avfilter/showcqt: add fontcolor option
[ffmpeg.git] / libavfilter / avf_showcqt.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2014 Muhammad Faiz <mfcc64@gmail.com>
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 #include "config.h"
22 #include "libavcodec/avfft.h"
23 #include "libavutil/avassert.h"
24 #include "libavutil/channel_layout.h"
25 #include "libavutil/opt.h"
26 #include "libavutil/xga_font_data.h"
27 #include "libavutil/qsort.h"
28 #include "libavutil/time.h"
29 #include "libavutil/eval.h"
30 #include "avfilter.h"
31 #include "internal.h"
32
33 #include <math.h>
34 #include <stdlib.h>
35
36 #if CONFIG_LIBFREETYPE
37 #include <ft2build.h>
38 #include FT_FREETYPE_H
39 #endif
40
41 /* this filter is designed to do 16 bins/semitones constant Q transform with Brown-Puckette algorithm
42  * start from E0 to D#10 (10 octaves)
43  * so there are 16 bins/semitones * 12 semitones/octaves * 10 octaves = 1920 bins
44  * match with full HD resolution */
45
46 #define VIDEO_WIDTH 1920
47 #define VIDEO_HEIGHT 1080
48 #define FONT_HEIGHT 32
49 #define SPECTOGRAM_HEIGHT ((VIDEO_HEIGHT-FONT_HEIGHT)/2)
50 #define SPECTOGRAM_START (VIDEO_HEIGHT-SPECTOGRAM_HEIGHT)
51 #define BASE_FREQ 20.051392800492
52 #define COEFF_CLAMP 1.0e-4
53 #define TLENGTH_MIN 0.001
54 #define TLENGTH_DEFAULT "384/f*tc/(384/f+tc)"
55 #define VOLUME_MIN 1e-10
56 #define VOLUME_MAX 100.0
57 #define FONTCOLOR_DEFAULT "st(0, (midi(f)-59.5)/12);" \
58     "st(1, if(between(ld(0),0,1), 0.5-0.5*cos(2*PI*ld(0)), 0));" \
59     "r(1-ld(1)) + b(ld(1))"
60
61 typedef struct {
62     FFTSample value;
63     int index;
64 } SparseCoeff;
65
66 typedef struct {
67     const AVClass *class;
68     AVFrame *outpicref;
69     FFTContext *fft_context;
70     FFTComplex *fft_data;
71     FFTComplex *fft_result_left;
72     FFTComplex *fft_result_right;
73     uint8_t *spectogram;
74     SparseCoeff *coeff_sort;
75     SparseCoeff *coeffs[VIDEO_WIDTH];
76     uint8_t *font_alpha;
77     char *fontfile;     /* using freetype */
78     int coeffs_len[VIDEO_WIDTH];
79     uint8_t fontcolor_value[VIDEO_WIDTH*3];  /* result of fontcolor option */
80     int64_t frame_count;
81     int spectogram_count;
82     int spectogram_index;
83     int fft_bits;
84     int req_fullfilled;
85     int remaining_fill;
86     char *tlength;
87     char *volume;
88     char *fontcolor;
89     double timeclamp;   /* lower timeclamp, time-accurate, higher timeclamp, freq-accurate (at low freq)*/
90     float coeffclamp;   /* lower coeffclamp, more precise, higher coeffclamp, faster */
91     int fullhd;         /* if true, output video is at full HD resolution, otherwise it will be halved */
92     float gamma;        /* lower gamma, more contrast, higher gamma, more range */
93     int fps;            /* the required fps is so strict, so it's enough to be int, but 24000/1001 etc cannot be encoded */
94     int count;          /* fps * count = transform rate */
95 } ShowCQTContext;
96
97 #define OFFSET(x) offsetof(ShowCQTContext, x)
98 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
99
100 static const AVOption showcqt_options[] = {
101     { "volume", "set volume", OFFSET(volume), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = "16" }, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
102     { "tlength", "set transform length", OFFSET(tlength), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = TLENGTH_DEFAULT }, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
103     { "timeclamp", "set timeclamp", OFFSET(timeclamp), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, { .dbl = 0.17 }, 0.1, 1.0, FLAGS },
104     { "coeffclamp", "set coeffclamp", OFFSET(coeffclamp), AV_OPT_TYPE_FLOAT, { .dbl = 1 }, 0.1, 10, FLAGS },
105     { "gamma", "set gamma", OFFSET(gamma), AV_OPT_TYPE_FLOAT, { .dbl = 3 }, 1, 7, FLAGS },
106     { "fullhd", "set full HD resolution", OFFSET(fullhd), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = 1 }, 0, 1, FLAGS },
107     { "fps", "set video fps", OFFSET(fps), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = 25 }, 10, 100, FLAGS },
