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// Audio Backend - SIMD音频处理函数
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// 描述: 使用SIMD优化的音频处理函数集合
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// 功能: 音频混合、音量控制、格式转换、基础数学运算
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#pragma once
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#include "function_dispatcher.h"
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#include "aligned_allocator.h"
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#include <cstddef>
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#include <cstdint>
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namespace audio_backend::simd {
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// 音频格式定义
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enum class AudioFormat {
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INT16, // 16位有符号整数
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INT24, // 24位有符号整数（通常打包在int32中）
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INT32, // 32位有符号整数
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FLOAT32, // 32位浮点数
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FLOAT64 // 64位浮点数
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};
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// 音频混合函数
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// 混合两个浮点音频缓冲区
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void mix_audio_f32(const float* input1, const float* input2, float* output, size_t samples);
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// 混合多个浮点音频缓冲区
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void mix_audio_multi_f32(const float* const* inputs, size_t num_inputs, float* output, size_t samples);
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// 带权重的音频混合
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void mix_audio_weighted_f32(const float* input1, float weight1,
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const float* input2, float weight2,
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float* output, size_t samples);
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// 音量控制函数
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// 应用恒定音量倍数
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void apply_gain_f32(const float* input, float gain, float* output, size_t samples);
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// 应用渐变音量（线性插值）
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void apply_gain_ramp_f32(const float* input, float start_gain, float end_gain,
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float* output, size_t samples);
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// 应用每个样本不同的音量
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void apply_gain_per_sample_f32(const float* input, const float* gains,
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float* output, size_t samples);
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// 音频格式转换函数
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// 16位整数转32位浮点数
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void convert_i16_to_f32(const int16_t* input, float* output, size_t samples);
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// 32位浮点数转16位整数
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void convert_f32_to_i16(const float* input, int16_t* output, size_t samples);
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// 32位整数转32位浮点数
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void convert_i32_to_f32(const int32_t* input, float* output, size_t samples);
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// 32位浮点数转32位整数
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void convert_f32_to_i32(const float* input, int32_t* output, size_t samples);
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// 单声道转立体声（复制）
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void mono_to_stereo_f32(const float* input, float* output, size_t samples);
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// 立体声转单声道（平均）
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void stereo_to_mono_f32(const float* input, float* output, size_t samples);
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// 数学运算函数
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// 向量加法
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void vector_add_f32(const float* a, const float* b, float* result, size_t samples);
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// 向量减法
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void vector_subtract_f32(const float* a, const float* b, float* result, size_t samples);
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// 向量乘法
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void vector_multiply_f32(const float* a, const float* b, float* result, size_t samples);
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// 标量乘法
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void vector_scale_f32(const float* input, float scale, float* output, size_t samples);
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// 计算RMS（均方根）
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float calculate_rms_f32(const float* input, size_t samples);
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// 计算峰值
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float calculate_peak_f32(const float* input, size_t samples);
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// 滤波器和效果函数
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// 简单低通滤波器（一阶）
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void lowpass_filter_f32(const float* input, float* output, size_t samples,
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float cutoff_freq, float sample_rate, float* state);
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// 简单高通滤波器（一阶）
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void highpass_filter_f32(const float* input, float* output, size_t samples,
|
||
float cutoff_freq, float sample_rate, float* state);
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// 延迟效果
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void delay_effect_f32(const float* input, float* output, size_t samples,
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float* delay_buffer, size_t delay_buffer_size,
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size_t delay_samples, float feedback, float* delay_index);
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// 音频分析函数
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// 检测静音
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bool detect_silence_f32(const float* input, size_t samples, float threshold = -60.0f);
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// 检测削波
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bool detect_clipping_f32(const float* input, size_t samples, float threshold = 0.99f);
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// 计算频谱能量（需要配合FFT使用）
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void calculate_spectral_energy_f32(const float* fft_output, float* energy_bands,
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size_t fft_size, size_t num_bands);
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// SIMD优化的音频缓冲区类
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template<typename T, size_t Alignment = ALIGNMENT_AVX>
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class AudioBuffer {
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public:
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AudioBuffer() = default;
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AudioBuffer(size_t channels, size_t samples)
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: channels_(channels), samples_(samples) {
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allocate(channels, samples);
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}
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void allocate(size_t channels, size_t samples) {
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channels_ = channels;
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samples_ = samples;
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size_t total_samples = channels * samples;
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buffer_.resize(total_samples);
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}
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void clear() {
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std::fill(buffer_.begin(), buffer_.end(), T{});
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}
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T* channel_data(size_t channel) {
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return buffer_.data() + channel * samples_;
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}
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const T* channel_data(size_t channel) const {
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||
return buffer_.data() + channel * samples_;
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}
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T* data() { return buffer_.data(); }
|
||
const T* data() const { return buffer_.data(); }
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||
size_t channels() const { return channels_; }
|
||
size_t samples() const { return samples_; }
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||
size_t size() const { return buffer_.size(); }
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||
bool empty() const { return buffer_.empty(); }
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// 获取交错格式的数据（LRLRLR...）
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void to_interleaved(T* output) const {
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for (size_t sample = 0; sample < samples_; ++sample) {
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||
for (size_t channel = 0; channel < channels_; ++channel) {
|
||
output[sample * channels_ + channel] =
|
||
buffer_[channel * samples_ + sample];
|
||
}
|
||
}
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||
}
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// 从交错格式填充数据
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void from_interleaved(const T* input) {
|
||
for (size_t sample = 0; sample < samples_; ++sample) {
|
||
for (size_t channel = 0; channel < channels_; ++channel) {
|
||
buffer_[channel * samples_ + sample] =
|
||
input[sample * channels_ + channel];
|
||
}
|
||
}
|
||
}
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// 检查对齐
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bool is_properly_aligned() const {
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return is_aligned<Alignment>(buffer_.data());
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||
}
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private:
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size_t channels_ = 0;
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||
size_t samples_ = 0;
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||
AlignedBuffer<T, Alignment> buffer_;
|
||
};
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// 便捷类型定义
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using AudioBufferF32 = AudioBuffer<float>;
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using AudioBufferI16 = AudioBuffer<int16_t>;
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||
using AudioBufferI32 = AudioBuffer<int32_t>;
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// 函数注册器（用于在启动时注册所有SIMD版本）
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class AudioProcessingRegistry {
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public:
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static void register_all_functions();
|
||
static void print_available_functions();
|
||
};
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// 便捷宏定义
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// 调用最优SIMD版本的宏
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#define CALL_SIMD_AUDIO_FUNCTION(name, ...) \
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CALL_SIMD_FUNCTION(decltype(name), #name, __VA_ARGS__)
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} // namespace audio_backend::simd
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