avcodec/h264_slice: Check picture structure before setting the related fields
[ffmpeg.git] / libavfilter / af_compand.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1999 Chris Bagwell
3  * Copyright (c) 1999 Nick Bailey
4  * Copyright (c) 2007 Rob Sykes <robs@users.sourceforge.net>
5  * Copyright (c) 2013 Paul B Mahol
6  * Copyright (c) 2014 Andrew Kelley
7  *
8  * This file is part of FFmpeg.
9  *
10  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
11  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
12  * License as published by the Free Software Foundation; either
13  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
14  *
15  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
16  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
17  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
18  * Lesser General Public License for more details.
19  *
20  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
21  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
22  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
23  */
24
25 /**
26  * @file
27  * audio compand filter
28  */
29
30 #include "libavutil/avassert.h"
31 #include "libavutil/avstring.h"
32 #include "libavutil/opt.h"
33 #include "libavutil/samplefmt.h"
34 #include "audio.h"
35 #include "avfilter.h"
36 #include "internal.h"
37
38 typedef struct ChanParam {
39     double attack;
40     double decay;
41     double volume;
42 } ChanParam;
43
44 typedef struct CompandSegment {
45     double x, y;
46     double a, b;
47 } CompandSegment;
48
49 typedef struct CompandContext {
50     const AVClass *class;
51     int nb_segments;
52     char *attacks, *decays, *points;
53     CompandSegment *segments;
54     ChanParam *channels;
55     double in_min_lin;
56     double out_min_lin;
57     double curve_dB;
58     double gain_dB;
59     double initial_volume;
60     double delay;
61     AVFrame *delay_frame;
62     int delay_samples;
63     int delay_count;
64     int delay_index;
65     int64_t pts;
66
67     int (*compand)(AVFilterContext *ctx, AVFrame *frame);
68 } CompandContext;
69
70 #define OFFSET(x) offsetof(CompandContext, x)
71 #define A AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
72
73 static const AVOption compand_options[] = {
74     { "attacks", "set time over which increase of volume is determined", OFFSET(attacks), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = "0.3" }, 0, 0, A },
75     { "decays", "set time over which decrease of volume is determined", OFFSET(decays), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = "0.8" }, 0, 0, A },
76     { "points", "set points of transfer function", OFFSET(points), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = "-70/-70|-60/-20" }, 0, 0, A },
77     { "soft-knee", "set soft-knee", OFFSET(curve_dB), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, { .dbl = 0.01 }, 0.01, 900, A },
78     { "gain", "set output gain", OFFSET(gain_dB), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, { .dbl = 0 }, -900, 900, A },
79     { "volume", "set initial volume", OFFSET(initial_volume), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, { .dbl = 0 }, -900, 0, A },
80     { "delay", "set delay for samples before sending them to volume adjuster", OFFSET(delay), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, { .dbl = 0 }, 0, 20, A },
81     { NULL }
82 };
83
84 AVFILTER_DEFINE_CLASS(compand);
85
86 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
87 {
88     CompandContext *s = ctx->priv;
89     s->pts            = AV_NOPTS_VALUE;
90     return 0;
91 }
92
93 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
94 {
95     CompandContext *s = ctx->priv;
96
97     av_freep(&s->channels);
98     av_freep(&s->segments);
99     av_frame_free(&s->delay_frame);
100 }
101
102 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
103 {
104     AVFilterChannelLayouts *layouts;
105     AVFilterFormats *formats;
106     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = {
107         AV_SAMPLE_FMT_DBLP,
108         AV_SAMPLE_FMT_NONE
109     };
110
111     layouts = ff_all_channel_layouts();
112     if (!layouts)
113         return AVERROR(ENOMEM);
114     ff_set_common_channel_layouts(ctx, layouts);
115
116     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
117     if (!formats)
118         return AVERROR(ENOMEM);
119     ff_set_common_formats(ctx, formats);
120
121     formats = ff_all_samplerates();
122     if (!formats)
123         return AVERROR(ENOMEM);
124     ff_set_common_samplerates(ctx, formats);
125
126     return 0;
127 }
128
129 static void count_items(char *item_str, int *nb_items)
130 {
131     char *p;
132
133     *nb_items = 1;
134     for (p = item_str; *p; p++) {
135         if (*p == ' ' || *p == '|')
136             (*nb_items)++;
137     }
138 }
139
140 static void update_volume(ChanParam *cp, double in)
141 {
142     double delta = in - cp->volume;
143
144     if (delta > 0.0)
145         cp->volume += delta * cp->attack;
146     else
147         cp->volume += delta * cp->decay;
148 }
149
150 static double get_volume(CompandContext *s, double in_lin)
151 {
152     CompandSegment *cs;
153     double in_log, out_log;
154     int i;
155
156     if (in_lin < s->in_min_lin)
157         return s->out_min_lin;
158
159     in_log = log(in_lin);
160
161     for (i = 1; i < s->nb_segments; i++)
162         if (in_log <= s->segments[i].x)
163             break;
164     cs = &s->segments[i - 1];
165     in_log -= cs->x;
166     out_log = cs->y + in_log * (cs->a * in_log + cs->b);
167
168     return exp(out_log);
169 }
170
171 static int compand_nodelay(AVFilterContext *ctx, AVFrame *frame)
172 {
173     CompandContext *s    = ctx->priv;
174     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
175     const int channels   = inlink->channels;
176     const int nb_samples = frame->nb_samples;
177     AVFrame *out_frame;
178     int chan, i;
179     int err;
180
181     if (av_frame_is_writable(frame)) {
182         out_frame = frame;
183     } else {
184         out_frame = ff_get_audio_buffer(inlink, nb_samples);
185         if (!out_frame) {
186             av_frame_free(&frame);
187             return AVERROR(ENOMEM);
188         }
189         err = av_frame_copy_props(out_frame, frame);
190         if (err < 0) {
191             av_frame_free(&out_frame);
192             av_frame_free(&frame);
193             return err;
194         }
195     }
196
197     for (chan = 0; chan < channels; chan++) {
198         const double *src = (double *)frame->extended_data[chan];
199         double *dst = (double *)out_frame->extended_data[chan];
200         ChanParam *cp = &s->channels[chan];
201
202         for (i = 0; i < nb_samples; i++) {
203             update_volume(cp, fabs(src[i]));
204
205             dst[i] = av_clipd(src[i] * get_volume(s, cp->volume), -1, 1);
206         }
207     }
208
209     if (frame != out_frame)
210         av_frame_free(&frame);
211
212     return ff_filter_frame(ctx->outputs[0], out_frame);
213 }
214
215 #define MOD(a, b) (((a) >= (b)) ? (a) - (b) : (a))
216
217 static int compand_delay(AVFilterContext *ctx, AVFrame *frame)
218 {
219     CompandContext *s    = ctx->priv;
220     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
221     const int channels = inlink->channels;
222     const int nb_samples = frame->nb_samples;
223     int chan, i, av_uninit(dindex), oindex, av_uninit(count);
224     AVFrame *out_frame   = NULL;
225     int err;
226
227     if (s->pts == AV_NOPTS_VALUE) {
228         s->pts = (frame->pts == AV_NOPTS_VALUE) ? 0 : frame->pts;
229     }
230
231     av_assert1(channels > 0); /* would corrupt delay_count and delay_index */
232
233     for (chan = 0; chan < channels; chan++) {
234         AVFrame *delay_frame = s->delay_frame;
235         const double *src    = (double *)frame->extended_data[chan];
236         double *dbuf         = (double *)delay_frame->extended_data[chan];