108     { "count", "set number of transform per frame", OFFSET(count), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = 6 }, 1, 30, FLAGS },
109     { "fontfile", "set font file", OFFSET(fontfile), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = NULL }, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
110     { "fontcolor", "set font color", OFFSET(fontcolor), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = FONTCOLOR_DEFAULT }, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
111     { NULL }
112 };
113
114 AVFILTER_DEFINE_CLASS(showcqt);
115
116 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
117 {
118     int k;
119
120     ShowCQTContext *s = ctx->priv;
121     av_fft_end(s->fft_context);
122     s->fft_context = NULL;
123     for (k = 0; k < VIDEO_WIDTH; k++)
124         av_freep(&s->coeffs[k]);
125     av_freep(&s->fft_data);
126     av_freep(&s->fft_result_left);
127     av_freep(&s->fft_result_right);
128     av_freep(&s->coeff_sort);
129     av_freep(&s->spectogram);
130     av_freep(&s->font_alpha);
131     av_frame_free(&s->outpicref);
132 }
133
134 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
135 {
136     AVFilterFormats *formats = NULL;
137     AVFilterChannelLayouts *layouts = NULL;
138     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
139     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
140     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = { AV_SAMPLE_FMT_FLT, AV_SAMPLE_FMT_NONE };
141     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = { AV_PIX_FMT_RGB24, AV_PIX_FMT_NONE };
142     static const int64_t channel_layouts[] = { AV_CH_LAYOUT_STEREO, AV_CH_LAYOUT_STEREO_DOWNMIX, -1 };
143     static const int samplerates[] = { 44100, 48000, -1 };
144
145     /* set input audio formats */
146     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
147     if (!formats)
148         return AVERROR(ENOMEM);
149     ff_formats_ref(formats, &inlink->out_formats);
150
151     layouts = avfilter_make_format64_list(channel_layouts);
152     if (!layouts)
153         return AVERROR(ENOMEM);
154     ff_channel_layouts_ref(layouts, &inlink->out_channel_layouts);
155
156     formats = ff_make_format_list(samplerates);
157     if (!formats)
158         return AVERROR(ENOMEM);
159     ff_formats_ref(formats, &inlink->out_samplerates);
160
161     /* set output video format */
162     formats = ff_make_format_list(pix_fmts);
163     if (!formats)
164         return AVERROR(ENOMEM);
165     ff_formats_ref(formats, &outlink->in_formats);
166
167     return 0;
168 }
169
170 #if CONFIG_LIBFREETYPE
171 static void load_freetype_font(AVFilterContext *ctx)
172 {
173     static const char str[] = "EF G A BC D ";
174     ShowCQTContext *s = ctx->priv;
175     FT_Library lib = NULL;
176     FT_Face face = NULL;
177     int video_scale = s->fullhd ? 2 : 1;
178     int video_width = (VIDEO_WIDTH/2) * video_scale;
179     int font_height = (FONT_HEIGHT/2) * video_scale;
180     int font_width = 8 * video_scale;
181     int font_repeat = font_width * 12;
182     int linear_hori_advance = font_width * 65536;
183     int non_monospace_warning = 0;
184     int x;
185
186     s->font_alpha = NULL;
187
188     if (!s->fontfile)
189         return;
190
191     if (FT_Init_FreeType(&lib))
192         goto fail;
193
194     if (FT_New_Face(lib, s->fontfile, 0, &face))
195         goto fail;
196
197     if (FT_Set_Char_Size(face, 16*64, 0, 0, 0))
198         goto fail;
199
200     if (FT_Load_Char(face, 'A', FT_LOAD_RENDER))
201         goto fail;
202
203     if (FT_Set_Char_Size(face, 16*64 * linear_hori_advance / face->glyph->linearHoriAdvance, 0, 0, 0))
204         goto fail;
205
206     s->font_alpha = av_malloc(font_height * video_width);
207     if (!s->font_alpha)
208         goto fail;
209
210     memset(s->font_alpha, 0, font_height * video_width);
211
212     for (x = 0; x < 12; x++) {
213         int sx, sy, rx, bx, by, dx, dy;
214
215         if (str[x] == ' ')
216             continue;
217
218         if (FT_Load_Char(face, str[x], FT_LOAD_RENDER))
219             goto fail;
220
221         if (face->glyph->advance.x != font_width*64 && !non_monospace_warning) {
