plugins/dfsound/reverb.c

   1 /***************************************************************************\r
   2                           reverb.c  -  description\r
   3                              -------------------\r
   4     begin                : Wed May 15 2002\r
   5     copyright            : (C) 2002 by Pete Bernert\r
   6     email                : BlackDove@addcom.de\r
   7 \r
   8  Portions (C) Gražvydas "notaz" Ignotas, 2010-2011\r
   9  Portions (C) SPU2-X, gigaherz, Pcsx2 Development Team\r
  10 \r
  11  ***************************************************************************/\r
  12 /***************************************************************************\r
  13  *                                                                         *\r
  14  *   This program is free software; you can redistribute it and/or modify  *\r
  15  *   it under the terms of the GNU General Public License as published by  *\r
  16  *   the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or     *\r
  17  *   (at your option) any later version. See also the license.txt file for *\r
  18  *   additional informations.                                              *\r
  19  *                                                                         *\r
  20  ***************************************************************************/\r
  21 \r
  22 #include "stdafx.h"\r
  23 #include "spu.h"\r
  24 \r
  25 #define _IN_REVERB\r
  26 \r
  27 // will be included from spu.c\r
  28 #ifdef _IN_SPU\r
  29 \r
  30 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////\r
  31 // START REVERB\r
  32 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////\r
  33 \r
  34 INLINE void StartREVERB(int ch)\r
  35 {\r
  36  if(spu.s_chan[ch].bReverb && (spu.spuCtrl&0x80))      // reverb possible?\r
  37   {\r
  38    spu.s_chan[ch].bRVBActive=!!spu_config.iUseReverb;\r
  39   }\r
  40  else spu.s_chan[ch].bRVBActive=0;                     // else -> no reverb\r
  41 }\r
  42 \r
  43 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////\r
  44 \r
  45 INLINE int rvb2ram_offs(int curr, int space, int iOff)\r
  46 {\r
  47  iOff += curr;\r
  48  if (iOff >= 0x40000) iOff -= space;\r
  49  return iOff;\r
  50 }\r
  51 \r
  52 // get_buffer content helper: takes care about wraps\r
  53 #define g_buffer(var) \\r
  54  ((int)(signed short)LE16TOH(spu.spuMem[rvb2ram_offs(curr_addr, space, rvb->var)]))\r
  55 \r
  56 // saturate iVal and store it as var\r
  57 #define s_buffer(var, iVal) \\r
  58  ssat32_to_16(iVal); \\r
  59  spu.spuMem[rvb2ram_offs(curr_addr, space, rvb->var)] = HTOLE16(iVal)\r
  60 \r
  61 #define s_buffer1(var, iVal) \\r
  62  ssat32_to_16(iVal); \\r
  63  spu.spuMem[rvb2ram_offs(curr_addr, space, rvb->var + 1)] = HTOLE16(iVal)\r
  64 \r
