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 "maths_util.h"
  25 #include "util.h"
  26 #include <cmath>
  27
  28
  29 using std::make_shared;
  30 using std::min;
  31 using std::shared_ptr;
  32
  33
  34 std::vector<float>
  35 AudioFilter::sinc_blackman (float cutoff, bool invert) const
  36 {
  37         auto ir = std::vector<float>();
  38         ir.resize(_M + 1);
  39
  40         /* Impulse response */
  41
  42         for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
  43                 if (i == (_M / 2)) {
  44                         ir[i] = 2 * M_PI * cutoff;
  45                 } else {
  46                         /* sinc */
  47                         ir[i] = sin (2 * M_PI * cutoff * (i - _M / 2)) / (i - _M / 2);
  48                         /* Blackman window */
  49                         ir[i] *= (0.42 - 0.5 * cos (2 * M_PI * i / _M) + 0.08 * cos (4 * M_PI * i / _M));
  50                 }
  51         }
  52
  53         /* Normalise */
  54
  55         float sum = 0;
  56         for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
  57                 sum += ir[i];
  58         }
  59
  60         for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
  61                 ir[i] /= sum;
  62         }
  63
  64         /* Frequency inversion (swapping low-pass for high-pass, or whatever) */
  65
  66         if (invert) {
  67                 for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
  68                         ir[i] = -ir[i];
  69                 }
  70                 ir[_M / 2] += 1;
  71         }
  72
  73         return ir;
  74 }
  75
  76
  77 shared_ptr<AudioBuffers>
  78 AudioFilter::run (shared_ptr<const AudioBuffers> in)
  79 {
  80         auto out = make_shared<AudioBuffers>(in->channels(), in->frames());
  81
  82         if (!_tail) {
  83                 _tail = make_shared<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                 auto tail_p = _tail->data (i);
  92                 auto in_p = in->data (i);
  93                 auto 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 (_tail->frames() - amount, amount, 0);
 111         }
 112         _tail->copy_from (in.get(), amount, in->frames() - amount, _tail->frames () - amount);
 113
 114         return out;
 115 }
 116
 117
 118 void
 119 AudioFilter::flush ()
 120 {
 121         _tail.reset ();
 122 }
 123
 124
 125 LowPassAudioFilter::LowPassAudioFilter (float transition_bandwidth, float cutoff)
 126         : AudioFilter (transition_bandwidth)
 127 {
 128         _ir = sinc_blackman (cutoff, false);
 129 }
 130
 131
 132 HighPassAudioFilter::HighPassAudioFilter (float transition_bandwidth, float cutoff)
 133         : AudioFilter (transition_bandwidth)
 134 {
 135         _ir = sinc_blackman (cutoff, true);
 136 }
 137
 138
 139 BandPassAudioFilter::BandPassAudioFilter (float transition_bandwidth, float lower, float higher)
 140         : AudioFilter (transition_bandwidth)
 141 {
 142         auto lpf = sinc_blackman (lower, false);
 143         auto hpf = sinc_blackman (higher, true);
 144
 145         _ir.resize(_M + 1);
 146         for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
 147                 _ir[i] = lpf[i] + hpf[i];
 148         }
 149
 150         /* We now have a band-stop, so invert for band-pass */
 151         for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
 152                 _ir[i] = -_ir[i];
 153         }
 154
 155         _ir[_M / 2] += 1;
 156 }