222             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Font is not monospace\n");
223             non_monospace_warning = 1;
224         }
225
226         sy = font_height - 4*video_scale - face->glyph->bitmap_top;
227         for (rx = 0; rx < 10; rx++) {
228             sx = rx * font_repeat + x * font_width + face->glyph->bitmap_left;
229             for (by = 0; by < face->glyph->bitmap.rows; by++) {
230                 dy = by + sy;
231                 if (dy < 0)
232                     continue;
233                 if (dy >= font_height)
234                     break;
235
236                 for (bx = 0; bx < face->glyph->bitmap.width; bx++) {
237                     dx = bx + sx;
238                     if (dx < 0)
239                         continue;
240                     if (dx >= video_width)
241                         break;
242                     s->font_alpha[dy*video_width+dx] = face->glyph->bitmap.buffer[by*face->glyph->bitmap.width+bx];
243                 }
244             }
245         }
246     }
247
248     FT_Done_Face(face);
249     FT_Done_FreeType(lib);
250     return;
251
252     fail:
253     av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Error while loading freetype font, using default font instead\n");
254     FT_Done_Face(face);
255     FT_Done_FreeType(lib);
256     av_freep(&s->font_alpha);
257     return;
258 }
259 #endif
260
261 static double a_weighting(void *p, double f)
262 {
263     double ret = 12200.0*12200.0 * (f*f*f*f);
264     ret /= (f*f + 20.6*20.6) * (f*f + 12200.0*12200.0) *
265            sqrt((f*f + 107.7*107.7) * (f*f + 737.9*737.9));
266     return ret;
267 }
268
269 static double b_weighting(void *p, double f)
270 {
271     double ret = 12200.0*12200.0 * (f*f*f);
272     ret /= (f*f + 20.6*20.6) * (f*f + 12200.0*12200.0) * sqrt(f*f + 158.5*158.5);
273     return ret;
274 }
275
276 static double c_weighting(void *p, double f)
277 {
278     double ret = 12200.0*12200.0 * (f*f);
279     ret /= (f*f + 20.6*20.6) * (f*f + 12200.0*12200.0);
280     return ret;
281 }
282
283 static double midi(void *p, double f)
284 {
285     return log2(f/440.0) * 12.0 + 69.0;
286 }
287
288 static double r_func(void *p, double x)
289 {
290     x = av_clipd(x, 0.0, 1.0);
291     return (int)(x*255.0+0.5) << 16;
292 }
293
294 static double g_func(void *p, double x)
295 {
296     x = av_clipd(x, 0.0, 1.0);
297     return (int)(x*255.0+0.5) << 8;
298 }
299
300 static double b_func(void *p, double x)
301 {
302     x = av_clipd(x, 0.0, 1.0);
303     return (int)(x*255.0+0.5);
304 }
305
306 static inline int qsort_sparsecoeff(const SparseCoeff *a, const SparseCoeff *b)
307 {
308     if (fabsf(a->value) >= fabsf(b->value))
309         return 1;
310     else
311         return -1;
312 }
313
314 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
315 {
316     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
317     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
318     ShowCQTContext *s = ctx->priv;
319     AVExpr *tlength_expr = NULL, *volume_expr = NULL, *fontcolor_expr = NULL;
320     uint8_t *fontcolor_value = s->fontcolor_value;
321     static const char * const expr_vars[] = { "timeclamp", "tc", "frequency", "freq", "f", NULL };
322     static const char * const expr_func_names[] = { "a_weighting", "b_weighting", "c_weighting", NULL };
323     static const char * const expr_fontcolor_func_names[] = { "midi", "r", "g", "b", NULL };
324     static double (* const expr_funcs[])(void *, double) = { a_weighting, b_weighting, c_weighting, NULL };
325     static double (* const expr_fontcolor_funcs[])(void *, double) = { midi, r_func, g_func, b_func, NULL };
326     int fft_len, k, x, y, ret;
327     int num_coeffs = 0;
328     int rate = inlink->sample_rate;
329     double max_len = rate * (double) s->timeclamp;
330     int64_t start_time, end_time;
331     int video_scale = s->fullhd ? 2 : 1;
332     int video_width = (VIDEO_WIDTH/2) * video_scale;
333     int video_height = (VIDEO_HEIGHT/2) * video_scale;
334     int spectogram_height = (SPECTOGRAM_HEIGHT/2) * video_scale;
335
336     s->fft_bits = ceil(log2(max_len));
337     fft_len = 1 << s->fft_bits;
338
