src/lib/audio_filter.cc

   1 /*
   2     Copyright (C) 2014-2021 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
  22 #include "audio_filter.h"
  23 #include "audio_buffers.h"
  24 #include "util.h"
  25 #include <cmath>
  26
  27
  28 using std::make_shared;
  29 using std::min;
  30 using std::shared_ptr;
  31
  32
  33 std::vector<float>
  34 AudioFilter::sinc_blackman (float cutoff, bool invert) const
  35 {
  36         auto ir = std::vector<float>();
  37         ir.reserve(_M + 1);
  38
  39         /* Impulse response */
  40
  41         for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
  42                 if (i == (_M / 2)) {
  43                         ir[i] = 2 * M_PI * cutoff;
  44                 } else {
  45                         /* sinc */
  46                         ir[i] = sin (2 * M_PI * cutoff * (i - _M / 2)) / (i - _M / 2);
  47                         /* Blackman window */
  48                         ir[i] *= (0.42 - 0.5 * cos (2 * M_PI * i / _M) + 0.08 * cos (4 * M_PI * i / _M));
  49                 }
  50         }
  51
  52         /* Normalise */
  53
  54         float sum = 0;
  55         for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
  56                 sum += ir[i];
  57         }
  58
  59         for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
  60                 ir[i] /= sum;
  61         }
  62
  63         /* Frequency inversion (swapping low-pass for high-pass, or whatever) */
  64
  65         if (invert) {
  66                 for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
  67                         ir[i] = -ir[i];
  68                 }
  69                 ir[_M / 2] += 1;
  70         }
  71
  72         return ir;
  73 }
  74
  75
  76 shared_ptr<AudioBuffers>
  77 AudioFilter::run (shared_ptr<const AudioBuffers> in)
  78 {
  79         auto out = make_shared<AudioBuffers>(in->channels(), in->frames());
  80
  81         if (!_tail) {
  82                 _tail.reset (new AudioBuffers (in->channels(), _M + 1));
  83                 _tail->make_silent ();
  84         }
  85
  86         int const channels = in->channels ();
  87         int const frames = in->frames ();
  88
  89         for (int i = 0; i < channels; ++i) {
  90                 auto tail_p = _tail->data (i);
  91                 auto in_p = in->data (i);
  92                 auto out_p = out->data (i);
  93                 for (int j = 0; j < frames; ++j) {
  94                         float s = 0;
  95                         for (int k = 0; k <= _M; ++k) {
  96                                 if ((j - k) < 0) {
  97                                         s += tail_p[j - k + _M + 1] * _ir[k];
  98                                 } else {
  99                                         s += in_p[j - k] * _ir[k];
 100                                 }
 101                         }
 102
 103                         out_p[j] = s;
 104                 }
 105         }
 106
 107         int const amount = min (in->frames(), _tail->frames());
 108         if (amount < _tail->frames ()) {
 109                 _tail->move (_tail->frames() - amount, amount, 0);
 110         }
 111         _tail->copy_from (in.get(), amount, in->frames() - amount, _tail->frames () - amount);
 112
 113         return out;
 114 }
 115
 116
 117 void
 118 AudioFilter::flush ()
 119 {
 120         _tail.reset ();
 121 }
 122
 123
 124 LowPassAudioFilter::LowPassAudioFilter (float transition_bandwidth, float cutoff)
 125         : AudioFilter (transition_bandwidth)
 126 {
 127         _ir = sinc_blackman (cutoff, false);
 128 }
 129
 130
 131 HighPassAudioFilter::HighPassAudioFilter (float transition_bandwidth, float cutoff)
 132         : AudioFilter (transition_bandwidth)
 133 {
 134         _ir = sinc_blackman (cutoff, true);
 135 }
 136
 137
 138 BandPassAudioFilter::BandPassAudioFilter (float transition_bandwidth, float lower, float higher)
 139         : AudioFilter (transition_bandwidth)
 140 {
 141         auto lpf = sinc_blackman (lower, false);
 142         auto hpf = sinc_blackman (higher, true);
 143
 144         _ir.reserve (_M + 1);
 145         for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
 146                 _ir[i] = lpf[i] + hpf[i];
 147         }
 148
 149         /* We now have a band-stop, so invert for band-pass */
 150         for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
 151                 _ir[i] = -_ir[i];
 152         }
 153
 154         _ir[_M / 2] += 1;
 155 }