avfilter/vf_thumbnail_cuda: Avoid mixing declaration and statements
[ffmpeg.git] / libavfilter / af_afftfilt.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2016 Paul B Mahol
3  *
4  * This file is part of FFmpeg.
5  *
6  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or modify it
7  * under the terms of the GNU Lesser General Public License as published
8  * by the Free Software Foundation; either version 2.1 of the License,
9  * or (at your option) any later version.
10  *
11  * FFmpeg 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 GNU
14  * Lesser General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
17  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
19  */
20
21 #include "libavutil/audio_fifo.h"
22 #include "libavutil/avstring.h"
23 #include "libavfilter/internal.h"
24 #include "libavutil/common.h"
25 #include "libavutil/opt.h"
26 #include "libavcodec/avfft.h"
27 #include "libavutil/eval.h"
28 #include "audio.h"
29 #include "window_func.h"
30
31 typedef struct AFFTFiltContext {
32     const AVClass *class;
33     char *real_str;
34     char *img_str;
35     int fft_bits;
36
37     FFTContext *fft, *ifft;
38     FFTComplex **fft_data;
39     int nb_exprs;
40     int window_size;
41     AVExpr **real;
42     AVExpr **imag;
43     AVAudioFifo *fifo;
44     int64_t pts;
45     int hop_size;
46     float overlap;
47     AVFrame *buffer;
48     int start, end;
49     int win_func;
50     float win_scale;
51     float *window_func_lut;
52 } AFFTFiltContext;
53
54 static const char *const var_names[] = {            "sr",     "b",       "nb",        "ch",        "chs",   "pts",        NULL };
55 enum                                   { VAR_SAMPLE_RATE, VAR_BIN, VAR_NBBINS, VAR_CHANNEL, VAR_CHANNELS, VAR_PTS, VAR_VARS_NB };
56
57 #define OFFSET(x) offsetof(AFFTFiltContext, x)
58 #define A AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
59
60 static const AVOption afftfilt_options[] = {
61     { "real", "set channels real expressions",       OFFSET(real_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = "1" }, 0, 0, A },
62     { "imag",  "set channels imaginary expressions", OFFSET(img_str),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = NULL }, 0, 0, A },
63     { "win_size", "set window size", OFFSET(fft_bits), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=12}, 4, 17, A, "fft" },
64         { "w16",    0, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=4},  0, 0, A, "fft" },
65         { "w32",    0, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=5},  0, 0, A, "fft" },
66         { "w64",    0, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=6},  0, 0, A, "fft" },
67         { "w128",   0, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=7},  0, 0, A, "fft" },
68         { "w256",   0, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=8},  0, 0, A, "fft" },
69         { "w512",   0, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=9},  0, 0, A, "fft" },
70         { "w1024",  0, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=10}, 0, 0, A, "fft" },
71         { "w2048",  0, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=11}, 0, 0, A, "fft" },
72         { "w4096",  0, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=12}, 0, 0, A, "fft" },
73         { "w8192",  0, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=13}, 0, 0, A, "fft" },
74         { "w16384", 0, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=14}, 0, 0, A, "fft" },
75         { "w32768", 0, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=15}, 0, 0, A, "fft" },
76         { "w65536", 0, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=16}, 0, 0, A, "fft" },
77         { "w131072",0, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=17}, 0, 0, A, "fft" },
78     { "win_func", "set window function", OFFSET(win_func), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = WFUNC_HANNING}, 0, NB_WFUNC-1, A, "win_func" },
79         { "rect",     "Rectangular",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_RECT},     0, 0, A, "win_func" },
80         { "bartlett", "Bartlett",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BARTLETT}, 0, 0, A, "win_func" },
81         { "hann",     "Hann",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, A, "win_func" },
82         { "hanning",  "Hanning",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, A, "win_func" },
83         { "hamming",  "Hamming",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HAMMING},  0, 0, A, "win_func" },
84         { "sine",     "Sine",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_SINE},     0, 0, A, "win_func" },
85     { "overlap", "set window overlap", OFFSET(overlap), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.75}, 0,  1, A },
86     { NULL },
87 };
88
89 AVFILTER_DEFINE_CLASS(afftfilt);
90
91 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
92 {
93     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