339     if (rate % (s->fps * s->count)) {
340         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Rate (%u) is not divisible by fps*count (%u*%u)\n", rate, s->fps, s->count);
341         return AVERROR(EINVAL);
342     }
343
344     s->fft_data         = av_malloc_array(fft_len, sizeof(*s->fft_data));
345     s->coeff_sort       = av_malloc_array(fft_len, sizeof(*s->coeff_sort));
346     s->fft_result_left  = av_malloc_array(fft_len, sizeof(*s->fft_result_left));
347     s->fft_result_right = av_malloc_array(fft_len, sizeof(*s->fft_result_right));
348     s->fft_context      = av_fft_init(s->fft_bits, 0);
349
350     if (!s->fft_data || !s->coeff_sort || !s->fft_result_left || !s->fft_result_right || !s->fft_context)
351         return AVERROR(ENOMEM);
352
353 #if CONFIG_LIBFREETYPE
354     load_freetype_font(ctx);
355 #else
356     if (s->fontfile)
357         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Freetype is not available, ignoring fontfile option\n");
358     s->font_alpha = NULL;
359 #endif
360
361     av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "Calculating spectral kernel, please wait\n");
362     start_time = av_gettime_relative();
363     ret = av_expr_parse(&tlength_expr, s->tlength, expr_vars, NULL, NULL, NULL, NULL, 0, ctx);
364     if (ret < 0)
365         goto eval_error;
366
367     ret = av_expr_parse(&volume_expr, s->volume, expr_vars, expr_func_names,
368                         expr_funcs, NULL, NULL, 0, ctx);
369     if (ret < 0)
370         goto eval_error;
371
372     ret = av_expr_parse(&fontcolor_expr, s->fontcolor, expr_vars, expr_fontcolor_func_names,
373                         expr_fontcolor_funcs, NULL, NULL, 0, ctx);
374     if (ret < 0)
375         goto eval_error;
376
377     for (k = 0; k < VIDEO_WIDTH; k++) {
378         int hlen = fft_len >> 1;
379         float total = 0;
380         float partial = 0;
381         double freq = BASE_FREQ * exp2(k * (1.0/192.0));
382         double tlen, tlength, volume;
383         double expr_vars_val[] = { s->timeclamp, s->timeclamp, freq, freq, freq, 0 };
384         /* a window function from Albert H. Nuttall,
385          * "Some Windows with Very Good Sidelobe Behavior"
386          * -93.32 dB peak sidelobe and 18 dB/octave asymptotic decay
387          * coefficient normalized to a0 = 1 */
388         double a0 = 0.355768;
389         double a1 = 0.487396/a0;
390         double a2 = 0.144232/a0;
391         double a3 = 0.012604/a0;
392         double sv_step, cv_step, sv, cv;
393         double sw_step, cw_step, sw, cw, w;
394
395         tlength = av_expr_eval(tlength_expr, expr_vars_val, NULL);
396         if (isnan(tlength)) {
397             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "at freq %g: tlength is nan, setting it to %g\n", freq, s->timeclamp);
398             tlength = s->timeclamp;
399         } else if (tlength < TLENGTH_MIN) {
400             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "at freq %g: tlength is %g, setting it to %g\n", freq, tlength, TLENGTH_MIN);
401             tlength = TLENGTH_MIN;
402         } else if (tlength > s->timeclamp) {
403             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "at freq %g: tlength is %g, setting it to %g\n", freq, tlength, s->timeclamp);
404             tlength = s->timeclamp;
405         }
406
407         volume = FFABS(av_expr_eval(volume_expr, expr_vars_val, NULL));
408         if (isnan(volume)) {
409             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "at freq %g: volume is nan, setting it to 0\n", freq);
410             volume = VOLUME_MIN;
411         } else if (volume < VOLUME_MIN) {
412             volume = VOLUME_MIN;
413         } else if (volume > VOLUME_MAX) {
414             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "at freq %g: volume is %g, setting it to %g\n", freq, volume, VOLUME_MAX);
415             volume = VOLUME_MAX;
416         }
417
418         if (s->fullhd || !(k & 1)) {
419             int fontcolor = av_expr_eval(fontcolor_expr, expr_vars_val, NULL);
420             fontcolor_value[0] = (fontcolor >> 16) & 0xFF;
