
 100                 end
 101         end
 102         return false
 103 end
 104
 105 function low_pass_filter_param (old, new, limit)
 106         if math.abs (old - new) < limit  then
 107                 return new
 108         else
 109                 return old + lpf * (new - old)
 110         end
 111 end
 112
 113 -- apply parameters, re-compute filter coefficients if needed
 114 function apply_params (ctrl)
 115         if not param_changed (ctrl) then
 116                 return
 117         end
 118
 119         -- low-pass filter ctrl parameter values, smooth transition
 120         cur[1] = low_pass_filter_param (cur[1], ctrl[1], 0.05) -- HP order x-fade
 121         cur[2] = low_pass_filter_param (cur[2], ctrl[2], 1.0)  -- HP freq/Hz
 122         cur[3] = low_pass_filter_param (cur[3], ctrl[3], 0.01) -- HP quality
 123         cur[4] = low_pass_filter_param (cur[4], ctrl[4], 0.05) -- LP order x-fade
 124         cur[5] = low_pass_filter_param (cur[5], ctrl[5], 1.0)  -- LP freq/Hz
 125         cur[6] = low_pass_filter_param (cur[6], ctrl[6], 0.01) -- LP quality
 126
 127         for c = 1, chn do
 128                 for k = 1,4 do
 129                         hp[c][k]:compute (ARDOUR.DSP.BiquadType.HighPass, cur[2], cur[3], 0)
 130                         lp[c][k]:compute (ARDOUR.DSP.BiquadType.LowPass,  cur[5], cur[6], 0)
 131                 end
 132         end
 133 end
 134
 135
 136 -- the actual DSP callback
 137 function dsp_run (ins, outs, n_samples)
 138         assert (n_samples < 8192)
 139         assert (#ins == chn)
 140
 141         local changed = false
 142         local siz = n_samples
 143         local off = 0
 144
 145         -- if a parameter was changed, process at most 64 samples at a time
 146         -- and interpolate parameters until the current settings match
 147         -- the target values
 148         if param_changed (CtrlPorts:array ()) then
 149                 changed = true
 150                 siz = 64
 151         end
 152
 153         while n_samples > 0 do
 154                 if changed then apply_params (CtrlPorts:array ()) end
 155                 if siz > n_samples then siz = n_samples end
 156
 157                 local ho = math.floor(cur[1])
 158                 local lo = math.floor(cur[4])
 159
 160                 -- process all channels
 161                 for c = 1, #ins do
 162
 163                         local xfade = cur[1] - ho
 164
 165                         ARDOUR.DSP.copy_vector (mem:to_float (off), ins[c]:offset (off), siz)
 166
 167                         -- initialize output
 168                         if cur[1] == 0 then
 169                                 -- high pass is disabled, just copy data.
 170                                 ARDOUR.DSP.copy_vector (outs[c]:offset (off), mem:to_float (off), siz)
 171                         else
 172                                 -- clear output, The filter mixes into the output buffer
 173                                 ARDOUR.DSP.memset (outs[c]:offset (off), 0, siz)
 174                         end
 175
 176                         -- high pass
 177                         -- allways run all filters so that we can interplate as needed.
 178                         for k = 1,4 do
 179                                 if xfade > 0 and k == ho + 1 then
 180                                         ARDOUR.DSP.mix_buffers_with_gain (outs[c]:offset (off), mem:to_float (off), siz, 1 - xfade)
 181                                 end
 182
 183                                 hp[c][k]:run (mem:to_float (off), siz)
 184
 185                                 if k == ho and xfade == 0 then
 186                                         ARDOUR.DSP.copy_vector (outs[c]:offset (off), mem:to_float (off), siz)
 187                                 elseif k == ho + 1 then
 188                                         ARDOUR.DSP.mix_buffers_with_gain (outs[c]:offset (off), mem:to_float (off), siz, xfade)
 189                                 end
 190                         end
 191
 192                         -- low pass
 193                         xfade = cur[4] - lo
 194
 195                         -- copy output of high-pass into "processing memory"
 196                         ARDOUR.DSP.copy_vector (mem:to_float (off), outs[c]:offset (off), siz)
 197
 198                         if cur[4] > 0 then
 199                                 -- Clear output, Low-pass mixes interpolated data into output.
 200                                 -- (Except if the filter is disabled (0) in which case we just keep the output.)