  65 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////\r
  66 \r
  67 // portions based on spu2-x from PCSX2\r
  68 static void MixREVERB(int *SSumLR, int *RVB, int ns_to, int curr_addr)\r
  69 {\r
  70  const REVERBInfo *rvb = spu.rvb;\r
  71  int IIR_ALPHA = rvb->IIR_ALPHA;\r
  72  int IIR_COEF = rvb->IIR_COEF;\r
  73  int space = 0x40000 - rvb->StartAddr;\r
  74  int l, r, ns;\r
  75 \r
  76  for (ns = 0; ns < ns_to * 2; )\r
  77   {\r
  78    int ACC0, ACC1, FB_A0, FB_A1, FB_B0, FB_B1;\r
  79    int mix_dest_a0, mix_dest_a1, mix_dest_b0, mix_dest_b1;\r
  80 \r
  81    int input_L = RVB[ns]   * rvb->IN_COEF_L;\r
  82    int input_R = RVB[ns+1] * rvb->IN_COEF_R;\r
  83 \r
  84    int IIR_INPUT_A0 = ((g_buffer(IIR_SRC_A0) * IIR_COEF) + input_L) >> 15;\r
  85    int IIR_INPUT_A1 = ((g_buffer(IIR_SRC_A1) * IIR_COEF) + input_R) >> 15;\r
  86    int IIR_INPUT_B0 = ((g_buffer(IIR_SRC_B0) * IIR_COEF) + input_L) >> 15;\r
  87    int IIR_INPUT_B1 = ((g_buffer(IIR_SRC_B1) * IIR_COEF) + input_R) >> 15;\r
  88 \r
  89    int iir_dest_a0 = g_buffer(IIR_DEST_A0);\r
  90    int iir_dest_a1 = g_buffer(IIR_DEST_A1);\r
  91    int iir_dest_b0 = g_buffer(IIR_DEST_B0);\r
  92    int iir_dest_b1 = g_buffer(IIR_DEST_B1);\r
  93 \r
  94    int IIR_A0 = iir_dest_a0 + ((IIR_INPUT_A0 - iir_dest_a0) * IIR_ALPHA >> 15);\r
  95    int IIR_A1 = iir_dest_a1 + ((IIR_INPUT_A1 - iir_dest_a1) * IIR_ALPHA >> 15);\r
  96    int IIR_B0 = iir_dest_b0 + ((IIR_INPUT_B0 - iir_dest_b0) * IIR_ALPHA >> 15);\r
  97    int IIR_B1 = iir_dest_b1 + ((IIR_INPUT_B1 - iir_dest_b1) * IIR_ALPHA >> 15);\r
  98 \r
  99    preload(SSumLR + ns + 64*2/4 - 4);\r
 100 \r
 101    s_buffer1(IIR_DEST_A0, IIR_A0);\r
 102    s_buffer1(IIR_DEST_A1, IIR_A1);\r
 103    s_buffer1(IIR_DEST_B0, IIR_B0);\r
 104    s_buffer1(IIR_DEST_B1, IIR_B1);\r
 105 \r
 106    preload(RVB + ns + 64*2/4 - 4);\r
 107 \r
 108    ACC0 = (g_buffer(ACC_SRC_A0) * rvb->ACC_COEF_A +\r
 109            g_buffer(ACC_SRC_B0) * rvb->ACC_COEF_B +\r
 110            g_buffer(ACC_SRC_C0) * rvb->ACC_COEF_C +\r
 111            g_buffer(ACC_SRC_D0) * rvb->ACC_COEF_D) >> 15;\r
 112    ACC1 = (g_buffer(ACC_SRC_A1) * rvb->ACC_COEF_A +\r
 113            g_buffer(ACC_SRC_B1) * rvb->ACC_COEF_B +\r
 114            g_buffer(ACC_SRC_C1) * rvb->ACC_COEF_C +\r
 115            g_buffer(ACC_SRC_D1) * rvb->ACC_COEF_D) >> 15;\r
 116 \r
 117    FB_A0 = g_buffer(FB_SRC_A0);\r
 118    FB_A1 = g_buffer(FB_SRC_A1);\r
 119    FB_B0 = g_buffer(FB_SRC_B0);\r
 120    FB_B1 = g_buffer(FB_SRC_B1);\r
 121 \r
 122    mix_dest_a0 = ACC0 - ((FB_A0 * rvb->FB_ALPHA) >> 15);\r
 123    mix_dest_a1 = ACC1 - ((FB_A1 * rvb->FB_ALPHA) >> 15);\r
 124 \r
 125    mix_dest_b0 = FB_A0 + (((ACC0 - FB_A0) * rvb->FB_ALPHA - FB_B0 * rvb->FB_X) >> 15);\r
 126    mix_dest_b1 = FB_A1 + (((ACC1 - FB_A1) * rvb->FB_ALPHA - FB_B1 * rvb->FB_X) >> 15);\r
