09b5a2a51fa462f446d361f86d2374bd1ac71c77
[ffmpeg.git] / libavfilter / avf_showspectrum.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2012-2013 Clément Bœsch
3  * Copyright (c) 2013 Rudolf Polzer <divverent@xonotic.org>
4  * Copyright (c) 2015 Paul B Mahol
5  *
6  * This file is part of FFmpeg.
7  *
8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
10  * License as published by the Free Software Foundation; either
11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
12  *
13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
16  * Lesser General Public License for more details.
17  *
18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
21  */
22
23 /**
24  * @file
25  * audio to spectrum (video) transmedia filter, based on ffplay rdft showmode
26  * (by Michael Niedermayer) and lavfi/avf_showwaves (by Stefano Sabatini).
27  */
28
29 #include <math.h>
30
31 #include "libavcodec/avfft.h"
32 #include "libavutil/audio_fifo.h"
33 #include "libavutil/avassert.h"
34 #include "libavutil/avstring.h"
35 #include "libavutil/channel_layout.h"
36 #include "libavutil/opt.h"
37 #include "libavutil/xga_font_data.h"
38 #include "audio.h"
39 #include "video.h"
40 #include "avfilter.h"
41 #include "internal.h"
42 #include "window_func.h"
43
44 enum DisplayMode  { COMBINED, SEPARATE, NB_MODES };
45 enum DataMode     { D_MAGNITUDE, D_PHASE, NB_DMODES };
46 enum DisplayScale { LINEAR, SQRT, CBRT, LOG, FOURTHRT, FIFTHRT, NB_SCALES };
47 enum ColorMode    { CHANNEL, INTENSITY, RAINBOW, MORELAND, NEBULAE, FIRE, FIERY, FRUIT, COOL, NB_CLMODES };
48 enum SlideMode    { REPLACE, SCROLL, FULLFRAME, RSCROLL, NB_SLIDES };
49 enum Orientation  { VERTICAL, HORIZONTAL, NB_ORIENTATIONS };
50
51 typedef struct {
52     const AVClass *class;
53     int w, h;
54     AVFrame *outpicref;
55     int nb_display_channels;
56     int orientation;
57     int channel_width;
58     int channel_height;
59     int sliding;                ///< 1 if sliding mode, 0 otherwise
60     int mode;                   ///< channel display mode
61     int color_mode;             ///< display color scheme
62     int scale;
63     float saturation;           ///< color saturation multiplier
64     float rotation;             ///< color rotation
65     int data;
66     int xpos;                   ///< x position (current column)
67     FFTContext **fft;           ///< Fast Fourier Transform context
68     int fft_bits;               ///< number of bits (FFT window size = 1<<fft_bits)
69     FFTComplex **fft_data;      ///< bins holder for each (displayed) channels
70     float *window_func_lut;     ///< Window function LUT
71     float **magnitudes;
72     float **phases;
73     int win_func;
74     int win_size;
75     double win_scale;
76     float overlap;
77     float gain;
78     int hop_size;
79     float *combine_buffer;      ///< color combining buffer (3 * h items)
80     float **color_buffer;       ///< color buffer (3 * h * ch items)
81     AVAudioFifo *fifo;
82     int64_t pts;
83     int single_pic;
84     int legend;
85     int start_x, start_y;
86 } ShowSpectrumContext;
87
88 #define OFFSET(x) offsetof(ShowSpectrumContext, x)
89 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
90
91 static const AVOption showspectrum_options[] = {
92     { "size", "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "640x512"}, 0, 0, FLAGS },
93     { "s",    "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "640x512"}, 0, 0, FLAGS },
94     { "slide", "set sliding mode", OFFSET(sliding), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, NB_SLIDES-1, FLAGS, "slide" },
95         { "replace", "replace old columns with new", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=REPLACE}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
96         { "scroll", "scroll from right to left", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SCROLL}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
97         { "fullframe", "return full frames", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FULLFRAME}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
98         { "rscroll", "scroll from left to right", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RSCROLL}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
99     { "mode", "set channel display mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=COMBINED}, COMBINED, NB_MODES-1, FLAGS, "mode" },
100         { "combined", "combined mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COMBINED}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
101         { "separate", "separate mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SEPARATE}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
102     { "color", "set channel coloring", OFFSET(color_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=CHANNEL}, CHANNEL, NB_CLMODES-1, FLAGS, "color" },
103         { "channel",   "separate color for each channel", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CHANNEL},   0, 0, FLAGS, "color" },
104         { "intensity", "intensity based coloring",        0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=INTENSITY}, 0, 0, FLAGS, "color" },
