avfilter/af_afir: do not over allocate fft buffer
[ffmpeg.git] / libavfilter / af_alimiter.c
1 /*
2  * Copyright (C) 2001-2010 Krzysztof Foltman, Markus Schmidt, Thor Harald Johansen and others
3  * Copyright (c) 2015 Paul B Mahol
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 /**
23  * @file
24  * Lookahead limiter filter
25  */
26
27 #include "libavutil/avassert.h"
28 #include "libavutil/channel_layout.h"
29 #include "libavutil/common.h"
30 #include "libavutil/opt.h"
31
32 #include "audio.h"
33 #include "avfilter.h"
34 #include "formats.h"
35 #include "internal.h"
36
37 typedef struct AudioLimiterContext {
38     const AVClass *class;
39
40     double limit;
41     double attack;
42     double release;
43     double att;
44     double level_in;
45     double level_out;
46     int auto_release;
47     int auto_level;
48     double asc;
49     int asc_c;
50     int asc_pos;
51     double asc_coeff;
52
53     double *buffer;
54     int buffer_size;
55     int pos;
56     int *nextpos;
57     double *nextdelta;
58
59     double delta;
60     int nextiter;
61     int nextlen;
62     int asc_changed;
63 } AudioLimiterContext;
64
65 #define OFFSET(x) offsetof(AudioLimiterContext, x)
66 #define A AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM
67 #define F AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
68
69 static const AVOption alimiter_options[] = {
70     { "level_in",  "set input level",  OFFSET(level_in),     AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=1},.015625,   64, A|F },
71     { "level_out", "set output level", OFFSET(level_out),    AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=1},.015625,   64, A|F },
72     { "limit",     "set limit",        OFFSET(limit),        AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=1}, 0.0625,    1, A|F },
73     { "attack",    "set attack",       OFFSET(attack),       AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=5},    0.1,   80, A|F },
74     { "release",   "set release",      OFFSET(release),      AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=50},     1, 8000, A|F },
75     { "asc",       "enable asc",       OFFSET(auto_release), AV_OPT_TYPE_BOOL,   {.i64=0},      0,    1, A|F },
76     { "asc_level", "set asc level",    OFFSET(asc_coeff),    AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=0.5},    0,    1, A|F },
77     { "level",     "auto level",       OFFSET(auto_level),   AV_OPT_TYPE_BOOL,   {.i64=1},      0,    1, A|F },
78     { NULL }
79 };
80
81 AVFILTER_DEFINE_CLASS(alimiter);
82
83 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
84 {
85     AudioLimiterContext *s = ctx->priv;
86
87     s->attack   /= 1000.;
88     s->release  /= 1000.;
89     s->att       = 1.;
90     s->asc_pos   = -1;
91     s->asc_coeff = pow(0.5, s->asc_coeff - 0.5) * 2 * -1;
92
93     return 0;
94 }
95
96 static double get_rdelta(AudioLimiterContext *s, double release, int sample_rate,
97                          double peak, double limit, double patt, int asc)
98 {
99     double rdelta = (1.0 - patt) / (sample_rate * release);
100
101     if (asc && s->auto_release && s->asc_c > 0) {
102         double a_att = limit / (s->asc_coeff * s->asc) * (double)s->asc_c;
103
104         if (a_att > patt) {
105             double delta = FFMAX((a_att - patt) / (sample_rate * release), rdelta / 10);
106
107             if (delta < rdelta)
108                 rdelta = delta;
109         }
110     }
111
112     return rdelta;
113 }
114
115 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
116 {
117     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
118     AudioLimiterContext *s = ctx->priv;
119     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
120     const double *src = (const double *)in->data[0];
121     const int channels = inlink->channels;
122     const int buffer_size = s->buffer_size;
123     double *dst, *buffer = s->buffer;
124     const double release = s->release;
