src/lib/audio_filter.cc

   1 /*
   2     Copyright (C) 2014 Carl Hetherington <cth@carlh.net>
   3
   4     This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   5     it under the terms of the GNU General Public License as published by
   6     the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   7     (at your option) any later version.
   8
   9     This program is distributed in the hope that it will be useful,
  10     but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  12     GNU General Public License for more details.
  13
  14     You should have received a copy of the GNU General Public License
  15     along with this program; if not, write to the Free Software
  16     Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  17
  18 */
  19
  20 #include <cmath>
  21 #include "audio_filter.h"
  22 #include "audio_buffers.h"
  23
  24 using std::vector;
  25 using std::min;
  26 using boost::shared_ptr;
  27
  28 vector<float>
  29 AudioFilter::sinc_blackman (float cutoff, bool invert) const
  30 {
  31         vector<float> ir (_M + 1);
  32
  33         /* Impulse response */
  34
  35         for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
  36                 if (i == (_M / 2)) {
  37                         ir[i] = 2 * M_PI * cutoff;
  38                 } else {
  39                         /* sinc */
  40                         ir[i] = sin (2 * M_PI * cutoff * (i - _M / 2)) / (i - _M / 2);
  41                         /* Blackman window */
  42                         ir[i] *= (0.42 - 0.5 * cos (2 * M_PI * i / _M) + 0.08 * cos (4 * M_PI * i / _M));
  43                 }
  44         }
  45
  46         /* Normalise */
  47
  48         float sum = 0;
  49         for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
  50                 sum += ir[i];
  51         }
  52
  53         for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
  54                 ir[i] /= sum;
  55         }
  56
  57         /* Frequency inversion (swapping low-pass for high-pass, or whatever) */
  58
  59         if (invert) {
  60                 for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
  61                         ir[i] = -ir[i];
  62                 }
  63                 ir[_M / 2] += 1;
  64         }
  65
  66         return ir;
  67 }
  68
  69 shared_ptr<AudioBuffers>
  70 AudioFilter::run (shared_ptr<AudioBuffers> in)
  71 {
  72         shared_ptr<AudioBuffers> out (new AudioBuffers (in->channels(), in->frames()));
  73
  74         if (!_tail) {
  75                 _tail.reset (new AudioBuffers (in->channels(), _M + 1));
  76                 _tail->make_silent ();
  77         }
  78
  79         for (int i = 0; i < in->channels(); ++i) {
  80                 for (int j = 0; j < in->frames(); ++j) {
  81                         float s = 0;
  82                         for (int k = 0; k <= _M; ++k) {
  83                                 if ((j - k) < 0) {
  84                                         s += _tail->data(i)[j - k + _M + 1] * _ir[k];
  85                                 } else {
  86                                         s += in->data(i)[j - k] * _ir[k];
  87                                 }
  88                         }
  89
  90                         out->data(i)[j] = s;
  91                 }
  92         }
  93
  94         int const amount = min (in->frames(), _tail->frames());
  95         if (amount < _tail->frames ()) {
  96                 _tail->move (amount, 0, _tail->frames() - amount);
  97         }
  98         _tail->copy_from (in.get(), amount, in->frames() - amount, _tail->frames () - amount);
  99
 100         return out;
 101 }
 102
 103 void
 104 AudioFilter::flush ()
 105 {
 106         _tail.reset ();
 107 }
 108
 109 LowPassAudioFilter::LowPassAudioFilter (float transition_bandwidth, float cutoff)
 110         : AudioFilter (transition_bandwidth)
 111 {
 112         _ir = sinc_blackman (cutoff, false);
 113 }
 114
 115
 116 HighPassAudioFilter::HighPassAudioFilter (float transition_bandwidth, float cutoff)
 117         : AudioFilter (transition_bandwidth)
 118 {
 119         _ir = sinc_blackman (cutoff, true);
 120 }
 121
 122 BandPassAudioFilter::BandPassAudioFilter (float transition_bandwidth, float lower, float higher)
 123         : AudioFilter (transition_bandwidth)
 124 {
 125         vector<float> lpf = sinc_blackman (lower, false);
 126         vector<float> hpf = sinc_blackman (higher, true);
 127
 128         _ir.resize (_M + 1);
 129         for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
 130                 _ir[i] = lpf[i] + hpf[i];
 131         }
 132
 133         /* We now have a band-stop, so invert for band-pass */
 134         for (int i = 0; i <= _M; ++i) {
 135                 _ir[i] = -_ir[i];
 136         }
 137
 138         _ir[_M / 2] += 1;
 139 }