105         { "rainbow",   "rainbow based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RAINBOW},   0, 0, FLAGS, "color" },
106         { "moreland",  "moreland based coloring",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MORELAND},  0, 0, FLAGS, "color" },
107         { "nebulae",   "nebulae based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NEBULAE},   0, 0, FLAGS, "color" },
108         { "fire",      "fire based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIRE},      0, 0, FLAGS, "color" },
109         { "fiery",     "fiery based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIERY},     0, 0, FLAGS, "color" },
110         { "fruit",     "fruit based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FRUIT},     0, 0, FLAGS, "color" },
111         { "cool",      "cool based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COOL},      0, 0, FLAGS, "color" },
112     { "scale", "set display scale", OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=SQRT}, LINEAR, NB_SCALES-1, FLAGS, "scale" },
113         { "lin",  "linear",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LINEAR}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
114         { "sqrt", "square root", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SQRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
115         { "cbrt", "cubic root",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CBRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
116         { "log",  "logarithmic", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LOG},    0, 0, FLAGS, "scale" },
117         { "4thrt","4th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FOURTHRT}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
118         { "5thrt","5th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIFTHRT},  0, 0, FLAGS, "scale" },
119     { "saturation", "color saturation multiplier", OFFSET(saturation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, -10, 10, FLAGS },
120     { "win_func", "set window function", OFFSET(win_func), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = WFUNC_HANNING}, 0, NB_WFUNC-1, FLAGS, "win_func" },
121         { "rect",     "Rectangular",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_RECT},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
122         { "bartlett", "Bartlett",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BARTLETT}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
123         { "hann",     "Hann",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
124         { "hanning",  "Hanning",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
125         { "hamming",  "Hamming",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HAMMING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
126         { "blackman", "Blackman",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BLACKMAN}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
127         { "welch",    "Welch",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_WELCH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
128         { "flattop",  "Flat-top",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_FLATTOP},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
129         { "bharris",  "Blackman-Harris",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHARRIS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
130         { "bnuttall", "Blackman-Nuttall", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BNUTTALL}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
131         { "bhann",    "Bartlett-Hann",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHANN},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
132         { "sine",     "Sine",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_SINE},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
133         { "nuttall",  "Nuttall",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_NUTTALL},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
134         { "lanczos",  "Lanczos",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_LANCZOS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
135         { "gauss",    "Gauss",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_GAUSS},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
136         { "tukey",    "Tukey",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_TUKEY},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
137         { "dolph",    "Dolph-Chebyshev",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_DOLPH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
138         { "cauchy",   "Cauchy",           0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_CAUCHY},   0, 0, FLAGS, "win_func" },
139         { "parzen",   "Parzen",           0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_PARZEN},   0, 0, FLAGS, "win_func" },
140         { "poisson",  "Poisson",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_POISSON},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