 201                                 ARDOUR.DSP.memset (outs[c]:offset (off), 0, siz)
 202                         end
 203
 204                         for k = 1,4 do
 205                                 if xfade > 0 and k == lo + 1 then
 206                                         ARDOUR.DSP.mix_buffers_with_gain (outs[c]:offset (off), mem:to_float (off), siz, 1 - xfade)
 207                                 end
 208
 209                                 lp[c][k]:run (mem:to_float (off), siz)
 210
 211                                 if k == lo and xfade == 0 then
 212                                         ARDOUR.DSP.copy_vector (outs[c]:offset (off), mem:to_float (off), siz)
 213                                 elseif k == lo + 1 then
 214                                         ARDOUR.DSP.mix_buffers_with_gain (outs[c]:offset (off), mem:to_float (off), siz, xfade)
 215                                 end
 216                         end
 217
 218                 end
 219
 220                 n_samples = n_samples - siz
 221                 off = off + siz
 222         end
 223
 224         if changed then
 225                 -- notify display
 226                 self:queue_draw ()
 227         end
 228 end
 229
 230
 231 -------------------------------------------------------------------------------
 232 --- inline display
 233
 234 function round (n)
 235         return math.floor (n + .5)
 236 end
 237
 238 function freq_at_x (x, w)
 239         -- frequency in Hz at given x-axis pixel
 240         return 20 * 1000 ^ (x / w)
 241 end
 242
 243 function x_at_freq (f, w)
 244         -- x-axis pixel for given frequency, power-scale
 245         return w * math.log (f / 20.0) / math.log (1000.0)
 246 end
 247
 248 function db_to_y (db, h)
 249         -- y-axis gain mapping
 250         if db < -60 then db = -60 end
 251         if db >  12 then db =  12 end
 252         return -.5 + round (0.2 * h) - h * db / 60
 253 end
 254
 255 function grid_db (ctx, w, h, db)
 256         -- draw horizontal grid line
 257         -- note that a cairo pixel at Y spans [Y - 0.5 to Y + 0.5]
 258         local y = -.5 + round (db_to_y (db, h))
 259         ctx:move_to (0, y)
 260         ctx:line_to (w, y)
 261         ctx:stroke ()
 262 end
 263
 264 function grid_freq (ctx, w, h, f)
 265         -- draw vertical grid line
 266         local x = -.5 + round (x_at_freq (f, w))
 267         ctx:move_to (x, 0)
 268         ctx:line_to (x, h)
 269         ctx:stroke ()
 270 end
 271
 272 function response (ho, lo, f)
 273         -- calculate transfer function response for given
 274         -- hi/po pass order at given frequency [Hz]
 275         local db = ho * filt['hp']:dB_at_freq (f)
 276         return db + lo * filt['lp']:dB_at_freq (f)
 277 end
 278
 279 function render_inline (ctx, w, max_h)
 280         if not filt then
 281                 local tbl = self:table ():get () -- get shared memory table
 282                 -- instantiate filter (to calculate the transfer function's response)
 283                 filt = {}
 284                 filt['hp'] = ARDOUR.DSP.Biquad (tbl['samplerate'])
 285                 filt['lp'] = ARDOUR.DSP.Biquad (tbl['samplerate'])
 286         end
 287
 288         -- set filter coefficients if they have changed
 289         if param_changed (CtrlPorts:array ()) then
 290                 local ctrl = CtrlPorts:array ()
 291                 for k = 1,6 do cur[k] = ctrl[k] end
 292                 filt['hp']:compute (ARDOUR.DSP.BiquadType.HighPass, cur[2], cur[3], 0)
 293                 filt['lp']:compute (ARDOUR.DSP.BiquadType.LowPass,  cur[5], cur[6], 0)
 294         end
 295
 296         -- calc height of inline display
 297         local h = 1 | math.ceil (w * 9 / 16) -- use 16:9 aspect, odd number of y pixels
 298         if (h > max_h) then h = max_h end -- but at most max-height
 299
 300         -- ctx is a http://cairographics.org/ context
 301         -- http://manual.ardour.org/lua-scripting/class_reference/#Cairo:Context
 302
 303         -- clear background
 304         ctx:rectangle (0, 0, w, h)
 305         ctx:set_source_rgba (.2, .2, .2, 1.0)
 306         ctx:fill ()
 307         ctx:rectangle (0, 0, w, h)
 308         ctx:clip ()
 309
 310         -- set line width: 1px
 311         ctx:set_line_width (1.0)
 312
 313         -- draw grid
 314         local dash3 = C.DoubleVector ()
 315         local dash2 = C.DoubleVector ()
 316         dash2:add ({1, 2})
 317         dash3:add ({1, 3})
 318         ctx:set_dash (dash2, 2) -- dotted line: 1 pixel 2 space
 319         ctx:set_source_rgba (.5, .5, .5, .8)
 320         grid_db (ctx, w, h, 0)
 321         ctx:set_dash (dash3, 2) -- dashed line: 1 pixel 3 space
 322         ctx:set_source_rgba (.5, .5, .5, .5)
 323         grid_db (ctx, w, h, -12)
 324         grid_db (ctx, w, h, -24)
 325         grid_db (ctx, w, h, -36)
 326         grid_freq (ctx, w, h, 100)
 327         grid_freq (ctx, w, h, 1000)
 328         grid_freq (ctx, w, h, 10000)
 329         ctx:unset_dash ()
 330
 331         -- draw transfer function line
 332         local ho = math.floor(cur[1])
 333         local lo = math.floor(cur[4])
 334
 335         ctx:set_source_rgba (.8, .8, .8, 1.0)
 336         ctx:move_to (-.5, db_to_y (response(ho, lo, freq_at_x (0, w)), h))
 337         for x = 1,w do
 338                 local db = response(ho, lo, freq_at_x (x, w))
 339                 ctx:line_to (-.5 + x, db_to_y (db, h))
 340         end
 341         -- stoke a line, keep the path
 342         ctx:stroke_preserve ()
 343
 344         -- fill area to zero under the curve
 345         ctx:line_to (w, -.5 + round (db_to_y (0, h)))
 346         ctx:line_to (0, -.5 + round (db_to_y (0, h)))
 347         ctx:close_path ()
 348         ctx:set_source_rgba (.5, .5, .5, .5)
 349         ctx:fill ()
 350
 351         return {w, h}
 352 end