94     AFFTFiltContext *s = ctx->priv;
95     char *saveptr = NULL;
96     int ret = 0, ch, i;
97     float overlap;
98     char *args;
99     const char *last_expr = "1";
100
101     s->fft  = av_fft_init(s->fft_bits, 0);
102     s->ifft = av_fft_init(s->fft_bits, 1);
103     if (!s->fft || !s->ifft)
104         return AVERROR(ENOMEM);
105
106     s->window_size = 1 << s->fft_bits;
107
108     s->fft_data = av_calloc(inlink->channels, sizeof(*s->fft_data));
109     if (!s->fft_data)
110         return AVERROR(ENOMEM);
111
112     for (ch = 0; ch < inlink->channels; ch++) {
113         s->fft_data[ch] = av_calloc(s->window_size, sizeof(**s->fft_data));
114         if (!s->fft_data[ch])
115             return AVERROR(ENOMEM);
116     }
117
118     s->real = av_calloc(inlink->channels, sizeof(*s->real));
119     if (!s->real)
120         return AVERROR(ENOMEM);
121
122     s->imag = av_calloc(inlink->channels, sizeof(*s->imag));
123     if (!s->imag)
124         return AVERROR(ENOMEM);
125
126     args = av_strdup(s->real_str);
127     if (!args)
128         return AVERROR(ENOMEM);
129
130     for (ch = 0; ch < inlink->channels; ch++) {
131         char *arg = av_strtok(ch == 0 ? args : NULL, "|", &saveptr);
132
133         ret = av_expr_parse(&s->real[ch], arg ? arg : last_expr, var_names,
134                             NULL, NULL, NULL, NULL, 0, ctx);
135         if (ret < 0)
136             break;
137         if (arg)
138             last_expr = arg;
139         s->nb_exprs++;
140     }
141
142     av_free(args);
143
144     args = av_strdup(s->img_str ? s->img_str : s->real_str);
145     if (!args)
146         return AVERROR(ENOMEM);
147
148     for (ch = 0; ch < inlink->channels; ch++) {
149         char *arg = av_strtok(ch == 0 ? args : NULL, "|", &saveptr);
150
151         ret = av_expr_parse(&s->imag[ch], arg ? arg : last_expr, var_names,
152                             NULL, NULL, NULL, NULL, 0, ctx);
153         if (ret < 0)
154             break;
155         if (arg)
156             last_expr = arg;
157     }
158
159     av_free(args);
160
161     s->fifo = av_audio_fifo_alloc(inlink->format, inlink->channels, s->window_size);
162     if (!s->fifo)
163         return AVERROR(ENOMEM);
164
165     s->window_func_lut = av_realloc_f(s->window_func_lut, s->window_size,
166                                       sizeof(*s->window_func_lut));
167     if (!s->window_func_lut)
168         return AVERROR(ENOMEM);
169     generate_window_func(s->window_func_lut, s->window_size, s->win_func, &overlap);
170     if (s->overlap == 1)
171         s->overlap = overlap;
172
173     for (s->win_scale = 0, i = 0; i < s->window_size; i++) {
174         s->win_scale += s->window_func_lut[i] * s->window_func_lut[i];
175     }
176
177     s->hop_size = s->window_size * (1 - s->overlap);
178     if (s->hop_size <= 0)
179         return AVERROR(EINVAL);
180
181     s->buffer = ff_get_audio_buffer(inlink, s->window_size * 2);
182     if (!s->buffer)
183         return AVERROR(ENOMEM);
184
185     return ret;
186 }
187
188 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *frame)
189 {
190     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
191     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
192     AFFTFiltContext *s = ctx->priv;
193     const int window_size = s->window_size;
194     const float f = 1. / s->win_scale;
195     double values[VAR_VARS_NB];
196     AVFrame *out, *in = NULL;
197     int ch, n, ret, i, j, k;
198     int start = s->start, end = s->end;
199
200     av_audio_fifo_write(s->fifo, (void **)frame->extended_data, frame->nb_samples);
201     av_frame_free(&frame);
202
203     while (av_audio_fifo_size(s->fifo) >= window_size) {
204         if (!in) {
205             in = ff_get_audio_buffer(outlink, window_size);
206             if (!in)
207                 return AVERROR(ENOMEM);
208         }
209
210         ret = av_audio_fifo_peek(s->fifo, (void **)in->extended_data, window_size);
211         if (ret < 0)
212             break;
213
214         for (ch = 0; ch < inlink->channels; ch++) {
215             const float *src = (float *)in->extended_data[ch];
216             FFTComplex *fft_data = s->fft_data[ch];
217
218             for (n = 0; n < in->nb_samples; n++) {
219                 fft_data[n].re = src[n] * s->window_func_lut[n];
220                 fft_data[n].im = 0;
221             }
222
223             for (; n < window_size; n++) {
224                 fft_data[n].re = 0;
225                 fft_data[n].im = 0;
226             }
227         }
228
229         values[VAR_PTS]         = s->pts;
230         values[VAR_SAMPLE_RATE] = inlink->sample_rate;
231         values[VAR_NBBINS]      = window_size / 2;
232         values[VAR_CHANNELS]    = inlink->channels;
233
234         for (ch = 0; ch < inlink->channels; ch++) {
235             FFTComplex *fft_data = s->fft_data[ch];
236             float *buf = (float *)s->buffer->extended_data[ch];
237             int x;
238
239             values[VAR_CHANNEL] = ch;
