lavfi/vf_libvmaf: convert to framesync2.
[ffmpeg.git] / libavfilter / af_join.c
1 /*
2  * This file is part of FFmpeg.
3  *
4  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
5  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
6  * License as published by the Free Software Foundation; either
7  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
8  *
9  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
12  * Lesser General Public License for more details.
13  *
14  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
15  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
16  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
17  */
18
19 /**
20  * @file
21  * Audio join filter
22  *
23  * Join multiple audio inputs as different channels in
24  * a single output
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 ChannelMap {
38     int input;                ///< input stream index
39     int       in_channel_idx; ///< index of in_channel in the input stream data
40     uint64_t  in_channel;     ///< layout describing the input channel
41     uint64_t out_channel;     ///< layout describing the output channel
42 } ChannelMap;
43
44 typedef struct JoinContext {
45     const AVClass *class;
46
47     int inputs;
48     char *map;
49     char    *channel_layout_str;
50     uint64_t channel_layout;
51
52     int      nb_channels;
53     ChannelMap *channels;
54
55     /**
56      * Temporary storage for input frames, until we get one on each input.
57      */
58     AVFrame **input_frames;
59
60     /**
61      *  Temporary storage for buffer references, for assembling the output frame.
62      */
63     AVBufferRef **buffers;
64 } JoinContext;
65
66 #define OFFSET(x) offsetof(JoinContext, x)
67 #define A AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM
68 #define F AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
69 static const AVOption join_options[] = {
70     { "inputs",         "Number of input streams.", OFFSET(inputs),             AV_OPT_TYPE_INT,    { .i64 = 2 }, 1, INT_MAX,       A|F },
71     { "channel_layout", "Channel layout of the "
72                         "output stream.",           OFFSET(channel_layout_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = "stereo"}, 0, 0, A|F },
73     { "map",            "A comma-separated list of channels maps in the format "
74                         "'input_stream.input_channel-output_channel.",
75                                                     OFFSET(map),                AV_OPT_TYPE_STRING,                 .flags = A|F },
76     { NULL }
77 };
78
79 AVFILTER_DEFINE_CLASS(join);
80
81 static int try_push_frame(AVFilterContext *ctx);
82
83 static int filter_frame(AVFilterLink *link, AVFrame *frame)
84 {
85     AVFilterContext *ctx = link->dst;
86     JoinContext       *s = ctx->priv;
87     int i, j;
88
89     for (i = 0; i < ctx->nb_inputs; i++)
90         if (link == ctx->inputs[i])
91             break;
92     av_assert0(i < ctx->nb_inputs);
93     av_assert0(!s->input_frames[i]);
94     s->input_frames[i] = frame;
95
96     /* request the same number of samples on all inputs */
97     /* FIXME that means a frame arriving asynchronously on a different input
98        will not have the requested number of samples */
99     if (i == 0) {
100         int nb_samples = s->input_frames[0]->nb_samples;
101
102         for (j = 1; !i && j < ctx->nb_inputs; j++)
103             ctx->inputs[j]->request_samples = nb_samples;
104     }
105
106     return try_push_frame(ctx);
107 }
108
109 static int parse_maps(AVFilterContext *ctx)
110 {
111     JoinContext *s = ctx->priv;
112     char separator = '|';
113     char *cur      = s->map;
114
115 #if FF_API_OLD_FILTER_OPTS
116     if (cur && strchr(cur, ',')) {
117         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "This syntax is deprecated, use '|' to "
118                "separate the mappings.\n");
119         separator = ',';
120     }
121 #endif
122
123     while (cur && *cur) {
124         char *sep, *next, *p;
125         uint64_t in_channel = 0, out_channel = 0;
126         int input_idx, out_ch_idx, in_ch_idx;
127
128         next = strchr(cur, separator);
129         if (next)
130             *next++ = 0;
131
132         /* split the map into input and output parts */
133         if (!(sep = strchr(cur, '-'))) {
134             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Missing separator '-' in channel "
135                    "map '%s'\n", cur);
136             return AVERROR(EINVAL);
137         }
138         *sep++ = 0;
139
140 #define PARSE_CHANNEL(str, var, inout)                                         \
141         if (!(var = av_get_channel_layout(str))) {                             \
142             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid " inout " channel: %s.\n", str);\
143             return AVERROR(EINVAL);                                            \