421             fontcolor_value[1] = (fontcolor >> 8) & 0xFF;
422             fontcolor_value[2] = fontcolor & 0xFF;
423             fontcolor_value += 3;
424         }
425
426         tlen = tlength * rate;
427         s->fft_data[0].re = 0;
428         s->fft_data[0].im = 0;
429         s->fft_data[hlen].re = (1.0 + a1 + a2 + a3) * (1.0/tlen) * volume * (1.0/fft_len);
430         s->fft_data[hlen].im = 0;
431         sv_step = sv = sin(2.0*M_PI*freq*(1.0/rate));
432         cv_step = cv = cos(2.0*M_PI*freq*(1.0/rate));
433         /* also optimizing window func */
434         sw_step = sw = sin(2.0*M_PI*(1.0/tlen));
435         cw_step = cw = cos(2.0*M_PI*(1.0/tlen));
436         for (x = 1; x < 0.5 * tlen; x++) {
437             double cv_tmp, cw_tmp;
438             double cw2, cw3, sw2;
439
440             cw2 = cw * cw - sw * sw;
441             sw2 = cw * sw + sw * cw;
442             cw3 = cw * cw2 - sw * sw2;
443             w = (1.0 + a1 * cw + a2 * cw2 + a3 * cw3) * (1.0/tlen) * volume * (1.0/fft_len);
444             s->fft_data[hlen + x].re = w * cv;
445             s->fft_data[hlen + x].im = w * sv;
446             s->fft_data[hlen - x].re = s->fft_data[hlen + x].re;
447             s->fft_data[hlen - x].im = -s->fft_data[hlen + x].im;
448
449             cv_tmp = cv * cv_step - sv * sv_step;
450             sv = sv * cv_step + cv * sv_step;
451             cv = cv_tmp;
452             cw_tmp = cw * cw_step - sw * sw_step;
453             sw = sw * cw_step + cw * sw_step;
454             cw = cw_tmp;
455         }
456         for (; x < hlen; x++) {
457             s->fft_data[hlen + x].re = 0;
458             s->fft_data[hlen + x].im = 0;
459             s->fft_data[hlen - x].re = 0;
460             s->fft_data[hlen - x].im = 0;
461         }
462         av_fft_permute(s->fft_context, s->fft_data);
463         av_fft_calc(s->fft_context, s->fft_data);
464
465         for (x = 0; x < fft_len; x++) {
466             s->coeff_sort[x].index = x;
467             s->coeff_sort[x].value = s->fft_data[x].re;
468         }
469
470         AV_QSORT(s->coeff_sort, fft_len, SparseCoeff, qsort_sparsecoeff);
471         for (x = 0; x < fft_len; x++)
472             total += fabsf(s->coeff_sort[x].value);
473
474         for (x = 0; x < fft_len; x++) {
475             partial += fabsf(s->coeff_sort[x].value);
476             if (partial > total * s->coeffclamp * COEFF_CLAMP) {
477                 s->coeffs_len[k] = fft_len - x;
478                 num_coeffs += s->coeffs_len[k];
479                 s->coeffs[k] = av_malloc_array(s->coeffs_len[k], sizeof(*s->coeffs[k]));
480                 if (!s->coeffs[k]) {
481                     ret = AVERROR(ENOMEM);
482                     goto eval_error;
483                 }
484                 for (y = 0; y < s->coeffs_len[k]; y++)
485                     s->coeffs[k][y] = s->coeff_sort[x+y];
486                 break;
487             }
488         }
489     }
490     av_expr_free(fontcolor_expr);
491     av_expr_free(volume_expr);
492     av_expr_free(tlength_expr);
493     end_time = av_gettime_relative();
494     av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "Elapsed time %.6f s (fft_len=%u, num_coeffs=%u)\n", 1e-6 * (end_time-start_time), fft_len, num_coeffs);
495
496     outlink->w = video_width;
497     outlink->h = video_height;
498
499     s->req_fullfilled = 0;
500     s->spectogram_index = 0;
501     s->frame_count = 0;
502     s->spectogram_count = 0;
503     s->remaining_fill = fft_len >> 1;
504     memset(s->fft_data, 0, fft_len * sizeof(*s->fft_data));
505
506     s->outpicref = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
507     if (!s->outpicref)
508         return AVERROR(ENOMEM);
509
510     s->spectogram = av_calloc(spectogram_height, s->outpicref->linesize[0]);
511     if (!s->spectogram)
512         return AVERROR(ENOMEM);
513
514     outlink->sample_aspect_ratio = av_make_q(1, 1);
515     outlink->time_base = av_make_q(1, s->fps);
516     outlink->frame_rate = av_make_q(s->fps, 1);
517     return 0;
518
519 eval_error:
520     av_expr_free(fontcolor_expr);
521     av_expr_free(volume_expr);
522     av_expr_free(tlength_expr);