141     { "orientation", "set orientation", OFFSET(orientation), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=VERTICAL}, 0, NB_ORIENTATIONS-1, FLAGS, "orientation" },
142         { "vertical",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=VERTICAL},   0, 0, FLAGS, "orientation" },
143         { "horizontal", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=HORIZONTAL}, 0, 0, FLAGS, "orientation" },
144     { "overlap", "set window overlap", OFFSET(overlap), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 0}, 0, 1, FLAGS },
145     { "gain", "set scale gain", OFFSET(gain), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, 0, 128, FLAGS },
146     { "data", "set data mode", OFFSET(data), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, NB_DMODES-1, FLAGS, "data" },
147         { "magnitude", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=D_MAGNITUDE}, 0, 0, FLAGS, "data" },
148         { "phase",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=D_PHASE},     0, 0, FLAGS, "data" },
149     { "rotation", "color rotation", OFFSET(rotation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 0}, -1, 1, FLAGS },
150     { NULL }
151 };
152
153 AVFILTER_DEFINE_CLASS(showspectrum);
154
155 static const struct ColorTable {
156     float a, y, u, v;
157 } color_table[][8] = {
158     [INTENSITY] = {
159     {    0,                  0,                  0,                   0 },
160     { 0.13, .03587126228984074,  .1573300977624594, -.02548747583751842 },
161     { 0.30, .18572281794568020,  .1772436246393981,  .17475554840414750 },
162     { 0.60, .28184980583656130, -.1593064119945782,  .47132074554608920 },
163     { 0.73, .65830621175547810, -.3716070802232764,  .24352759331252930 },
164     { 0.78, .76318535758242900, -.4307467689263783,  .16866496622310430 },
165     { 0.91, .95336363636363640, -.2045454545454546,  .03313636363636363 },
166     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
167     [RAINBOW] = {
168     {    0,                  0,                  0,                   0 },
169     { 0.13,            44/256.,     (189-128)/256.,      (138-128)/256. },
170     { 0.25,            29/256.,     (186-128)/256.,      (119-128)/256. },
171     { 0.38,           119/256.,     (194-128)/256.,       (53-128)/256. },
172     { 0.60,           111/256.,      (73-128)/256.,       (59-128)/256. },
173     { 0.73,           205/256.,      (19-128)/256.,      (149-128)/256. },
174     { 0.86,           135/256.,      (83-128)/256.,      (200-128)/256. },
175     {    1,            73/256.,      (95-128)/256.,      (225-128)/256. }},
176     [MORELAND] = {
177     {    0,            44/256.,     (181-128)/256.,      (112-128)/256. },
178     { 0.13,           126/256.,     (177-128)/256.,      (106-128)/256. },
179     { 0.25,           164/256.,     (163-128)/256.,      (109-128)/256. },
180     { 0.38,           200/256.,     (140-128)/256.,      (120-128)/256. },
181     { 0.60,           201/256.,     (117-128)/256.,      (141-128)/256. },
182     { 0.73,           177/256.,     (103-128)/256.,      (165-128)/256. },
183     { 0.86,           136/256.,     (100-128)/256.,      (183-128)/256. },
184     {    1,            68/256.,     (117-128)/256.,      (203-128)/256. }},
185     [NEBULAE] = {
186     {    0,            10/256.,     (134-128)/256.,      (132-128)/256. },
187     { 0.23,            21/256.,     (137-128)/256.,      (130-128)/256. },
188     { 0.45,            35/256.,     (134-128)/256.,      (134-128)/256. },
189     { 0.57,            51/256.,     (130-128)/256.,      (139-128)/256. },
190     { 0.67,           104/256.,     (116-128)/256.,      (162-128)/256. },
191     { 0.77,           120/256.,     (105-128)/256.,      (188-128)/256. },
192     { 0.87,           140/256.,     (105-128)/256.,      (188-128)/256. },
193     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
194     [FIRE] = {
195     {    0,                  0,                  0,                   0 },
196     { 0.23,            44/256.,     (132-128)/256.,      (127-128)/256. },
197     { 0.45,            62/256.,     (116-128)/256.,      (140-128)/256. },
198     { 0.57,            75/256.,     (105-128)/256.,      (152-128)/256. },
199     { 0.67,            95/256.,      (91-128)/256.,      (166-128)/256. },
200     { 0.77,           126/256.,      (74-128)/256.,      (172-128)/256. },
201     { 0.87,           164/256.,      (73-128)/256.,      (162-128)/256. },
202     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
203     [FIERY] = {
204     {    0,                  0,                  0,                   0 },
205     { 0.23,            36/256.,     (116-128)/256.,      (163-128)/256. },
206     { 0.45,            52/256.,     (102-128)/256.,      (200-128)/256. },
207     { 0.57,           116/256.,      (84-128)/256.,      (196-128)/256. },
208     { 0.67,           157/256.,      (67-128)/256.,      (181-128)/256. },
209     { 0.77,           193/256.,      (40-128)/256.,      (155-128)/256. },
210     { 0.87,           221/256.,     (101-128)/256.,      (134-128)/256. },
211     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
212     [FRUIT] = {