237         ChanParam *cp        = &s->channels[chan];
238         double *dst;
239
240         count  = s->delay_count;
241         dindex = s->delay_index;
242         for (i = 0, oindex = 0; i < nb_samples; i++) {
243             const double in = src[i];
244             update_volume(cp, fabs(in));
245
246             if (count >= s->delay_samples) {
247                 if (!out_frame) {
248                     out_frame = ff_get_audio_buffer(inlink, nb_samples - i);
249                     if (!out_frame) {
250                         av_frame_free(&frame);
251                         return AVERROR(ENOMEM);
252                     }
253                     err = av_frame_copy_props(out_frame, frame);
254                     if (err < 0) {
255                         av_frame_free(&out_frame);
256                         av_frame_free(&frame);
257                         return err;
258                     }
259                     out_frame->pts = s->pts;
260                     s->pts += av_rescale_q(nb_samples - i,
261                         (AVRational){ 1, inlink->sample_rate },
262                         inlink->time_base);
263                 }
264
265                 dst = (double *)out_frame->extended_data[chan];
266                 dst[oindex++] = av_clipd(dbuf[dindex] *
267                         get_volume(s, cp->volume), -1, 1);
268             } else {
269                 count++;
270             }
271
272             dbuf[dindex] = in;
273             dindex = MOD(dindex + 1, s->delay_samples);
274         }
275     }
276
277     s->delay_count = count;
278     s->delay_index = dindex;
279
280     av_frame_free(&frame);
281
282     if (out_frame) {
283         err = ff_filter_frame(ctx->outputs[0], out_frame);
284         return err;
285     }
286
287     return 0;
288 }
289
290 static int compand_drain(AVFilterLink *outlink)
291 {
292     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
293     CompandContext *s    = ctx->priv;
294     const int channels   = outlink->channels;
295     AVFrame *frame       = NULL;
296     int chan, i, dindex;
297
298     /* 2048 is to limit output frame size during drain */
299     frame = ff_get_audio_buffer(outlink, FFMIN(2048, s->delay_count));
300     if (!frame)
301         return AVERROR(ENOMEM);
302     frame->pts = s->pts;
303     s->pts += av_rescale_q(frame->nb_samples,
304             (AVRational){ 1, outlink->sample_rate }, outlink->time_base);
305
306     av_assert0(channels > 0);
307     for (chan = 0; chan < channels; chan++) {
308         AVFrame *delay_frame = s->delay_frame;
309         double *dbuf = (double *)delay_frame->extended_data[chan];
310         double *dst = (double *)frame->extended_data[chan];
311         ChanParam *cp = &s->channels[chan];
312
313         dindex = s->delay_index;
314         for (i = 0; i < frame->nb_samples; i++) {
315             dst[i] = av_clipd(dbuf[dindex] * get_volume(s, cp->volume),
316                     -1, 1);
317             dindex = MOD(dindex + 1, s->delay_samples);
318         }
319     }
320     s->delay_count -= frame->nb_samples;
321     s->delay_index = dindex;
322
323     return ff_filter_frame(outlink, frame);
324 }
325
326 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
327 {
328     AVFilterContext *ctx  = outlink->src;
329     CompandContext *s     = ctx->priv;
330     const int sample_rate = outlink->sample_rate;
331     double radius         = s->curve_dB * M_LN10 / 20.0;
332     char *p, *saveptr     = NULL;
333     const int channels    = outlink->channels;
334     int nb_attacks, nb_decays, nb_points;
335     int new_nb_items, num;
336     int i;
337     int err;
338
339
340     count_items(s->attacks, &nb_attacks);
341     count_items(s->decays, &nb_decays);
342     count_items(s->points, &nb_points);
343
344     if (channels <= 0) {
345         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid number of channels: %d\n", channels);