523     return ret;
524 }
525
526 static int plot_cqt(AVFilterLink *inlink)
527 {
528     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
529     ShowCQTContext *s = ctx->priv;
530     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
531     int fft_len = 1 << s->fft_bits;
532     FFTSample result[VIDEO_WIDTH][4];
533     int x, y, ret = 0;
534     int linesize = s->outpicref->linesize[0];
535     int video_scale = s->fullhd ? 2 : 1;
536     int video_width = (VIDEO_WIDTH/2) * video_scale;
537     int spectogram_height = (SPECTOGRAM_HEIGHT/2) * video_scale;
538     int spectogram_start = (SPECTOGRAM_START/2) * video_scale;
539     int font_height = (FONT_HEIGHT/2) * video_scale;
540
541     /* real part contains left samples, imaginary part contains right samples */
542     memcpy(s->fft_result_left, s->fft_data, fft_len * sizeof(*s->fft_data));
543     av_fft_permute(s->fft_context, s->fft_result_left);
544     av_fft_calc(s->fft_context, s->fft_result_left);
545
546     /* separate left and right, (and multiply by 2.0) */
547     s->fft_result_right[0].re = 2.0f * s->fft_result_left[0].im;
548     s->fft_result_right[0].im = 0;
549     s->fft_result_left[0].re = 2.0f * s->fft_result_left[0].re;
550     s->fft_result_left[0].im = 0;
551     for (x = 1; x <= fft_len >> 1; x++) {
552         FFTSample tmpy = s->fft_result_left[fft_len-x].im - s->fft_result_left[x].im;
553
554         s->fft_result_right[x].re = s->fft_result_left[x].im + s->fft_result_left[fft_len-x].im;
555         s->fft_result_right[x].im = s->fft_result_left[x].re - s->fft_result_left[fft_len-x].re;
556         s->fft_result_right[fft_len-x].re = s->fft_result_right[x].re;
557         s->fft_result_right[fft_len-x].im = -s->fft_result_right[x].im;
558
559         s->fft_result_left[x].re = s->fft_result_left[x].re + s->fft_result_left[fft_len-x].re;
560         s->fft_result_left[x].im = tmpy;
561         s->fft_result_left[fft_len-x].re = s->fft_result_left[x].re;
562         s->fft_result_left[fft_len-x].im = -s->fft_result_left[x].im;
563     }
564
565     /* calculating cqt */
566     for (x = 0; x < VIDEO_WIDTH; x++) {
567         int u;
568         float g = 1.0f / s->gamma;
569         FFTComplex l = {0,0};
570         FFTComplex r = {0,0};
571
572         for (u = 0; u < s->coeffs_len[x]; u++) {
573             FFTSample value = s->coeffs[x][u].value;
574             int index = s->coeffs[x][u].index;
575             l.re += value * s->fft_result_left[index].re;
576             l.im += value * s->fft_result_left[index].im;
577             r.re += value * s->fft_result_right[index].re;
578             r.im += value * s->fft_result_right[index].im;
579         }
580         /* result is power, not amplitude */
581         result[x][0] = l.re * l.re + l.im * l.im;
582         result[x][2] = r.re * r.re + r.im * r.im;
583         result[x][1] = 0.5f * (result[x][0] + result[x][2]);
584         result[x][3] = result[x][1];
585         result[x][0] = 255.0f * powf(FFMIN(1.0f,result[x][0]), g);
586         result[x][1] = 255.0f * powf(FFMIN(1.0f,result[x][1]), g);
587         result[x][2] = 255.0f * powf(FFMIN(1.0f,result[x][2]), g);
588     }
589
590     if (!s->fullhd) {
591         for (x = 0; x < video_width; x++) {
592             result[x][0] = 0.5f * (result[2*x][0] + result[2*x+1][0]);
593             result[x][1] = 0.5f * (result[2*x][1] + result[2*x+1][1]);
594             result[x][2] = 0.5f * (result[2*x][2] + result[2*x+1][2]);
595             result[x][3] = 0.5f * (result[2*x][3] + result[2*x+1][3]);
596         }
597     }
598
599     for (x = 0; x < video_width; x++) {
600         s->spectogram[s->spectogram_index*linesize + 3*x] = result[x][0] + 0.5f;
601         s->spectogram[s->spectogram_index*linesize + 3*x + 1] = result[x][1] + 0.5f;
602         s->spectogram[s->spectogram_index*linesize + 3*x + 2] = result[x][2] + 0.5f;
603     }
604
605     /* drawing */
606     if (!s->spectogram_count) {
607         uint8_t *data = (uint8_t*) s->outpicref->data[0];
608         float rcp_result[VIDEO_WIDTH];
609         int total_length = linesize * spectogram_height;
610         int back_length = linesize * s->spectogram_index;