 127 \r
 128    s_buffer(MIX_DEST_A0, mix_dest_a0);\r
 129    s_buffer(MIX_DEST_A1, mix_dest_a1);\r
 130    s_buffer(MIX_DEST_B0, mix_dest_b0);\r
 131    s_buffer(MIX_DEST_B1, mix_dest_b1);\r
 132 \r
 133    l = (mix_dest_a0 + mix_dest_b0) / 2;\r
 134    r = (mix_dest_a1 + mix_dest_b1) / 2;\r
 135 \r
 136    l = (l * rvb->VolLeft)  >> 15; // 15?\r
 137    r = (r * rvb->VolRight) >> 15;\r
 138 \r
 139    SSumLR[ns++] += l;\r
 140    SSumLR[ns++] += r;\r
 141    SSumLR[ns++] += l;\r
 142    SSumLR[ns++] += r;\r
 143 \r
 144    curr_addr++;\r
 145    if (curr_addr >= 0x40000) curr_addr = rvb->StartAddr;\r
 146   }\r
 147 }\r
 148 \r
 149 static void MixREVERB_off(int *SSumLR, int ns_to, int curr_addr)\r
 150 {\r
 151  const REVERBInfo *rvb = spu.rvb;\r
 152  int space = 0x40000 - rvb->StartAddr;\r
 153  int l, r, ns;\r
 154 \r
 155  for (ns = 0; ns < ns_to * 2; )\r
 156   {\r
 157    preload(SSumLR + ns + 64*2/4 - 4);\r
 158 \r
 159    l = (g_buffer(MIX_DEST_A0) + g_buffer(MIX_DEST_B0)) / 2;\r
 160    r = (g_buffer(MIX_DEST_A1) + g_buffer(MIX_DEST_B1)) / 2;\r
 161 \r
 162    l = (l * rvb->VolLeft)  >> 15;\r
 163    r = (r * rvb->VolRight) >> 15;\r
 164 \r
 165    SSumLR[ns++] += l;\r
 166    SSumLR[ns++] += r;\r
 167    SSumLR[ns++] += l;\r
 168    SSumLR[ns++] += r;\r
 169 \r
 170    curr_addr++;\r
 171    if (curr_addr >= 0x40000) curr_addr = rvb->StartAddr;\r
 172   }\r
 173 }\r
 174 \r
 175 static void REVERBPrep(void)\r
 176 {\r
 177  REVERBInfo *rvb = spu.rvb;\r
 178  int space, t;\r
 179 \r
 180  t = regAreaGet(H_SPUReverbAddr);\r
 181  if (t == 0xFFFF || t <= 0x200)\r
 182   spu.rvb->StartAddr = spu.rvb->CurrAddr = 0;\r
 183  else if (spu.rvb->StartAddr != (t << 2))\r
 184   spu.rvb->StartAddr = spu.rvb->CurrAddr = t << 2;\r
 185 \r
 186  space = 0x40000 - rvb->StartAddr;\r
 187 \r
 188  #define prep_offs(v, r) \\r
 189    t = spu.regArea[(0x1c0 + r) >> 1] * 4; \\r
 190    while (t >= space) \\r
 191      t -= space; \\r
 192    rvb->v = t\r
 193  #define prep_offs2(d, r1, r2) \\r
 194    t = spu.regArea[(0x1c0 + r1) >> 1] * 4; \\r
 195    t -= spu.regArea[(0x1c0 + r2) >> 1] * 4; \\r
 196    while (t < 0) \\r
 197      t += space; \\r
 198    while (t >= space) \\r
 199      t -= space; \\r
 200    rvb->d = t\r
 201 \r
 202  prep_offs(IIR_SRC_A0, 32);\r
 203  prep_offs(IIR_SRC_A1, 34);\r
 204  prep_offs(IIR_SRC_B0, 36);\r
 205  prep_offs(IIR_SRC_B1, 38);\r
 206  prep_offs(IIR_DEST_A0, 20);\r
 207  prep_offs(IIR_DEST_A1, 22);\r
 208  prep_offs(IIR_DEST_B0, 36);\r
 209  prep_offs(IIR_DEST_B1, 38);\r
 210  prep_offs(ACC_SRC_A0, 24);\r
 211  prep_offs(ACC_SRC_A1, 26);\r
 212  prep_offs(ACC_SRC_B0, 28);\r
 213  prep_offs(ACC_SRC_B1, 30);\r
 214  prep_offs(ACC_SRC_C0, 40);\r
 215  prep_offs(ACC_SRC_C1, 42);\r