144         }                                                                      \
145         if (av_get_channel_layout_nb_channels(var) != 1) {                     \
146             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Channel map describes more than one "   \
147                    inout " channel.\n");                                       \
148             return AVERROR(EINVAL);                                            \
149         }
150
151         /* parse output channel */
152         PARSE_CHANNEL(sep, out_channel, "output");
153         if (!(out_channel & s->channel_layout)) {
154             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Output channel '%s' is not present in "
155                    "requested channel layout.\n", sep);
156             return AVERROR(EINVAL);
157         }
158
159         out_ch_idx = av_get_channel_layout_channel_index(s->channel_layout,
160                                                          out_channel);
161         if (s->channels[out_ch_idx].input >= 0) {
162             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Multiple maps for output channel "
163                    "'%s'.\n", sep);
164             return AVERROR(EINVAL);
165         }
166
167         /* parse input channel */
168         input_idx = strtol(cur, &cur, 0);
169         if (input_idx < 0 || input_idx >= s->inputs) {
170             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid input stream index: %d.\n",
171                    input_idx);
172             return AVERROR(EINVAL);
173         }
174
175         if (*cur)
176             cur++;
177
178         in_ch_idx = strtol(cur, &p, 0);
179         if (p == cur) {
180             /* channel specifier is not a number,
181              * try to parse as channel name */
182             PARSE_CHANNEL(cur, in_channel, "input");
183         }
184
185         s->channels[out_ch_idx].input      = input_idx;
186         if (in_channel)
187             s->channels[out_ch_idx].in_channel = in_channel;
188         else
189             s->channels[out_ch_idx].in_channel_idx = in_ch_idx;
190
191         cur = next;
192     }
193     return 0;
194 }
195
196 static av_cold int join_init(AVFilterContext *ctx)
197 {
198     JoinContext *s = ctx->priv;
199     int ret, i;
200
201     if (!(s->channel_layout = av_get_channel_layout(s->channel_layout_str))) {
202         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Error parsing channel layout '%s'.\n",
203                s->channel_layout_str);
204         return AVERROR(EINVAL);
205     }
206
207     s->nb_channels  = av_get_channel_layout_nb_channels(s->channel_layout);
208     s->channels     = av_mallocz_array(s->nb_channels, sizeof(*s->channels));
209     s->buffers      = av_mallocz_array(s->nb_channels, sizeof(*s->buffers));
210     s->input_frames = av_mallocz_array(s->inputs, sizeof(*s->input_frames));
211     if (!s->channels || !s->buffers|| !s->input_frames)
212         return AVERROR(ENOMEM);
213
214     for (i = 0; i < s->nb_channels; i++) {
215         s->channels[i].out_channel = av_channel_layout_extract_channel(s->channel_layout, i);
216         s->channels[i].input       = -1;
217     }
218
219     if ((ret = parse_maps(ctx)) < 0)
220         return ret;
221
222     for (i = 0; i < s->inputs; i++) {
223         char name[32];
224         AVFilterPad pad = { 0 };
225
226         snprintf(name, sizeof(name), "input%d", i);
227         pad.type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO;
228         pad.name           = av_strdup(name);
229         if (!pad.name)
230             return AVERROR(ENOMEM);
231         pad.filter_frame   = filter_frame;
232
233         pad.needs_fifo = 1;
234
235         if ((ret = ff_insert_inpad(ctx, i, &pad)) < 0) {
236             av_freep(&pad.name);
237             return ret;
238         }
239     }
240
241     return 0;
242 }
243
244 static av_cold void join_uninit(AVFilterContext *ctx)
245 {
246     JoinContext *s = ctx->priv;
247     int i;
248
249     for (i = 0; i < ctx->nb_inputs; i++) {
250         av_freep(&ctx->input_pads[i].name);
251         av_frame_free(&s->input_frames[i]);
252     }
253
254     av_freep(&s->channels);
255     av_freep(&s->buffers);
256     av_freep(&s->input_frames);
257 }
258
259 static int join_query_formats(AVFilterContext *ctx)
260 {
261     JoinContext *s = ctx->priv;
262     AVFilterChannelLayouts *layouts = NULL;
263     int i, ret;
264
265     if ((ret = ff_add_channel_layout(&layouts, s->channel_layout)) < 0 ||
266         (ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &ctx->outputs[0]->in_channel_layouts)) < 0)
267         return ret;
268
269     for (i = 0; i < ctx->nb_inputs; i++) {
270         layouts = ff_all_channel_layouts();
271         if ((ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &ctx->inputs[i]->out_channel_layouts)) < 0)
