x86/sbrdsp: sign extend start and end gprs in ff_sbr_hf_gen_sse
[ffmpeg.git] / libavfilter / af_afir.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2017 Paul B Mahol
3  *
4  * This file is part of FFmpeg.
5  *
6  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
8  * License as published by the Free Software Foundation; either
9  * version 2.1 of the License, 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 /**
22  * @file
23  * An arbitrary audio FIR filter
24  */
25
26 #include "libavutil/audio_fifo.h"
27 #include "libavutil/common.h"
28 #include "libavutil/float_dsp.h"
29 #include "libavutil/opt.h"
30 #include "libavcodec/avfft.h"
31
32 #include "audio.h"
33 #include "avfilter.h"
34 #include "formats.h"
35 #include "internal.h"
36 #include "af_afir.h"
37
38 static void fcmul_add_c(float *sum, const float *t, const float *c, ptrdiff_t len)
39 {
40     int n;
41
42     for (n = 0; n < len; n++) {
43         const float cre = c[2 * n    ];
44         const float cim = c[2 * n + 1];
45         const float tre = t[2 * n    ];
46         const float tim = t[2 * n + 1];
47
48         sum[2 * n    ] += tre * cre - tim * cim;
49         sum[2 * n + 1] += tre * cim + tim * cre;
50     }
51
52     sum[2 * n] += t[2 * n] * c[2 * n];
53 }
54
55 static int fir_channel(AVFilterContext *ctx, void *arg, int ch, int nb_jobs)
56 {
57     AudioFIRContext *s = ctx->priv;
58     const float *src = (const float *)s->in[0]->extended_data[ch];
59     int index1 = (s->index + 1) % 3;
60     int index2 = (s->index + 2) % 3;
61     float *sum = s->sum[ch];
62     AVFrame *out = arg;
63     float *block;
64     float *dst;
65     int n, i, j;
66
67     memset(sum, 0, sizeof(*sum) * s->fft_length);
68     block = s->block[ch] + s->part_index * s->block_size;
69     memset(block, 0, sizeof(*block) * s->fft_length);
70
71     s->fdsp->vector_fmul_scalar(block + s->part_size, src, s->dry_gain, FFALIGN(s->nb_samples, 4));
72     emms_c();
73
74     av_rdft_calc(s->rdft[ch], block);
75     block[2 * s->part_size] = block[1];
76     block[1] = 0;
77
78     j = s->part_index;
79
80     for (i = 0; i < s->nb_partitions; i++) {
81         const int coffset = i * s->coeff_size;
82         const FFTComplex *coeff = s->coeff[ch * !s->one2many] + coffset;
83
84         block = s->block[ch] + j * s->block_size;
85         s->fcmul_add(sum, block, (const float *)coeff, s->part_size);
86
87         if (j == 0)
88             j = s->nb_partitions;
89         j--;
90     }
91
92     sum[1] = sum[2 * s->part_size];
93     av_rdft_calc(s->irdft[ch], sum);
94
95     dst = (float *)s->buffer->extended_data[ch] + index1 * s->part_size;
96     for (n = 0; n < s->part_size; n++) {
97         dst[n] += sum[n];
98     }
99
100     dst = (float *)s->buffer->extended_data[ch] + index2 * s->part_size;
101
102     memcpy(dst, sum + s->part_size, s->part_size * sizeof(*dst));
103
104     dst = (float *)s->buffer->extended_data[ch] + s->index * s->part_size;
105
106     if (out) {
107         float *ptr = (float *)out->extended_data[ch];
108         s->fdsp->vector_fmul_scalar(ptr, dst, s->gain * s->wet_gain, FFALIGN(out->nb_samples, 4));
109         emms_c();
110     }
111
112     return 0;
113 }
114
115 static int fir_frame(AudioFIRContext *s, AVFilterLink *outlink)
116 {
117     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
118     AVFrame *out = NULL;
119     int ret;
120
121     s->nb_samples = FFMIN(s->part_size, av_audio_fifo_size(s->fifo[0]));
122
123     if (!s->want_skip) {
124         out = ff_get_audio_buffer(outlink, s->nb_samples);
125         if (!out)
126             return AVERROR(ENOMEM);
127     }
128
129     s->in[0] = ff_get_audio_buffer(ctx->inputs[0], s->nb_samples);
130     if (!s->in[0]) {
131         av_frame_free(&out);
132         return AVERROR(ENOMEM);
133     }
134
135     av_audio_fifo_peek(s->fifo[0], (void **)s->in[0]->extended_data, s->nb_samples);
136
137     ctx->internal->execute(ctx, fir_channel, out, NULL, outlink->channels);
138
139     s->part_index = (s->part_index + 1) % s->nb_partitions;
140
141     av_audio_fifo_drain(s->fifo[0], s->nb_samples);
142
143     if (!s->want_skip) {
144         out->pts = s->pts;
145         if (s->pts != AV_NOPTS_VALUE)
146             s->pts += av_rescale_q(out->nb_samples, (AVRational){1, outlink->sample_rate}, outlink->time_base);
147     }
148
149     s->index++;
150     if (s->index == 3)
151         s->index = 0;
152
153     av_frame_free(&s->in[0]);