 216  prep_offs(ACC_SRC_D0, 44);\r
 217  prep_offs(ACC_SRC_D1, 46);\r
 218  prep_offs(MIX_DEST_A0, 52);\r
 219  prep_offs(MIX_DEST_A1, 54);\r
 220  prep_offs(MIX_DEST_B0, 56);\r
 221  prep_offs(MIX_DEST_B1, 58);\r
 222  prep_offs2(FB_SRC_A0, 52, 0);\r
 223  prep_offs2(FB_SRC_A1, 54, 0);\r
 224  prep_offs2(FB_SRC_B0, 56, 2);\r
 225  prep_offs2(FB_SRC_B1, 58, 2);\r
 226 \r
 227 #undef prep_offs\r
 228 #undef prep_offs2\r
 229  rvb->dirty = 0;\r
 230 }\r
 231 \r
 232 INLINE void REVERBDo(int *SSumLR, int *RVB, int ns_to, int curr_addr)\r
 233 {\r
 234  if (spu.spuCtrl & 0x80)                               // -> reverb on? oki\r
 235  {\r
 236   MixREVERB(SSumLR, RVB, ns_to, curr_addr);\r
 237  }\r
 238  else if (spu.rvb->VolLeft || spu.rvb->VolRight)\r
 239  {\r
 240   MixREVERB_off(SSumLR, ns_to, curr_addr);\r
 241  }\r
 242 }\r
 243 \r
 244 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////\r
 245 \r
 246 #endif\r
 247 \r
 248 /*\r
 249 -----------------------------------------------------------------------------\r
 250 PSX reverb hardware notes\r
 251 by Neill Corlett\r
 252 -----------------------------------------------------------------------------\r
 253 \r
 254 Yadda yadda disclaimer yadda probably not perfect yadda well it's okay anyway\r
 255 yadda yadda.\r
 256 \r
 257 -----------------------------------------------------------------------------\r
 258 \r
 259 Basics\r
 260 ------\r
 261 \r
 262 - The reverb buffer is 22khz 16-bit mono PCM.\r
 263 - It starts at the reverb address given by 1DA2, extends to\r
 264   the end of sound RAM, and wraps back to the 1DA2 address.\r
 265 \r
 266 Setting the address at 1DA2 resets the current reverb work address.\r
 267 \r
 268 This work address ALWAYS increments every 1/22050 sec., regardless of\r
 269 whether reverb is enabled (bit 7 of 1DAA set).\r
 270 \r
 271 And the contents of the reverb buffer ALWAYS play, scaled by the\r
 272 "reverberation depth left/right" volumes (1D84/1D86).\r
 273 (which, by the way, appear to be scaled so 3FFF=approx. 1.0, 4000=-1.0)\r
 274 \r
 275 -----------------------------------------------------------------------------\r
 276 \r
 277 Register names\r
 278 --------------\r
 279 \r
 280 These are probably not their real names.\r
 281 These are probably not even correct names.\r
 282 We will use them anyway, because we can.\r
 283 \r
 284 1DC0: FB_SRC_A       (offset)\r
 285 1DC2: FB_SRC_B       (offset)\r
 286 1DC4: IIR_ALPHA      (coef.)\r
 287 1DC6: ACC_COEF_A     (coef.)\r
 288 1DC8: ACC_COEF_B     (coef.)\r
 289 1DCA: ACC_COEF_C     (coef.)\r
 290 1DCC: ACC_COEF_D     (coef.)\r
 291 1DCE: IIR_COEF       (coef.)\r
 292 1DD0: FB_ALPHA       (coef.)\r
 293 1DD2: FB_X           (coef.)\r
 294 1DD4: IIR_DEST_A0    (offset)\r
 295 1DD6: IIR_DEST_A1    (offset)\r