240
241             av_fft_permute(s->fft, fft_data);
242             av_fft_calc(s->fft, fft_data);
243
244             for (n = 0; n < window_size / 2; n++) {
245                 float fr, fi;
246
247                 values[VAR_BIN] = n;
248
249                 fr = av_expr_eval(s->real[ch], values, s);
250                 fi = av_expr_eval(s->imag[ch], values, s);
251
252                 fft_data[n].re *= fr;
253                 fft_data[n].im *= fi;
254             }
255
256             for (n = window_size / 2 + 1, x = window_size / 2 - 1; n < window_size; n++, x--) {
257                 fft_data[n].re =  fft_data[x].re;
258                 fft_data[n].im = -fft_data[x].im;
259             }
260
261             av_fft_permute(s->ifft, fft_data);
262             av_fft_calc(s->ifft, fft_data);
263
264             start = s->start;
265             end = s->end;
266             k = end;
267             for (i = 0, j = start; j < k && i < window_size; i++, j++) {
268                 buf[j] += s->fft_data[ch][i].re * f;
269             }
270
271             for (; i < window_size; i++, j++) {
272                 buf[j] = s->fft_data[ch][i].re * f;
273             }
274
275             start += s->hop_size;
276             end = j;
277         }
278
279         s->start = start;
280         s->end = end;
281
282         if (start >= window_size) {
283             float *dst, *buf;
284
285             start -= window_size;
286             end   -= window_size;
287
288             s->start = start;
289             s->end = end;
290
291             out = ff_get_audio_buffer(outlink, window_size);
292             if (!out) {
293                 ret = AVERROR(ENOMEM);
294                 break;
295             }
296
297             out->pts = s->pts;
298             s->pts += window_size;
299
300             for (ch = 0; ch < inlink->channels; ch++) {
301                 dst = (float *)out->extended_data[ch];
302                 buf = (float *)s->buffer->extended_data[ch];
303
304                 for (n = 0; n < window_size; n++) {
305                     dst[n] = buf[n] * (1 - s->overlap);
306                 }
307                 memmove(buf, buf + window_size, window_size * 4);
308             }
309
310             ret = ff_filter_frame(outlink, out);
311             if (ret < 0)
312                 break;
313         }
314
315         av_audio_fifo_drain(s->fifo, s->hop_size);
316     }
317
318     av_frame_free(&in);
319     return ret;
320 }
321
322 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
323 {
324     AVFilterFormats *formats;
325     AVFilterChannelLayouts *layouts;
326     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = {
327         AV_SAMPLE_FMT_FLTP,
328         AV_SAMPLE_FMT_NONE
329     };
330     int ret;
331
332     layouts = ff_all_channel_counts();
333     if (!layouts)
334         return AVERROR(ENOMEM);
335     ret = ff_set_common_channel_layouts(ctx, layouts);
336     if (ret < 0)
337         return ret;
338
339     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
340     if (!formats)
341         return AVERROR(ENOMEM);
342     ret = ff_set_common_formats(ctx, formats);
343     if (ret < 0)
344         return ret;
345
346     formats = ff_all_samplerates();
347     if (!formats)
348         return AVERROR(ENOMEM);
349     return ff_set_common_samplerates(ctx, formats);
350 }
351
352 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
353 {
354     AFFTFiltContext *s = ctx->priv;
355     int i;
356
357     av_fft_end(s->fft);
358     av_fft_end(s->ifft);
359
360     for (i = 0; i < s->nb_exprs; i++) {
361         if (s->fft_data)
362             av_freep(&s->fft_data[i]);
363     }
364     av_freep(&s->fft_data);
365
366     for (i = 0; i < s->nb_exprs; i++) {
367         av_expr_free(s->real[i]);
368         av_expr_free(s->imag[i]);
369     }
370
371     av_freep(&s->real);
372     av_freep(&s->imag);
373     av_frame_free(&s->buffer);
374     av_freep(&s->window_func_lut);
375
376     av_audio_fifo_free(s->fifo);
377 }
378
379 static const AVFilterPad inputs[] = {
380     {
381         .name         = "default",
382         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
383         .config_props = config_input,
384         .filter_frame = filter_frame,
385     },
386     { NULL }
387 };
388
389 static const AVFilterPad outputs[] = {
390     {
391         .name = "default",
392         .type = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
393     },
394     { NULL }
395 };
396
397 AVFilter ff_af_afftfilt = {
398     .name            = "afftfilt",
399     .description     = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply arbitrary expressions to samples in frequency domain."),
400     .priv_size       = sizeof(AFFTFiltContext),
401     .priv_class      = &afftfilt_class,
402     .inputs          = inputs,
403     .outputs         = outputs,
404     .query_formats   = query_formats,
405     .uninit          = uninit,
406 };