154
155     if (s->want_skip == 1) {
156         s->want_skip = 0;
157         ret = 0;
158     } else {
159         ret = ff_filter_frame(outlink, out);
160     }
161
162     return ret;
163 }
164
165 static int convert_coeffs(AVFilterContext *ctx)
166 {
167     AudioFIRContext *s = ctx->priv;
168     int i, ch, n, N;
169     float power = 0;
170
171     s->nb_taps = av_audio_fifo_size(s->fifo[1]);
172     if (s->nb_taps <= 0)
173         return AVERROR(EINVAL);
174
175     for (n = 4; (1 << n) < s->nb_taps; n++);
176     N = FFMIN(n, 16);
177     s->ir_length = 1 << n;
178     s->fft_length = (1 << (N + 1)) + 1;
179     s->part_size = 1 << (N - 1);
180     s->block_size = FFALIGN(s->fft_length, 32);
181     s->coeff_size = FFALIGN(s->part_size + 1, 32);
182     s->nb_partitions = (s->nb_taps + s->part_size - 1) / s->part_size;
183     s->nb_coeffs = s->ir_length + s->nb_partitions;
184
185     for (ch = 0; ch < ctx->inputs[0]->channels; ch++) {
186         s->sum[ch] = av_calloc(s->fft_length, sizeof(**s->sum));
187         if (!s->sum[ch])
188             return AVERROR(ENOMEM);
189     }
190
191     for (ch = 0; ch < ctx->inputs[1]->channels; ch++) {
192         s->coeff[ch] = av_calloc(s->nb_partitions * s->coeff_size, sizeof(**s->coeff));
193         if (!s->coeff[ch])
194             return AVERROR(ENOMEM);
195     }
196
197     for (ch = 0; ch < ctx->inputs[0]->channels; ch++) {
198         s->block[ch] = av_calloc(s->nb_partitions * s->block_size, sizeof(**s->block));
199         if (!s->block[ch])
200             return AVERROR(ENOMEM);
201     }
202
203     for (ch = 0; ch < ctx->inputs[0]->channels; ch++) {
204         s->rdft[ch]  = av_rdft_init(N, DFT_R2C);
205         s->irdft[ch] = av_rdft_init(N, IDFT_C2R);
206         if (!s->rdft[ch] || !s->irdft[ch])
207             return AVERROR(ENOMEM);
208     }
209
210     s->in[1] = ff_get_audio_buffer(ctx->inputs[1], s->nb_taps);
211     if (!s->in[1])
212         return AVERROR(ENOMEM);
213
214     s->buffer = ff_get_audio_buffer(ctx->inputs[0], s->part_size * 3);
215     if (!s->buffer)
216         return AVERROR(ENOMEM);
217
218     av_audio_fifo_read(s->fifo[1], (void **)s->in[1]->extended_data, s->nb_taps);
219
220     for (ch = 0; ch < ctx->inputs[1]->channels; ch++) {
221         float *time = (float *)s->in[1]->extended_data[!s->one2many * ch];
222         float *block = s->block[ch];
223         FFTComplex *coeff = s->coeff[ch];
224
225         power += s->fdsp->scalarproduct_float(time, time, s->nb_taps);
226
227         for (i = FFMAX(1, s->length * s->nb_taps); i < s->nb_taps; i++)
228             time[i] = 0;
229
230         for (i = 0; i < s->nb_partitions; i++) {
231             const float scale = 1.f / s->part_size;
232             const int toffset = i * s->part_size;
233             const int coffset = i * s->coeff_size;
234             const int boffset = s->part_size;
235             const int remaining = s->nb_taps - (i * s->part_size);
236             const int size = remaining >= s->part_size ? s->part_size : remaining;
237
238             memset(block, 0, sizeof(*block) * s->fft_length);
239             memcpy(block + boffset, time + toffset, size * sizeof(*block));
240
241             av_rdft_calc(s->rdft[0], block);
242
243             coeff[coffset].re = block[0] * scale;
244             coeff[coffset].im = 0;
245             for (n = 1; n < s->part_size; n++) {
246                 coeff[coffset + n].re = block[2 * n] * scale;
247                 coeff[coffset + n].im = block[2 * n + 1] * scale;
248             }
249             coeff[coffset + s->part_size].re = block[1] * scale;
250             coeff[coffset + s->part_size].im = 0;
251         }
252     }
253
254     av_frame_free(&s->in[1]);
255     s->gain = s->again ? 1.f / sqrtf(power / ctx->inputs[1]->channels) : 1.f;
256     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "nb_taps: %d\n", s->nb_taps);
257     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "nb_partitions: %d\n", s->nb_partitions);
258     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "partition size: %d\n", s->part_size);
259     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "ir_length: %d\n", s->ir_length);
260
261     s->have_coeffs = 1;
262
263     return 0;
264 }
265
266 static int read_ir(AVFilterLink *link, AVFrame *frame)
267 {
268     AVFilterContext *ctx = link->dst;
269     AudioFIRContext *s = ctx->priv;