346         return AVERROR(EINVAL);
347     }
348
349     if (nb_attacks > channels || nb_decays > channels) {
350         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
351                 "Number of attacks/decays bigger than number of channels.\n");
352         return AVERROR(EINVAL);
353     }
354
355     uninit(ctx);
356
357     s->channels = av_mallocz_array(channels, sizeof(*s->channels));
358     s->nb_segments = (nb_points + 4) * 2;
359     s->segments = av_mallocz_array(s->nb_segments, sizeof(*s->segments));
360
361     if (!s->channels || !s->segments) {
362         uninit(ctx);
363         return AVERROR(ENOMEM);
364     }
365
366     p = s->attacks;
367     for (i = 0, new_nb_items = 0; i < nb_attacks; i++) {
368         char *tstr = av_strtok(p, " |", &saveptr);
369         p = NULL;
370         new_nb_items += sscanf(tstr, "%lf", &s->channels[i].attack) == 1;
371         if (s->channels[i].attack < 0) {
372             uninit(ctx);
373             return AVERROR(EINVAL);
374         }
375     }
376     nb_attacks = new_nb_items;
377
378     p = s->decays;
379     for (i = 0, new_nb_items = 0; i < nb_decays; i++) {
380         char *tstr = av_strtok(p, " |", &saveptr);
381         p = NULL;
382         new_nb_items += sscanf(tstr, "%lf", &s->channels[i].decay) == 1;
383         if (s->channels[i].decay < 0) {
384             uninit(ctx);
385             return AVERROR(EINVAL);
386         }
387     }
388     nb_decays = new_nb_items;
389
390     if (nb_attacks != nb_decays) {
391         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
392                 "Number of attacks %d differs from number of decays %d.\n",
393                 nb_attacks, nb_decays);
394         uninit(ctx);
395         return AVERROR(EINVAL);
396     }
397
398 #define S(x) s->segments[2 * ((x) + 1)]
399     p = s->points;
400     for (i = 0, new_nb_items = 0; i < nb_points; i++) {
401         char *tstr = av_strtok(p, " |", &saveptr);
402         p = NULL;
403         if (sscanf(tstr, "%lf/%lf", &S(i).x, &S(i).y) != 2) {
404             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
405                     "Invalid and/or missing input/output value.\n");
406             uninit(ctx);
407             return AVERROR(EINVAL);
408         }
409         if (i && S(i - 1).x > S(i).x) {
410             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
411                     "Transfer function input values must be increasing.\n");
412             uninit(ctx);
413             return AVERROR(EINVAL);
414         }
415         S(i).y -= S(i).x;
416         av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "%d: x=%f y=%f\n", i, S(i).x, S(i).y);
417         new_nb_items++;
418     }
419     num = new_nb_items;
420
421     /* Add 0,0 if necessary */
422     if (num == 0 || S(num - 1).x)
423         num++;
424
425 #undef S
426 #define S(x) s->segments[2 * (x)]
427     /* Add a tail off segment at the start */
428     S(0).x = S(1).x - 2 * s->curve_dB;
429     S(0).y = S(1).y;
430     num++;
431
432     /* Join adjacent colinear segments */
433     for (i = 2; i < num; i++) {
434         double g1 = (S(i - 1).y - S(i - 2).y) * (S(i - 0).x - S(i - 1).x);
435         double g2 = (S(i - 0).y - S(i - 1).y) * (S(i - 1).x - S(i - 2).x);
436         int j;
437
438         if (fabs(g1 - g2))
439             continue;
440         num--;
441         for (j = --i; j < num; j++)
442             S(j) = S(j + 1);
443     }
444
445     for (i = 0; !i || s->segments[i - 2].x; i += 2) {
446         s->segments[i].y += s->gain_dB;
447         s->segments[i].x *= M_LN10 / 20;
448         s->segments[i].y *= M_LN10 / 20;
449     }
450
451 #define L(x) s->segments[i - (x)]
452     for (i = 4; s->segments[i - 2].x; i += 2) {
453         double x, y, cx, cy, in1, in2, out1, out2, theta, len, r;
454
455         L(4).a = 0;
456         L(4).b = (L(2).y - L(4).y) / (L(2).x - L(4).x);
457
458         L(2).a = 0;
459         L(2).b = (L(0).y - L(2).y) / (L(0).x - L(2).x);