 296 1DD8: ACC_SRC_A0     (offset)\r
 297 1DDA: ACC_SRC_A1     (offset)\r
 298 1DDC: ACC_SRC_B0     (offset)\r
 299 1DDE: ACC_SRC_B1     (offset)\r
 300 1DE0: IIR_SRC_A0     (offset)\r
 301 1DE2: IIR_SRC_A1     (offset)\r
 302 1DE4: IIR_DEST_B0    (offset)\r
 303 1DE6: IIR_DEST_B1    (offset)\r
 304 1DE8: ACC_SRC_C0     (offset)\r
 305 1DEA: ACC_SRC_C1     (offset)\r
 306 1DEC: ACC_SRC_D0     (offset)\r
 307 1DEE: ACC_SRC_D1     (offset)\r
 308 1DF0: IIR_SRC_B1     (offset)\r
 309 1DF2: IIR_SRC_B0     (offset)\r
 310 1DF4: MIX_DEST_A0    (offset)\r
 311 1DF6: MIX_DEST_A1    (offset)\r
 312 1DF8: MIX_DEST_B0    (offset)\r
 313 1DFA: MIX_DEST_B1    (offset)\r
 314 1DFC: IN_COEF_L      (coef.)\r
 315 1DFE: IN_COEF_R      (coef.)\r
 316 \r
 317 The coefficients are signed fractional values.\r
 318 -32768 would be -1.0\r
 319  32768 would be  1.0 (if it were possible... the highest is of course 32767)\r
 320 \r
 321 The offsets are (byte/8) offsets into the reverb buffer.\r
 322 i.e. you multiply them by 8, you get byte offsets.\r
 323 You can also think of them as (samples/4) offsets.\r
 324 They appear to be signed.  They can be negative.\r
 325 None of the documented presets make them negative, though.\r
 326 \r
 327 Yes, 1DF0 and 1DF2 appear to be backwards.  Not a typo.\r
 328 \r
 329 -----------------------------------------------------------------------------\r
 330 \r
 331 What it does\r
 332 ------------\r
 333 \r
 334 We take all reverb sources:\r
 335 - regular channels that have the reverb bit on\r
 336 - cd and external sources, if their reverb bits are on\r
 337 and mix them into one stereo 44100hz signal.\r
 338 \r
 339 Lowpass/downsample that to 22050hz.  The PSX uses a proper bandlimiting\r
 340 algorithm here, but I haven't figured out the hysterically exact specifics.\r
 341 I use an 8-tap filter with these coefficients, which are nice but probably\r
 342 not the real ones:\r
 343 \r
 344 0.037828187894\r
 345 0.157538631280\r
 346 0.321159685278\r
 347 0.449322115345\r
 348 0.449322115345\r
 349 0.321159685278\r
 350 0.157538631280\r
 351 0.037828187894\r
 352 \r
 353 So we have two input samples (INPUT_SAMPLE_L, INPUT_SAMPLE_R) every 22050hz.\r
 354 \r
 355 * IN MY EMULATION, I divide these by 2 to make it clip less.\r
 356   (and of course the L/R output coefficients are adjusted to compensate)\r
 357   The real thing appears to not do this.\r
 358 \r
 359 At every 22050hz tick:\r
 360 - If the reverb bit is enabled (bit 7 of 1DAA), execute the reverb\r
 361   steady-state algorithm described below\r
 362 - AFTERWARDS, retrieve the "wet out" L and R samples from the reverb buffer\r
 363   (This part may not be exactly right and I guessed at the coefs. TODO: check later.)\r
 364   L is: 0.333 * (buffer[MIX_DEST_A0] + buffer[MIX_DEST_B0])\r