272             return ret;
273     }
274
275     if ((ret = ff_set_common_formats(ctx, ff_planar_sample_fmts())) < 0 ||
276         (ret = ff_set_common_samplerates(ctx, ff_all_samplerates())) < 0)
277         return ret;
278
279     return 0;
280 }
281
282 static void guess_map_matching(AVFilterContext *ctx, ChannelMap *ch,
283                                uint64_t *inputs)
284 {
285     int i;
286
287     for (i = 0; i < ctx->nb_inputs; i++) {
288         AVFilterLink *link = ctx->inputs[i];
289
290         if (ch->out_channel & link->channel_layout &&
291             !(ch->out_channel & inputs[i])) {
292             ch->input      = i;
293             ch->in_channel = ch->out_channel;
294             inputs[i]     |= ch->out_channel;
295             return;
296         }
297     }
298 }
299
300 static void guess_map_any(AVFilterContext *ctx, ChannelMap *ch,
301                           uint64_t *inputs)
302 {
303     int i;
304
305     for (i = 0; i < ctx->nb_inputs; i++) {
306         AVFilterLink *link = ctx->inputs[i];
307
308         if ((inputs[i] & link->channel_layout) != link->channel_layout) {
309             uint64_t unused = link->channel_layout & ~inputs[i];
310
311             ch->input      = i;
312             ch->in_channel = av_channel_layout_extract_channel(unused, 0);
313             inputs[i]     |= ch->in_channel;
314             return;
315         }
316     }
317 }
318
319 static int join_config_output(AVFilterLink *outlink)
320 {
321     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
322     JoinContext       *s = ctx->priv;
323     uint64_t *inputs;   // nth element tracks which channels are used from nth input
324     int i, ret = 0;
325
326     /* initialize inputs to user-specified mappings */
327     if (!(inputs = av_mallocz_array(ctx->nb_inputs, sizeof(*inputs))))
328         return AVERROR(ENOMEM);
329     for (i = 0; i < s->nb_channels; i++) {
330         ChannelMap *ch = &s->channels[i];
331         AVFilterLink *inlink;
332
333         if (ch->input < 0)
334             continue;
335
336         inlink = ctx->inputs[ch->input];
337
338         if (!ch->in_channel)
339             ch->in_channel = av_channel_layout_extract_channel(inlink->channel_layout,
340                                                                ch->in_channel_idx);
341
342         if (!(ch->in_channel & inlink->channel_layout)) {
343             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Requested channel %s is not present in "
344                    "input stream #%d.\n", av_get_channel_name(ch->in_channel),
345                    ch->input);
346             ret = AVERROR(EINVAL);
347             goto fail;
348         }
349
350         inputs[ch->input] |= ch->in_channel;
351     }
352
353     /* guess channel maps when not explicitly defined */
354     /* first try unused matching channels */
355     for (i = 0; i < s->nb_channels; i++) {
356         ChannelMap *ch = &s->channels[i];
357
358         if (ch->input < 0)
359             guess_map_matching(ctx, ch, inputs);
360     }
361
362     /* if the above failed, try to find _any_ unused input channel */
363     for (i = 0; i < s->nb_channels; i++) {
364         ChannelMap *ch = &s->channels[i];
365
366         if (ch->input < 0)
367             guess_map_any(ctx, ch, inputs);
368
369         if (ch->input < 0) {
370             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Could not find input channel for "
371                    "output channel '%s'.\n",
372                    av_get_channel_name(ch->out_channel));
373             goto fail;
374         }
375
376         ch->in_channel_idx = av_get_channel_layout_channel_index(ctx->inputs[ch->input]->channel_layout,
377                                                                  ch->in_channel);
378     }
379
380     /* print mappings */
381     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "mappings: ");
382     for (i = 0; i < s->nb_channels; i++) {
383         ChannelMap *ch = &s->channels[i];
384         av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "%d.%s => %s ", ch->input,
385                av_get_channel_name(ch->in_channel),
386                av_get_channel_name(ch->out_channel));
387     }
388     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "\n");
389
390     for (i = 0; i < ctx->nb_inputs; i++) {
391         if (!inputs[i])
392             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "No channels are used from input "
393                    "stream %d.\n", i);
394     }
395
396 fail:
397     av_freep(&inputs);
398     return ret;
399 }
400
401 static int join_request_frame(AVFilterLink *outlink)
402 {
403     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
404     JoinContext *s       = ctx->priv;
405     int i;
406
407     /* get a frame on each input */
408     for (i = 0; i < ctx->nb_inputs; i++) {