460
461         theta = atan2(L(2).y - L(4).y, L(2).x - L(4).x);
462         len = sqrt(pow(L(2).x - L(4).x, 2.) + pow(L(2).y - L(4).y, 2.));
463         r = FFMIN(radius, len);
464         L(3).x = L(2).x - r * cos(theta);
465         L(3).y = L(2).y - r * sin(theta);
466
467         theta = atan2(L(0).y - L(2).y, L(0).x - L(2).x);
468         len = sqrt(pow(L(0).x - L(2).x, 2.) + pow(L(0).y - L(2).y, 2.));
469         r = FFMIN(radius, len / 2);
470         x = L(2).x + r * cos(theta);
471         y = L(2).y + r * sin(theta);
472
473         cx = (L(3).x + L(2).x + x) / 3;
474         cy = (L(3).y + L(2).y + y) / 3;
475
476         L(2).x = x;
477         L(2).y = y;
478
479         in1  = cx - L(3).x;
480         out1 = cy - L(3).y;
481         in2  = L(2).x - L(3).x;
482         out2 = L(2).y - L(3).y;
483         L(3).a = (out2 / in2 - out1 / in1) / (in2 - in1);
484         L(3).b = out1 / in1 - L(3).a * in1;
485     }
486     L(3).x = 0;
487     L(3).y = L(2).y;
488
489     s->in_min_lin  = exp(s->segments[1].x);
490     s->out_min_lin = exp(s->segments[1].y);
491
492     for (i = 0; i < channels; i++) {
493         ChanParam *cp = &s->channels[i];
494
495         if (cp->attack > 1.0 / sample_rate)
496             cp->attack = 1.0 - exp(-1.0 / (sample_rate * cp->attack));
497         else
498             cp->attack = 1.0;
499         if (cp->decay > 1.0 / sample_rate)
500             cp->decay = 1.0 - exp(-1.0 / (sample_rate * cp->decay));
501         else
502             cp->decay = 1.0;
503         cp->volume = pow(10.0, s->initial_volume / 20);
504     }
505
506     s->delay_samples = s->delay * sample_rate;
507     if (s->delay_samples <= 0) {
508         s->compand = compand_nodelay;
509         return 0;
510     }
511
512     s->delay_frame = av_frame_alloc();
513     if (!s->delay_frame) {
514         uninit(ctx);
515         return AVERROR(ENOMEM);
516     }
517
518     s->delay_frame->format         = outlink->format;
519     s->delay_frame->nb_samples     = s->delay_samples;
520     s->delay_frame->channel_layout = outlink->channel_layout;
521
522     err = av_frame_get_buffer(s->delay_frame, 32);
523     if (err)
524         return err;
525
526     outlink->flags |= FF_LINK_FLAG_REQUEST_LOOP;
527     s->compand = compand_delay;
528     return 0;
529 }
530
531 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *frame)
532 {
533     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
534     CompandContext *s    = ctx->priv;
535
536     return s->compand(ctx, frame);
537 }
538
539 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
540 {
541     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
542     CompandContext *s    = ctx->priv;
543     int ret = 0;
544
545     ret = ff_request_frame(ctx->inputs[0]);
546
547     if (ret == AVERROR_EOF && !ctx->is_disabled && s->delay_count)
548         ret = compand_drain(outlink);
549
550     return ret;
551 }
552
553 static const AVFilterPad compand_inputs[] = {
554     {
555         .name         = "default",
556         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
557         .filter_frame = filter_frame,
558     },
559     { NULL }
560 };
561
562 static const AVFilterPad compand_outputs[] = {
563     {
564         .name          = "default",
565         .request_frame = request_frame,
566         .config_props  = config_output,
567         .type          = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
568     },
569     { NULL }
570 };
571
572
573 AVFilter ff_af_compand = {
574     .name           = "compand",
575     .description    = NULL_IF_CONFIG_SMALL(
576             "Compress or expand audio dynamic range."),
577     .query_formats  = query_formats,
578     .priv_size      = sizeof(CompandContext),
579     .priv_class     = &compand_class,
580     .init           = init,
581     .uninit         = uninit,
582     .inputs         = compand_inputs,
583     .outputs        = compand_outputs,
584 };