 365   R is: 0.333 * (buffer[MIX_DEST_A1] + buffer[MIX_DEST_B1])\r
 366 - Advance the current buffer position by 1 sample\r
 367 \r
 368 The wet out L and R are then upsampled to 44100hz and played at the\r
 369 "reverberation depth left/right" (1D84/1D86) volume, independent of the main\r
 370 volume.\r
 371 \r
 372 -----------------------------------------------------------------------------\r
 373 \r
 374 Reverb steady-state\r
 375 -------------------\r
 376 \r
 377 The reverb steady-state algorithm is fairly clever, and of course by\r
 378 "clever" I mean "batshit insane".\r
 379 \r
 380 buffer[x] is relative to the current buffer position, not the beginning of\r
 381 the buffer.  Note that all buffer offsets must wrap around so they're\r
 382 contained within the reverb work area.\r
 383 \r
 384 Clipping is performed at the end... maybe also sooner, but definitely at\r
 385 the end.\r
 386 \r
 387 IIR_INPUT_A0 = buffer[IIR_SRC_A0] * IIR_COEF + INPUT_SAMPLE_L * IN_COEF_L;\r
 388 IIR_INPUT_A1 = buffer[IIR_SRC_A1] * IIR_COEF + INPUT_SAMPLE_R * IN_COEF_R;\r
 389 IIR_INPUT_B0 = buffer[IIR_SRC_B0] * IIR_COEF + INPUT_SAMPLE_L * IN_COEF_L;\r
 390 IIR_INPUT_B1 = buffer[IIR_SRC_B1] * IIR_COEF + INPUT_SAMPLE_R * IN_COEF_R;\r
 391 \r
 392 IIR_A0 = IIR_INPUT_A0 * IIR_ALPHA + buffer[IIR_DEST_A0] * (1.0 - IIR_ALPHA);\r
 393 IIR_A1 = IIR_INPUT_A1 * IIR_ALPHA + buffer[IIR_DEST_A1] * (1.0 - IIR_ALPHA);\r
 394 IIR_B0 = IIR_INPUT_B0 * IIR_ALPHA + buffer[IIR_DEST_B0] * (1.0 - IIR_ALPHA);\r
 395 IIR_B1 = IIR_INPUT_B1 * IIR_ALPHA + buffer[IIR_DEST_B1] * (1.0 - IIR_ALPHA);\r
 396 \r
 397 buffer[IIR_DEST_A0 + 1sample] = IIR_A0;\r
 398 buffer[IIR_DEST_A1 + 1sample] = IIR_A1;\r
 399 buffer[IIR_DEST_B0 + 1sample] = IIR_B0;\r
 400 buffer[IIR_DEST_B1 + 1sample] = IIR_B1;\r
 401 \r
 402 ACC0 = buffer[ACC_SRC_A0] * ACC_COEF_A +\r
 403        buffer[ACC_SRC_B0] * ACC_COEF_B +\r
 404        buffer[ACC_SRC_C0] * ACC_COEF_C +\r
 405        buffer[ACC_SRC_D0] * ACC_COEF_D;\r
 406 ACC1 = buffer[ACC_SRC_A1] * ACC_COEF_A +\r
 407        buffer[ACC_SRC_B1] * ACC_COEF_B +\r
 408        buffer[ACC_SRC_C1] * ACC_COEF_C +\r
 409        buffer[ACC_SRC_D1] * ACC_COEF_D;\r
 410 \r
 411 FB_A0 = buffer[MIX_DEST_A0 - FB_SRC_A];\r
 412 FB_A1 = buffer[MIX_DEST_A1 - FB_SRC_A];\r
 413 FB_B0 = buffer[MIX_DEST_B0 - FB_SRC_B];\r
 414 FB_B1 = buffer[MIX_DEST_B1 - FB_SRC_B];\r
 415 \r
 416 buffer[MIX_DEST_A0] = ACC0 - FB_A0 * FB_ALPHA;\r
 417 buffer[MIX_DEST_A1] = ACC1 - FB_A1 * FB_ALPHA;\r
 418 buffer[MIX_DEST_B0] = (FB_ALPHA * ACC0) - FB_A0 * (FB_ALPHA^0x8000) - FB_B0 * FB_X;\r
 419 buffer[MIX_DEST_B1] = (FB_ALPHA * ACC1) - FB_A1 * (FB_ALPHA^0x8000) - FB_B1 * FB_X;\r
 420 \r
 421 -----------------------------------------------------------------------------\r
 422 */\r
 423 \r
 424 // vim:shiftwidth=1:expandtab\r