409         AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[i];
410         if (!s->input_frames[i])
411             return ff_request_frame(inlink);
412     }
413     return 0;
414 }
415
416 static int try_push_frame(AVFilterContext *ctx)
417 {
418     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
419     JoinContext *s       = ctx->priv;
420     AVFrame *frame;
421     int linesize   = INT_MAX;
422     int nb_samples = INT_MAX;
423     int nb_buffers = 0;
424     int i, j, ret;
425
426     for (i = 0; i < ctx->nb_inputs; i++) {
427         if (!s->input_frames[i])
428             return 0;
429         nb_samples = FFMIN(nb_samples, s->input_frames[i]->nb_samples);
430     }
431
432     /* setup the output frame */
433     frame = av_frame_alloc();
434     if (!frame)
435         return AVERROR(ENOMEM);
436     if (s->nb_channels > FF_ARRAY_ELEMS(frame->data)) {
437         frame->extended_data = av_mallocz_array(s->nb_channels,
438                                           sizeof(*frame->extended_data));
439         if (!frame->extended_data) {
440             ret = AVERROR(ENOMEM);
441             goto fail;
442         }
443     }
444
445     /* copy the data pointers */
446     for (i = 0; i < s->nb_channels; i++) {
447         ChannelMap *ch = &s->channels[i];
448         AVFrame *cur   = s->input_frames[ch->input];
449         AVBufferRef *buf;
450
451         frame->extended_data[i] = cur->extended_data[ch->in_channel_idx];
452         linesize = FFMIN(linesize, cur->linesize[0]);
453
454         /* add the buffer where this plan is stored to the list if it's
455          * not already there */
456         buf = av_frame_get_plane_buffer(cur, ch->in_channel_idx);
457         if (!buf) {
458             ret = AVERROR(EINVAL);
459             goto fail;
460         }
461         for (j = 0; j < nb_buffers; j++)
462             if (s->buffers[j]->buffer == buf->buffer)
463                 break;
464         if (j == i)
465             s->buffers[nb_buffers++] = buf;
466     }
467
468     /* create references to the buffers we copied to output */
469     if (nb_buffers > FF_ARRAY_ELEMS(frame->buf)) {
470         frame->nb_extended_buf = nb_buffers - FF_ARRAY_ELEMS(frame->buf);
471         frame->extended_buf = av_mallocz_array(frame->nb_extended_buf,
472                                                sizeof(*frame->extended_buf));
473         if (!frame->extended_buf) {
474             frame->nb_extended_buf = 0;
475             ret = AVERROR(ENOMEM);
476             goto fail;
477         }
478     }
479     for (i = 0; i < FFMIN(FF_ARRAY_ELEMS(frame->buf), nb_buffers); i++) {
480         frame->buf[i] = av_buffer_ref(s->buffers[i]);
481         if (!frame->buf[i]) {
482             ret = AVERROR(ENOMEM);
483             goto fail;
484         }
485     }
486     for (i = 0; i < frame->nb_extended_buf; i++) {
487         frame->extended_buf[i] = av_buffer_ref(s->buffers[i +
488                                                FF_ARRAY_ELEMS(frame->buf)]);
489         if (!frame->extended_buf[i]) {
490             ret = AVERROR(ENOMEM);
491             goto fail;
492         }
493     }
494
495     frame->nb_samples     = nb_samples;
496     frame->channel_layout = outlink->channel_layout;
497     frame->channels       = outlink->channels;
498     frame->sample_rate    = outlink->sample_rate;
499     frame->format         = outlink->format;
500     frame->pts            = s->input_frames[0]->pts;
501     frame->linesize[0]    = linesize;
502     if (frame->data != frame->extended_data) {
503         memcpy(frame->data, frame->extended_data, sizeof(*frame->data) *
504                FFMIN(FF_ARRAY_ELEMS(frame->data), s->nb_channels));
505     }
506
507     ret = ff_filter_frame(outlink, frame);
508
509     for (i = 0; i < ctx->nb_inputs; i++)
510         av_frame_free(&s->input_frames[i]);
511
512     return ret;
513
514 fail:
515     av_frame_free(&frame);
516     return ret;
517 }
518
519 static const AVFilterPad avfilter_af_join_outputs[] = {
520     {
521         .name          = "default",
522         .type          = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
523         .config_props  = join_config_output,
524         .request_frame = join_request_frame,
525     },
526     { NULL }
527 };
528
529 AVFilter ff_af_join = {
530     .name           = "join",
531     .description    = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Join multiple audio streams into "
532                                            "multi-channel output."),
533     .priv_size      = sizeof(JoinContext),
534     .priv_class     = &join_class,
535     .init           = join_init,
536     .uninit         = join_uninit,
537     .query_formats  = join_query_formats,
538     .inputs         = NULL,
539     .outputs        = avfilter_af_join_outputs,
540     .flags          = AVFILTER_FLAG_DYNAMIC_INPUTS,
541 };