213     {    0,                  0,                  0,                   0 },
214     { 0.20,            29/256.,     (136-128)/256.,      (119-128)/256. },
215     { 0.30,            60/256.,     (119-128)/256.,       (90-128)/256. },
216     { 0.40,            85/256.,      (91-128)/256.,       (85-128)/256. },
217     { 0.50,           116/256.,      (70-128)/256.,      (105-128)/256. },
218     { 0.60,           151/256.,      (50-128)/256.,      (146-128)/256. },
219     { 0.70,           191/256.,      (63-128)/256.,      (178-128)/256. },
220     {    1,            98/256.,      (80-128)/256.,      (221-128)/256. }},
221     [COOL] = {
222     {    0,                  0,                  0,                   0 },
223     {  .15,                  0,                 .5,                 -.5 },
224     {    1,                  1,                -.5,                  .5 }},
225 };
226
227 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
228 {
229     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
230     int i;
231
232     av_freep(&s->combine_buffer);
233     if (s->fft) {
234         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
235             av_fft_end(s->fft[i]);
236     }
237     av_freep(&s->fft);
238     if (s->fft_data) {
239         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
240             av_freep(&s->fft_data[i]);
241     }
242     av_freep(&s->fft_data);
243     if (s->color_buffer) {
244         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
245             av_freep(&s->color_buffer[i]);
246     }
247     av_freep(&s->color_buffer);
248     av_freep(&s->window_func_lut);
249     if (s->magnitudes) {
250         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
251             av_freep(&s->magnitudes[i]);
252     }
253     av_freep(&s->magnitudes);
254     av_frame_free(&s->outpicref);
255     av_audio_fifo_free(s->fifo);
256     if (s->phases) {
257         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
258             av_freep(&s->phases[i]);
259     }
260     av_freep(&s->phases);
261 }
262
263 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
264 {
265     AVFilterFormats *formats = NULL;
266     AVFilterChannelLayouts *layouts = NULL;
267     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
268     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
269     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = { AV_SAMPLE_FMT_FLTP, AV_SAMPLE_FMT_NONE };
270     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = { AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_NONE };
271     int ret;
272
273     /* set input audio formats */
274     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
275     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &inlink->out_formats)) < 0)
276         return ret;
277
278     layouts = ff_all_channel_layouts();
279     if ((ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &inlink->out_channel_layouts)) < 0)
280         return ret;
281
282     formats = ff_all_samplerates();
283     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &inlink->out_samplerates)) < 0)
284         return ret;
285
286     /* set output video format */
287     formats = ff_make_format_list(pix_fmts);
288     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &outlink->in_formats)) < 0)
289         return ret;
290
291     return 0;
292 }
293
294 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
295 {
296     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
297     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
298     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
299     int i, fft_bits, h, w;
300     float overlap;
301
302     if (!strcmp(ctx->filter->name, "showspectrumpic"))
303         s->single_pic = 1;
304
305     outlink->w = s->w;
306     outlink->h = s->h;
307
308     if (s->legend) {
309         s->start_x = log10(inlink->sample_rate) * 25;
310         s->start_y = 64;
311         outlink->w += s->start_x * 2;
312         outlink->h += s->start_y * 2;
313     }
314
315     h = (s->mode == COMBINED || s->orientation == HORIZONTAL) ? s->h : s->h / inlink->channels;
316     w = (s->mode == COMBINED || s->orientation == VERTICAL)   ? s->w : s->w / inlink->channels;
317     s->channel_height = h;
318     s->channel_width  = w;
319
320     if (s->orientation == VERTICAL) {
321         /* FFT window size (precision) according to the requested output frame height */
322         for (fft_bits = 1; 1 << fft_bits < 2 * h; fft_bits++);
323     } else {
324         /* FFT window size (precision) according to the requested output frame width */
325         for (fft_bits = 1; 1 << fft_bits < 2 * w; fft_bits++);
326     }
327     s->win_size = 1 << fft_bits;
328
329     if (!s->fft) {
330         s->fft = av_calloc(inlink->channels, sizeof(*s->fft));
331         if (!s->fft)
332             return AVERROR(ENOMEM);
333     }
334
335     /* (re-)configuration if the video output changed (or first init) */
336     if (fft_bits != s->fft_bits) {
337         AVFrame *outpicref;
338
339         s->fft_bits = fft_bits;
340
341         /* FFT buffers: x2 for each (display) channel buffer.