270     int nb_taps, max_nb_taps;
271
272     av_audio_fifo_write(s->fifo[1], (void **)frame->extended_data,
273                         frame->nb_samples);
274     av_frame_free(&frame);
275
276     nb_taps = av_audio_fifo_size(s->fifo[1]);
277     max_nb_taps = MAX_IR_DURATION * ctx->outputs[0]->sample_rate;
278     if (nb_taps > max_nb_taps) {
279         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Too big number of coefficients: %d > %d.\n", nb_taps, max_nb_taps);
280         return AVERROR(EINVAL);
281     }
282
283     return 0;
284 }
285
286 static int filter_frame(AVFilterLink *link, AVFrame *frame)
287 {
288     AVFilterContext *ctx = link->dst;
289     AudioFIRContext *s = ctx->priv;
290     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
291     int ret = 0;
292
293     av_audio_fifo_write(s->fifo[0], (void **)frame->extended_data,
294                         frame->nb_samples);
295     if (s->pts == AV_NOPTS_VALUE)
296         s->pts = frame->pts;
297
298     av_frame_free(&frame);
299
300     if (!s->have_coeffs && s->eof_coeffs) {
301         ret = convert_coeffs(ctx);
302         if (ret < 0)
303             return ret;
304     }
305
306     if (s->have_coeffs) {
307         while (av_audio_fifo_size(s->fifo[0]) >= s->part_size) {
308             ret = fir_frame(s, outlink);
309             if (ret < 0)
310                 break;
311         }
312     }
313     return ret;
314 }
315
316 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
317 {
318     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
319     AudioFIRContext *s = ctx->priv;
320     int ret;
321
322     if (!s->eof_coeffs) {
323         ret = ff_request_frame(ctx->inputs[1]);
324         if (ret == AVERROR_EOF) {
325             s->eof_coeffs = 1;
326             ret = 0;
327         }
328         return ret;
329     }
330     ret = ff_request_frame(ctx->inputs[0]);
331     if (ret == AVERROR_EOF && s->have_coeffs) {
332         if (s->need_padding) {
333             AVFrame *silence = ff_get_audio_buffer(outlink, s->part_size);
334
335             if (!silence)
336                 return AVERROR(ENOMEM);
337             av_audio_fifo_write(s->fifo[0], (void **)silence->extended_data,
338                         silence->nb_samples);
339             av_frame_free(&silence);
340             s->need_padding = 0;
341         }
342
343         while (av_audio_fifo_size(s->fifo[0]) > 0) {
344             ret = fir_frame(s, outlink);
345             if (ret < 0)
346                 return ret;
347         }
348         ret = AVERROR_EOF;
349     }
350     return ret;
351 }
352
353 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
354 {
355     AVFilterFormats *formats;
356     AVFilterChannelLayouts *layouts;
357     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = {
358         AV_SAMPLE_FMT_FLTP,
359         AV_SAMPLE_FMT_NONE
360     };
361     int ret, i;
362
363     layouts = ff_all_channel_counts();
364     if ((ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &ctx->outputs[0]->in_channel_layouts)) < 0)
365         return ret;
366
367     for (i = 0; i < 2; i++) {
368         layouts = ff_all_channel_counts();
369         if ((ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &ctx->inputs[i]->out_channel_layouts)) < 0)
370             return ret;
371     }
372
373     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
374     if ((ret = ff_set_common_formats(ctx, formats)) < 0)
375         return ret;
376
377     formats = ff_all_samplerates();
378     return ff_set_common_samplerates(ctx, formats);
379 }
380
381 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
382 {
383     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
384     AudioFIRContext *s = ctx->priv;
385
386     if (ctx->inputs[0]->channels != ctx->inputs[1]->channels &&
387         ctx->inputs[1]->channels != 1) {
388         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
389                "Second input must have same number of channels as first input or "
390                "exactly 1 channel.\n");
391         return AVERROR(EINVAL);
392     }
393
394     s->one2many = ctx->inputs[1]->channels == 1;
395     outlink->sample_rate = ctx->inputs[0]->sample_rate;
396     outlink->time_base   = ctx->inputs[0]->time_base;
397     outlink->channel_layout = ctx->inputs[0]->channel_layout;
398     outlink->channels = ctx->inputs[0]->channels;
399
400     s->fifo[0] = av_audio_fifo_alloc(ctx->inputs[0]->format, ctx->inputs[0]->channels, 1024);