611
612         for (x = 0; x < video_width; x++)
613             rcp_result[x] = 1.0f / (result[x][3]+0.0001f);
614
615         /* drawing bar */
616         for (y = 0; y < spectogram_height; y++) {
617             float height = (spectogram_height - y) * (1.0f/spectogram_height);
618             uint8_t *lineptr = data + y * linesize;
619             for (x = 0; x < video_width; x++) {
620                 float mul;
621                 if (result[x][3] <= height) {
622                     *lineptr++ = 0;
623                     *lineptr++ = 0;
624                     *lineptr++ = 0;
625                 } else {
626                     mul = (result[x][3] - height) * rcp_result[x];
627                     *lineptr++ = mul * result[x][0] + 0.5f;
628                     *lineptr++ = mul * result[x][1] + 0.5f;
629                     *lineptr++ = mul * result[x][2] + 0.5f;
630                 }
631             }
632         }
633
634         /* drawing font */
635         if (s->font_alpha) {
636             for (y = 0; y < font_height; y++) {
637                 uint8_t *lineptr = data + (spectogram_height + y) * linesize;
638                 uint8_t *spectogram_src = s->spectogram + s->spectogram_index * linesize;
639                 uint8_t *fontcolor_value = s->fontcolor_value;
640                 for (x = 0; x < video_width; x++) {
641                     uint8_t alpha = s->font_alpha[y*video_width+x];
642                     lineptr[3*x] = (spectogram_src[3*x] * (255-alpha) + fontcolor_value[0] * alpha + 255) >> 8;
643                     lineptr[3*x+1] = (spectogram_src[3*x+1] * (255-alpha) + fontcolor_value[1] * alpha + 255) >> 8;
644                     lineptr[3*x+2] = (spectogram_src[3*x+2] * (255-alpha) + fontcolor_value[2] * alpha + 255) >> 8;
645                     fontcolor_value += 3;
646                 }
647             }
648         } else {
649             for (y = 0; y < font_height; y++) {
650                 uint8_t *lineptr = data + (spectogram_height + y) * linesize;
651                 memcpy(lineptr, s->spectogram + s->spectogram_index * linesize, video_width*3);
652             }
653             for (x = 0; x < video_width; x += video_width/10) {
654                 int u;
655                 static const char str[] = "EF G A BC D ";
656                 uint8_t *startptr = data + spectogram_height * linesize + x * 3;
657                 for (u = 0; str[u]; u++) {
658                     int v;
659                     for (v = 0; v < 16; v++) {
660                         uint8_t *p = startptr + v * linesize * video_scale + 8 * 3 * u * video_scale;
661                         int ux = x + 8 * u * video_scale;
662                         int mask;
663                         for (mask = 0x80; mask; mask >>= 1) {
664                             if (mask & avpriv_vga16_font[str[u] * 16 + v]) {
665                                 p[0] = s->fontcolor_value[3*ux];
666                                 p[1] = s->fontcolor_value[3*ux+1];
667                                 p[2] = s->fontcolor_value[3*ux+2];
668                                 if (video_scale == 2) {
669                                     p[linesize] = p[0];
670                                     p[linesize+1] = p[1];
671                                     p[linesize+2] = p[2];
672                                     p[3] = p[linesize+3] = s->fontcolor_value[3*ux+3];
673                                     p[4] = p[linesize+4] = s->fontcolor_value[3*ux+4];
674                                     p[5] = p[linesize+5] = s->fontcolor_value[3*ux+5];
675                                 }
676                             }
677                             p  += 3 * video_scale;
678                             ux += video_scale;
679                         }
680                     }
681                 }
682             }
683         }
684
685         /* drawing spectogram/sonogram */
686         data += spectogram_start * linesize;
687         memcpy(data, s->spectogram + s->spectogram_index*linesize, total_length - back_length);
688
689         data += total_length - back_length;