125     const double limit = s->limit;
126     double *nextdelta = s->nextdelta;
127     double level = s->auto_level ? 1 / limit : 1;
128     const double level_out = s->level_out;
129     const double level_in = s->level_in;
130     int *nextpos = s->nextpos;
131     AVFrame *out;
132     double *buf;
133     int n, c, i;
134
135     if (av_frame_is_writable(in)) {
136         out = in;
137     } else {
138         out = ff_get_audio_buffer(outlink, in->nb_samples);
139         if (!out) {
140             av_frame_free(&in);
141             return AVERROR(ENOMEM);
142         }
143         av_frame_copy_props(out, in);
144     }
145     dst = (double *)out->data[0];
146
147     for (n = 0; n < in->nb_samples; n++) {
148         double peak = 0;
149
150         for (c = 0; c < channels; c++) {
151             double sample = src[c] * level_in;
152
153             buffer[s->pos + c] = sample;
154             peak = FFMAX(peak, fabs(sample));
155         }
156
157         if (s->auto_release && peak > limit) {
158             s->asc += peak;
159             s->asc_c++;
160         }
161
162         if (peak > limit) {
163             double patt = FFMIN(limit / peak, 1.);
164             double rdelta = get_rdelta(s, release, inlink->sample_rate,
165                                        peak, limit, patt, 0);
166             double delta = (limit / peak - s->att) / buffer_size * channels;
167             int found = 0;
168
169             if (delta < s->delta) {
170                 s->delta = delta;
171                 nextpos[0] = s->pos;
172                 nextpos[1] = -1;
173                 nextdelta[0] = rdelta;
174                 s->nextlen = 1;
175                 s->nextiter= 0;
176             } else {
177                 for (i = s->nextiter; i < s->nextiter + s->nextlen; i++) {
178                     int j = i % buffer_size;
179                     double ppeak, pdelta;
180
181                     ppeak = fabs(buffer[nextpos[j]]) > fabs(buffer[nextpos[j] + 1]) ?
182                             fabs(buffer[nextpos[j]]) : fabs(buffer[nextpos[j] + 1]);
183                     pdelta = (limit / peak - limit / ppeak) / (((buffer_size - nextpos[j] + s->pos) % buffer_size) / channels);
184                     if (pdelta < nextdelta[j]) {
185                         nextdelta[j] = pdelta;
186                         found = 1;
187                         break;
188                     }
189                 }
190                 if (found) {
191                     s->nextlen = i - s->nextiter + 1;
192                     nextpos[(s->nextiter + s->nextlen) % buffer_size] = s->pos;
193                     nextdelta[(s->nextiter + s->nextlen) % buffer_size] = rdelta;
194                     nextpos[(s->nextiter + s->nextlen + 1) % buffer_size] = -1;
195                     s->nextlen++;
196                 }
197             }
198         }
199
200         buf = &s->buffer[(s->pos + channels) % buffer_size];
201         peak = 0;
202         for (c = 0; c < channels; c++) {
203             double sample = buf[c];
204
205             peak = FFMAX(peak, fabs(sample));
206         }
207
208         if (s->pos == s->asc_pos && !s->asc_changed)
209             s->asc_pos = -1;
210
211         if (s->auto_release && s->asc_pos == -1 && peak > limit) {
212             s->asc -= peak;
213             s->asc_c--;
214         }
215
216         s->att += s->delta;
217
218         for (c = 0; c < channels; c++)
219             dst[c] = buf[c] * s->att;
220
221         if ((s->pos + channels) % buffer_size == nextpos[s->nextiter]) {
222             if (s->auto_release) {
223                 s->delta = get_rdelta(s, release, inlink->sample_rate,
224                                       peak, limit, s->att, 1);
225                 if (s->nextlen > 1) {
226                     int pnextpos = nextpos[(s->nextiter + 1) % buffer_size];
227                     double ppeak = fabs(buffer[pnextpos]) > fabs(buffer[pnextpos + 1]) ?
