src/lib/audio_filter.cc

   1 /*
   2     Copyright (C) 2014 Carl Hetherington <cth@carlh.net>
   3
   4     This file is part of DCP-o-matic.
   5
   6     DCP-o-matic 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     DCP-o-matic 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 DCP-o-matic.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  18
  19 */
  20
  21 #include "audio_filter.h"
  22 #include "audio_buffers.h"
  23 #include <boost/make_shared.hpp>
  24 #include <cmath>
  25
  26 using std::min;
  27 using boost::shared_ptr;
  28 using boost::make_shared;
  29
  30 /** @return array of floats which the caller must destroy with delete[] */
  31 float *
  32 AudioFilter::sinc_blackman (float cutoff, bool invert) const
  33 {
  34         float* ir = new float[_M + 1];
  35
  36         /* Impulse response */
  37
  38         for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
  39                 if (i == (_M / 2)) {
  40                         ir[i] = 2 * M_PI * cutoff;
  41                 } else {
  42                         /* sinc */
  43                         ir[i] = sin (2 * M_PI * cutoff * (i - _M / 2)) / (i - _M / 2);
  44                         /* Blackman window */
  45                         ir[i] *= (0.42 - 0.5 * cos (2 * M_PI * i / _M) + 0.08 * cos (4 * M_PI * i / _M));
  46                 }
  47         }
  48
  49         /* Normalise */
  50
  51         float sum = 0;
  52         for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
  53                 sum += ir[i];
  54         }
  55
  56         for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
  57                 ir[i] /= sum;
  58         }
  59
  60         /* Frequency inversion (swapping low-pass for high-pass, or whatever) */
  61
  62         if (invert) {
  63                 for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
  64                         ir[i] = -ir[i];
  65                 }
  66                 ir[_M / 2] += 1;
  67         }
  68
  69         return ir;
  70 }
  71
  72 AudioFilter::~AudioFilter ()
  73 {
  74         delete[] _ir;
  75 }
  76
  77 shared_ptr<AudioBuffers>
  78 AudioFilter::run (shared_ptr<const AudioBuffers> in)
  79 {
  80         shared_ptr<AudioBuffers> out = make_shared<AudioBuffers> (in->channels(), in->frames());
  81
  82         if (!_tail) {
  83                 _tail.reset (new AudioBuffers (in->channels(), _M + 1));
  84                 _tail->make_silent ();
  85         }
  86
  87         int const channels = in->channels ();
  88         int const frames = in->frames ();
  89
  90         for (int i = 0; i < channels; ++i) {
  91                 float* tail_p = _tail->data (i);
  92                 float* in_p = in->data (i);
  93                 float* out_p = out->data (i);
  94                 for (int j = 0; j < frames; ++j) {
  95                         float s = 0;
  96                         for (int k = 0; k <= _M; ++k) {
  97                                 if ((j - k) < 0) {
  98                                         s += tail_p[j - k + _M + 1] * _ir[k];
  99                                 } else {
 100                                         s += in_p[j - k] * _ir[k];
 101                                 }
 102                         }
 103
 104                         out_p[j] = s;
 105                 }
 106         }
 107
 108         int const amount = min (in->frames(), _tail->frames());
 109         if (amount < _tail->frames ()) {
 110                 _tail->move (amount, 0, _tail->frames() - amount);
 111         }
 112         _tail->copy_from (in.get(), amount, in->frames() - amount, _tail->frames () - amount);
 113
 114         return out;
 115 }
 116
 117 void
 118 AudioFilter::flush ()
 119 {
 120         _tail.reset ();
 121 }
 122
 123 LowPassAudioFilter::LowPassAudioFilter (float transition_bandwidth, float cutoff)
 124         : AudioFilter (transition_bandwidth)
 125 {
 126         _ir = sinc_blackman (cutoff, false);
 127 }
 128
 129
 130 HighPassAudioFilter::HighPassAudioFilter (float transition_bandwidth, float cutoff)
 131         : AudioFilter (transition_bandwidth)
 132 {
 133         _ir = sinc_blackman (cutoff, true);
 134 }
 135
 136 BandPassAudioFilter::BandPassAudioFilter (float transition_bandwidth, float lower, float higher)
 137         : AudioFilter (transition_bandwidth)
 138 {
 139         float* lpf = sinc_blackman (lower, false);
 140         float* hpf = sinc_blackman (higher, true);
 141
 142         delete[] _ir;
 143         _ir = new float[_M + 1];
 144         for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
 145                 _ir[i] = lpf[i] + hpf[i];
 146         }
 147
 148         delete[] lpf;
 149         delete[] hpf;
 150
 151         /* We now have a band-stop, so invert for band-pass */
 152         for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
 153                 _ir[i] = -_ir[i];
 154         }
 155
 156         _ir[_M / 2] += 1;
 157 }