342          * Note: we use free and malloc instead of a realloc-like function to
343          * make sure the buffer is aligned in memory for the FFT functions. */
344         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
345             av_fft_end(s->fft[i]);
346             av_freep(&s->fft_data[i]);
347         }
348         av_freep(&s->fft_data);
349
350         s->nb_display_channels = inlink->channels;
351         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
352             s->fft[i] = av_fft_init(fft_bits, 0);
353             if (!s->fft[i]) {
354                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unable to create FFT context. "
355                        "The window size might be too high.\n");
356                 return AVERROR(EINVAL);
357             }
358         }
359
360         s->magnitudes = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->magnitudes));
361         if (!s->magnitudes)
362             return AVERROR(ENOMEM);
363         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
364             s->magnitudes[i] = av_calloc(s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w, sizeof(**s->magnitudes));
365             if (!s->magnitudes[i])
366                 return AVERROR(ENOMEM);
367         }
368
369         s->phases = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->phases));
370         if (!s->phases)
371             return AVERROR(ENOMEM);
372         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
373             s->phases[i] = av_calloc(s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w, sizeof(**s->phases));
374             if (!s->phases[i])
375                 return AVERROR(ENOMEM);
376         }
377
378         av_freep(&s->color_buffer);
379         s->color_buffer = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->color_buffer));
380         if (!s->color_buffer)
381             return AVERROR(ENOMEM);
382         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
383             s->color_buffer[i] = av_calloc(s->orientation == VERTICAL ? s->h * 3 : s->w * 3, sizeof(**s->color_buffer));
384             if (!s->color_buffer[i])
385                 return AVERROR(ENOMEM);
386         }
387
388         s->fft_data = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->fft_data));
389         if (!s->fft_data)
390             return AVERROR(ENOMEM);
391         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
392             s->fft_data[i] = av_calloc(s->win_size, sizeof(**s->fft_data));
393             if (!s->fft_data[i])
394                 return AVERROR(ENOMEM);
395         }
396
397         /* pre-calc windowing function */
398         s->window_func_lut =
399             av_realloc_f(s->window_func_lut, s->win_size,
400                          sizeof(*s->window_func_lut));
401         if (!s->window_func_lut)
402             return AVERROR(ENOMEM);
403         ff_generate_window_func(s->window_func_lut, s->win_size, s->win_func, &overlap);
404         if (s->overlap == 1)
405             s->overlap = overlap;
406         s->hop_size = (1. - s->overlap) * s->win_size;
407         if (s->hop_size < 1) {
408             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "overlap %f too big\n", s->overlap);
409             return AVERROR(EINVAL);
410         }
411
412         for (s->win_scale = 0, i = 0; i < s->win_size; i++) {
413             s->win_scale += s->window_func_lut[i] * s->window_func_lut[i];
414         }
415         s->win_scale = 1. / sqrt(s->win_scale);
416
417         /* prepare the initial picref buffer (black frame) */
418         av_frame_free(&s->outpicref);
419         s->outpicref = outpicref =
420             ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
421         if (!outpicref)
422             return AVERROR(ENOMEM);
423         outlink->sample_aspect_ratio = (AVRational){1,1};
424         for (i = 0; i < outlink->h; i++) {
425             memset(outpicref->data[0] + i * outpicref->linesize[0],   0, outlink->w);
426             memset(outpicref->data[1] + i * outpicref->linesize[1], 128, outlink->w);
427             memset(outpicref->data[2] + i * outpicref->linesize[2], 128, outlink->w);
428         }
429         av_frame_set_color_range(outpicref, AVCOL_RANGE_JPEG);
430     }
431
432     if ((s->orientation == VERTICAL   && s->xpos >= s->w) ||
433         (s->orientation == HORIZONTAL && s->xpos >= s->h))
434         s->xpos = 0;
435
436     outlink->frame_rate = av_make_q(inlink->sample_rate, s->win_size * (1.-s->overlap));
437     if (s->orientation == VERTICAL && s->sliding == FULLFRAME)