228                                                             fabs(buffer[pnextpos]) :
229                                                             fabs(buffer[pnextpos + 1]);
230                     double pdelta = (limit / ppeak - s->att) /
231                                     (((buffer_size + pnextpos -
232                                     ((s->pos + channels) % buffer_size)) %
233                                     buffer_size) / channels);
234                     if (pdelta < s->delta)
235                         s->delta = pdelta;
236                 }
237             } else {
238                 s->delta = nextdelta[s->nextiter];
239                 s->att = limit / peak;
240             }
241
242             s->nextlen -= 1;
243             nextpos[s->nextiter] = -1;
244             s->nextiter = (s->nextiter + 1) % buffer_size;
245         }
246
247         if (s->att > 1.) {
248             s->att = 1.;
249             s->delta = 0.;
250             s->nextiter = 0;
251             s->nextlen = 0;
252             nextpos[0] = -1;
253         }
254
255         if (s->att <= 0.) {
256             s->att = 0.0000000000001;
257             s->delta = (1.0 - s->att) / (inlink->sample_rate * release);
258         }
259
260         if (s->att != 1. && (1. - s->att) < 0.0000000000001)
261             s->att = 1.;
262
263         if (s->delta != 0. && fabs(s->delta) < 0.00000000000001)
264             s->delta = 0.;
265
266         for (c = 0; c < channels; c++)
267             dst[c] = av_clipd(dst[c], -limit, limit) * level * level_out;
268
269         s->pos = (s->pos + channels) % buffer_size;
270         src += channels;
271         dst += channels;
272     }
273
274     if (in != out)
275         av_frame_free(&in);
276
277     return ff_filter_frame(outlink, out);
278 }
279
280 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
281 {
282     AVFilterFormats *formats;
283     AVFilterChannelLayouts *layouts;
284     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = {
285         AV_SAMPLE_FMT_DBL,
286         AV_SAMPLE_FMT_NONE
287     };
288     int ret;
289
290     layouts = ff_all_channel_counts();
291     if (!layouts)
292         return AVERROR(ENOMEM);
293     ret = ff_set_common_channel_layouts(ctx, layouts);
294     if (ret < 0)
295         return ret;
296
297     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
298     if (!formats)
299         return AVERROR(ENOMEM);
300     ret = ff_set_common_formats(ctx, formats);
301     if (ret < 0)
302         return ret;
303
304     formats = ff_all_samplerates();
305     if (!formats)
306         return AVERROR(ENOMEM);
307     return ff_set_common_samplerates(ctx, formats);
308 }
309
310 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
311 {
312     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
313     AudioLimiterContext *s = ctx->priv;
314     int obuffer_size;
315
316     obuffer_size = inlink->sample_rate * inlink->channels * 100 / 1000. + inlink->channels;
317     if (obuffer_size < inlink->channels)
318         return AVERROR(EINVAL);
319
320     s->buffer = av_calloc(obuffer_size, sizeof(*s->buffer));
321     s->nextdelta = av_calloc(obuffer_size, sizeof(*s->nextdelta));
322     s->nextpos = av_malloc_array(obuffer_size, sizeof(*s->nextpos));
323     if (!s->buffer || !s->nextdelta || !s->nextpos)
324         return AVERROR(ENOMEM);
325
326     memset(s->nextpos, -1, obuffer_size * sizeof(*s->nextpos));
327     s->buffer_size = inlink->sample_rate * s->attack * inlink->channels;
328     s->buffer_size -= s->buffer_size % inlink->channels;
329
330     if (s->buffer_size <= 0) {
331         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Attack is too small.\n");
332         return AVERROR(EINVAL);
333     }
334
335     return 0;
336 }
337
338 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
339 {
340     AudioLimiterContext *s = ctx->priv;
341
342     av_freep(&s->buffer);
343     av_freep(&s->nextdelta);
344     av_freep(&s->nextpos);
345 }
346
347 static const AVFilterPad alimiter_inputs[] = {
348     {
349         .name         = "main",
350         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
351         .filter_frame = filter_frame,
352         .config_props = config_input,
353     },
354     { NULL }
355 };
356
357 static const AVFilterPad alimiter_outputs[] = {
358     {
359         .name = "default",
360         .type = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
361     },
362     { NULL }
363 };
364
365 AVFilter ff_af_alimiter = {
366     .name           = "alimiter",
367     .description    = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Audio lookahead limiter."),
368     .priv_size      = sizeof(AudioLimiterContext),
369     .priv_class     = &alimiter_class,
370     .init           = init,
371     .uninit         = uninit,
372     .query_formats  = query_formats,
373     .inputs         = alimiter_inputs,
374     .outputs        = alimiter_outputs,
375 };