690         if (back_length)
691             memcpy(data, s->spectogram, back_length);
692
693         s->outpicref->pts = s->frame_count;
694         ret = ff_filter_frame(outlink, av_frame_clone(s->outpicref));
695         s->req_fullfilled = 1;
696         s->frame_count++;
697     }
698     s->spectogram_count = (s->spectogram_count + 1) % s->count;
699     s->spectogram_index = (s->spectogram_index + spectogram_height - 1) % spectogram_height;
700     return ret;
701 }
702
703 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
704 {
705     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
706     ShowCQTContext *s = ctx->priv;
707     int step = inlink->sample_rate / (s->fps * s->count);
708     int fft_len = 1 << s->fft_bits;
709     int remaining;
710     float *audio_data;
711
712     if (!insamples) {
713         while (s->remaining_fill < (fft_len >> 1)) {
714             int ret, x;
715             memset(&s->fft_data[fft_len - s->remaining_fill], 0, sizeof(*s->fft_data) * s->remaining_fill);
716             ret = plot_cqt(inlink);
717             if (ret < 0)
718                 return ret;
719             for (x = 0; x < (fft_len-step); x++)
720                 s->fft_data[x] = s->fft_data[x+step];
721             s->remaining_fill += step;
722         }
723         return AVERROR(EOF);
724     }
725
726     remaining = insamples->nb_samples;
727     audio_data = (float*) insamples->data[0];
728
729     while (remaining) {
730         if (remaining >= s->remaining_fill) {
731             int i = insamples->nb_samples - remaining;
732             int j = fft_len - s->remaining_fill;
733             int m, ret;
734             for (m = 0; m < s->remaining_fill; m++) {
735                 s->fft_data[j+m].re = audio_data[2*(i+m)];
736                 s->fft_data[j+m].im = audio_data[2*(i+m)+1];
737             }
738             ret = plot_cqt(inlink);
739             if (ret < 0) {
740                 av_frame_free(&insamples);
741                 return ret;
742             }
743             remaining -= s->remaining_fill;
744             for (m = 0; m < fft_len-step; m++)
745                 s->fft_data[m] = s->fft_data[m+step];
746             s->remaining_fill = step;
747         } else {
748             int i = insamples->nb_samples - remaining;
749             int j = fft_len - s->remaining_fill;
750             int m;
751             for (m = 0; m < remaining; m++) {
752                 s->fft_data[m+j].re = audio_data[2*(i+m)];
753                 s->fft_data[m+j].im = audio_data[2*(i+m)+1];
754             }
755             s->remaining_fill -= remaining;
756             remaining = 0;
757         }
758     }
759     av_frame_free(&insamples);
760     return 0;
761 }
762
763 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
764 {
765     ShowCQTContext *s = outlink->src->priv;
766     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
767     int ret;
768
769     s->req_fullfilled = 0;
770     do {
771         ret = ff_request_frame(inlink);
772     } while (!s->req_fullfilled && ret >= 0);
773
774     if (ret == AVERROR_EOF && s->outpicref)
775         filter_frame(inlink, NULL);
776     return ret;
777 }
778
779 static const AVFilterPad showcqt_inputs[] = {
780     {
781         .name         = "default",
782         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
783         .filter_frame = filter_frame,
784     },
785     { NULL }
786 };
787
788 static const AVFilterPad showcqt_outputs[] = {
789     {
790         .name          = "default",
791         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
792         .config_props  = config_output,
793         .request_frame = request_frame,
794     },
795     { NULL }
796 };
797
798 AVFilter ff_avf_showcqt = {
799     .name          = "showcqt",
800     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a CQT (Constant Q Transform) spectrum video output."),
801     .uninit        = uninit,
802     .query_formats = query_formats,
803     .priv_size     = sizeof(ShowCQTContext),
804     .inputs        = showcqt_inputs,
805     .outputs       = showcqt_outputs,
806     .priv_class    = &showcqt_class,
807 };