401     s->fifo[1] = av_audio_fifo_alloc(ctx->inputs[1]->format, ctx->inputs[1]->channels, 1024);
402     if (!s->fifo[0] || !s->fifo[1])
403         return AVERROR(ENOMEM);
404
405     s->sum = av_calloc(outlink->channels, sizeof(*s->sum));
406     s->coeff = av_calloc(ctx->inputs[1]->channels, sizeof(*s->coeff));
407     s->block = av_calloc(ctx->inputs[0]->channels, sizeof(*s->block));
408     s->rdft = av_calloc(outlink->channels, sizeof(*s->rdft));
409     s->irdft = av_calloc(outlink->channels, sizeof(*s->irdft));
410     if (!s->sum || !s->coeff || !s->block || !s->rdft || !s->irdft)
411         return AVERROR(ENOMEM);
412
413     s->nb_channels = outlink->channels;
414     s->nb_coef_channels = ctx->inputs[1]->channels;
415     s->want_skip = 1;
416     s->need_padding = 1;
417     s->pts = AV_NOPTS_VALUE;
418
419     return 0;
420 }
421
422 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
423 {
424     AudioFIRContext *s = ctx->priv;
425     int ch;
426
427     if (s->sum) {
428         for (ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
429             av_freep(&s->sum[ch]);
430         }
431     }
432     av_freep(&s->sum);
433
434     if (s->coeff) {
435         for (ch = 0; ch < s->nb_coef_channels; ch++) {
436             av_freep(&s->coeff[ch]);
437         }
438     }
439     av_freep(&s->coeff);
440
441     if (s->block) {
442         for (ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
443             av_freep(&s->block[ch]);
444         }
445     }
446     av_freep(&s->block);
447
448     if (s->rdft) {
449         for (ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
450             av_rdft_end(s->rdft[ch]);
451         }
452     }
453     av_freep(&s->rdft);
454
455     if (s->irdft) {
456         for (ch = 0; ch < s->nb_channels; ch++) {
457             av_rdft_end(s->irdft[ch]);
458         }
459     }
460     av_freep(&s->irdft);
461
462     av_frame_free(&s->in[0]);
463     av_frame_free(&s->in[1]);
464     av_frame_free(&s->buffer);
465
466     av_audio_fifo_free(s->fifo[0]);
467     av_audio_fifo_free(s->fifo[1]);
468
469     av_freep(&s->fdsp);
470 }
471
472 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
473 {
474     AudioFIRContext *s = ctx->priv;
475
476     s->fcmul_add = fcmul_add_c;
477
478     s->fdsp = avpriv_float_dsp_alloc(0);
479     if (!s->fdsp)
480         return AVERROR(ENOMEM);
481
482     if (ARCH_X86)
483         ff_afir_init_x86(s);
484
485     return 0;
486 }
487
488 static const AVFilterPad afir_inputs[] = {
489     {
490         .name           = "main",
491         .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
492         .filter_frame   = filter_frame,
493     },{
494         .name           = "ir",
495         .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
496         .filter_frame   = read_ir,
497     },
498     { NULL }
499 };
500
501 static const AVFilterPad afir_outputs[] = {
502     {
503         .name          = "default",
504         .type          = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
505         .config_props  = config_output,
506         .request_frame = request_frame,
507     },
508     { NULL }
509 };
510
511 #define AF AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
512 #define OFFSET(x) offsetof(AudioFIRContext, x)
513
514 static const AVOption afir_options[] = {
515     { "dry",    "set dry gain",     OFFSET(dry_gain), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 1, AF },
516     { "wet",    "set wet gain",     OFFSET(wet_gain), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 1, AF },
517     { "length", "set IR length",    OFFSET(length),   AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 1, AF },
518     { "again",  "enable auto gain", OFFSET(again),    AV_OPT_TYPE_BOOL,  {.i64=1}, 0, 1, AF },
519     { NULL }
520 };
521
522 AVFILTER_DEFINE_CLASS(afir);
523
524 AVFilter ff_af_afir = {
525     .name          = "afir",
526     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply Finite Impulse Response filter with supplied coefficients in 2nd stream."),
527     .priv_size     = sizeof(AudioFIRContext),
528     .priv_class    = &afir_class,
529     .query_formats = query_formats,
530     .init          = init,
531     .uninit        = uninit,
532     .inputs        = afir_inputs,
533     .outputs       = afir_outputs,
534     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
535 };