438         outlink->frame_rate.den *= s->w;
439     if (s->orientation == HORIZONTAL && s->sliding == FULLFRAME)
440         outlink->frame_rate.den *= s->h;
441
442     if (s->orientation == VERTICAL) {
443         s->combine_buffer =
444             av_realloc_f(s->combine_buffer, s->h * 3,
445                          sizeof(*s->combine_buffer));
446     } else {
447         s->combine_buffer =
448             av_realloc_f(s->combine_buffer, s->w * 3,
449                          sizeof(*s->combine_buffer));
450     }
451
452     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "s:%dx%d FFT window size:%d\n",
453            s->w, s->h, s->win_size);
454
455     av_audio_fifo_free(s->fifo);
456     s->fifo = av_audio_fifo_alloc(inlink->format, inlink->channels, s->win_size);
457     if (!s->fifo)
458         return AVERROR(ENOMEM);
459     return 0;
460 }
461
462 static int run_channel_fft(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
463 {
464     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
465     const float *window_func_lut = s->window_func_lut;
466     AVFrame *fin = arg;
467     const int ch = jobnr;
468     int n;
469
470     /* fill FFT input with the number of samples available */
471     const float *p = (float *)fin->extended_data[ch];
472
473     for (n = 0; n < s->win_size; n++) {
474         s->fft_data[ch][n].re = p[n] * window_func_lut[n];
475         s->fft_data[ch][n].im = 0;
476     }
477
478     /* run FFT on each samples set */
479     av_fft_permute(s->fft[ch], s->fft_data[ch]);
480     av_fft_calc(s->fft[ch], s->fft_data[ch]);
481
482     return 0;
483 }
484
485 #define RE(y, ch) s->fft_data[ch][y].re
486 #define IM(y, ch) s->fft_data[ch][y].im
487 #define MAGNITUDE(y, ch) hypot(RE(y, ch), IM(y, ch))
488 #define PHASE(y, ch) atan2(IM(y, ch), RE(y, ch))
489
490 static int calc_channel_magnitudes(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
491 {
492     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
493     const double w = s->win_scale * (s->scale == LOG ? s->win_scale : 1);
494     int y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
495     const float f = s->gain * w;
496     const int ch = jobnr;
497     float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
498
499     for (y = 0; y < h; y++)
500         magnitudes[y] = MAGNITUDE(y, ch) * f;
501
502     return 0;
503 }
504
505 static int calc_channel_phases(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
506 {
507     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
508     const int h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
509     const int ch = jobnr;
510     float *phases = s->phases[ch];
511     int y;
512
513     for (y = 0; y < h; y++)
514         phases[y] = (PHASE(y, ch) / M_PI + 1) / 2;
515
516     return 0;
517 }
518
519 static void acalc_magnitudes(ShowSpectrumContext *s)
520 {
521     const double w = s->win_scale * (s->scale == LOG ? s->win_scale : 1);
522     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
523     const float f = s->gain * w;
524
525     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
526         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
527
528         for (y = 0; y < h; y++)
529             magnitudes[y] += MAGNITUDE(y, ch) * f;
530     }
531 }
532
533 static void scale_magnitudes(ShowSpectrumContext *s, float scale)
534 {
535     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
536
537     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
538         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
539
540         for (y = 0; y < h; y++)
541             magnitudes[y] *= scale;
542     }
543 }
544
545 static void color_range(ShowSpectrumContext *s, int ch,
546                         float *yf, float *uf, float *vf)
547 {
548     switch (s->mode) {
549     case COMBINED:
550         // reduce range by channel count
551         *yf = 256.0f / s->nb_display_channels;
552         switch (s->color_mode) {
553         case RAINBOW:
554         case MORELAND:
555         case NEBULAE:
556         case FIRE:
557         case FIERY:
558         case FRUIT:
559         case COOL:
560         case INTENSITY:
561             *uf = *yf;
562             *vf = *yf;
563             break;
564         case CHANNEL:
565             /* adjust saturation for mixed UV coloring */
566             /* this factor is correct for infinite channels, an approximation otherwise */
567             *uf = *yf * M_PI;
568             *vf = *yf * M_PI;
569             break;
570         default:
571             av_assert0(0);
572         }
573         break;
574     case SEPARATE:
575         // full range
576         *yf = 256.0f;
577         *uf = 256.0f;
578         *vf = 256.0f;
579         break;
580     default:
581         av_assert0(0);
582     }
583
584     if (s->color_mode == CHANNEL) {
585         if (s->nb_display_channels > 1) {
586             *uf *= 0.5 * sin((2 * M_PI * ch) / s->nb_display_channels + M_PI * s->rotation);
587             *vf *= 0.5 * cos((2 * M_PI * ch) / s->nb_display_channels + M_PI * s->rotation);
588         } else {
589             *uf *= 0.5 * sin(M_PI * s->rotation);
590             *vf *= 0.5 * cos(M_PI * s->rotation + M_PI_2);
591         }
592     } else {
593         *uf += *uf * sin(M_PI * s->rotation);
594         *vf += *vf * cos(M_PI * s->rotation + M_PI_2);
595     }
596
597     *uf *= s->saturation;
598     *vf *= s->saturation;
599 }
600
601 static void pick_color(ShowSpectrumContext *s,
602                        float yf, float uf, float vf,
603                        float a, float *out)
604 {
605     if (s->color_mode > CHANNEL) {
606         const int cm = s->color_mode;
607         float y, u, v;
608         int i;
609
610         for (i = 1; i < FF_ARRAY_ELEMS(color_table[cm]) - 1; i++)
611             if (color_table[cm][i].a >= a)
612                 break;
613         // i now is the first item >= the color
614         // now we know to interpolate between item i - 1 and i
615         if (a <= color_table[cm][i - 1].a) {
616             y = color_table[cm][i - 1].y;
617             u = color_table[cm][i - 1].u;
618             v = color_table[cm][i - 1].v;
619         } else if (a >= color_table[cm][i].a) {
620             y = color_table[cm][i].y;
621             u = color_table[cm][i].u;
622             v = color_table[cm][i].v;
623         } else {
624             float start = color_table[cm][i - 1].a;
625             float end = color_table[cm][i].a;
626             float lerpfrac = (a - start) / (end - start);
627             y = color_table[cm][i - 1].y * (1.0f - lerpfrac)
628               + color_table[cm][i].y * lerpfrac;
629             u = color_table[cm][i - 1].u * (1.0f - lerpfrac)
630               + color_table[cm][i].u * lerpfrac;
631             v = color_table[cm][i - 1].v * (1.0f - lerpfrac)
632               + color_table[cm][i].v * lerpfrac;
633         }
634
635         out[0] = y * yf;
636         out[1] = u * uf;
637         out[2] = v * vf;
638     } else {
639         out[0] = a * yf;
640         out[1] = a * uf;
641         out[2] = a * vf;
642     }
643 }
644
645 static void clear_combine_buffer(ShowSpectrumContext *s, int size)
646 {
647     int y;
648
649     for (y = 0; y < size; y++) {
650         s->combine_buffer[3 * y    ] = 0;
651         s->combine_buffer[3 * y + 1] = 127.5;
652         s->combine_buffer[3 * y + 2] = 127.5;
653     }
654 }
655
656 static int plot_channel(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
657 {
658     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
659     const int h = s->orientation == VERTICAL ? s->channel_height : s->channel_width;
660     const int ch = jobnr;
661     float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
662     float *phases = s->phases[ch];
663     float yf, uf, vf;
664     int y;
665
666     /* decide color range */
667     color_range(s, ch, &yf, &uf, &vf);
668
669     /* draw the channel */
670     for (y = 0; y < h; y++) {
671         int row = (s->mode == COMBINED) ? y : ch * h + y;
672         float *out = &s->color_buffer[ch][3 * row];
673         float a;
674
675         switch (s->data) {
676         case D_MAGNITUDE:
677             /* get magnitude */
678             a = magnitudes[y];
679             break;
680         case D_PHASE:
681             /* get phase */
682             a = phases[y];
683             break;
684         default:
685             av_assert0(0);
686         }
687
688         /* apply scale */
689         switch (s->scale) {
690         case LINEAR:
691             a = av_clipf(a, 0, 1);
692             break;
693         case SQRT:
694             a = av_clipf(sqrt(a), 0, 1);
695             break;
696         case CBRT:
697             a = av_clipf(cbrt(a), 0, 1);
698             break;
699         case FOURTHRT:
700             a = av_clipf(sqrt(sqrt(a)), 0, 1);
701             break;
702         case FIFTHRT:
703             a = av_clipf(pow(a, 0.20), 0, 1);
704             break;
705         case LOG:
706             a = 1 + log10(av_clipd(a, 1e-6, 1)) / 6; // zero = -120dBFS
707             break;
708         default:
709             av_assert0(0);
710         }
711
712         pick_color(s, yf, uf, vf, a, out);
713     }
714
715     return 0;
716 }
717
718 static int plot_spectrum_column(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
719 {
720     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
721     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
722     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
723     AVFrame *outpicref = s->outpicref;
724     int ret, plane, x, y, z = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
725
726     /* fill a new spectrum column */
727     /* initialize buffer for combining to black */
728     clear_combine_buffer(s, z);
729
730     ctx->internal->execute(ctx, plot_channel, NULL, NULL, s->nb_display_channels);
731
732     for (y = 0; y < z * 3; y++) {
733         for (x = 0; x < s->nb_display_channels; x++) {
734             s->combine_buffer[y] += s->color_buffer[x][y];
735         }
736     }
737
738     av_frame_make_writable(s->outpicref);
739     /* copy to output */
740     if (s->orientation == VERTICAL) {
741         if (s->sliding == SCROLL) {
742             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
743                 for (y = 0; y < s->h; y++) {
744                     uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
745                                  y * outpicref->linesize[plane];
746                     memmove(p, p + 1, s->w - 1);
747                 }
748             }
749             s->xpos = s->w - 1;
750         } else if (s->sliding == RSCROLL) {
751             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
752                 for (y = 0; y < s->h; y++) {
753                     uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
754                                  y * outpicref->linesize[plane];
755                     memmove(p + 1, p, s->w - 1);
756                 }
757             }
758             s->xpos = 0;
759         }
760         for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
761             uint8_t *p = outpicref->data[plane] + s->start_x +
762                          (outlink->h - 1 - s->start_y) * outpicref->linesize[plane] +
763                          s->xpos;
764             for (y = 0; y < s->h; y++) {
765                 *p = lrintf(av_clipf(s->combine_buffer[3 * y + plane], 0, 255));
766                 p -= outpicref->linesize[plane];
767             }
768         }
769     } else {
770         if (s->sliding == SCROLL) {
771             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
772                 for (y = 1; y < s->h; y++) {
773                     memmove(outpicref->data[plane] + (y-1) * outpicref->linesize[plane],
774                             outpicref->data[plane] + (y  ) * outpicref->linesize[plane],
775                             s->w);
776                 }
777             }
778             s->xpos = s->h - 1;
779         } else if (s->sliding == RSCROLL) {
780             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
781                 for (y = s->h - 1; y >= 1; y--) {
782                     memmove(outpicref->data[plane] + (y  ) * outpicref->linesize[plane],
783                             outpicref->data[plane] + (y-1) * outpicref->linesize[plane],
784                             s->w);
785                 }
786             }
787             s->xpos = 0;
788         }
789         for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
790             uint8_t *p = outpicref->data[plane] + s->start_x +
791                          (s->xpos + s->start_y) * outpicref->linesize[plane];
792             for (x = 0; x < s->w; x++) {
793                 *p = lrintf(av_clipf(s->combine_buffer[3 * x + plane], 0, 255));
794                 p++;
795             }
796         }
797     }
798
799     if (s->sliding != FULLFRAME || s->xpos == 0)
800         outpicref->pts = insamples->pts;
801
802     s->xpos++;
803     if (s->orientation == VERTICAL && s->xpos >= s->w)
804         s->xpos = 0;
805     if (s->orientation == HORIZONTAL && s->xpos >= s->h)
806         s->xpos = 0;
807     if (!s->single_pic && (s->sliding != FULLFRAME || s->xpos == 0)) {
808         ret = ff_filter_frame(outlink, av_frame_clone(s->outpicref));
809         if (ret < 0)
810             return ret;
811     }
812
813     return s->win_size;
814 }
815
816 #if CONFIG_SHOWSPECTRUM_FILTER
817
818 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
819 {
820     ShowSpectrumContext *s = outlink->src->priv;
821     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
822     unsigned i;
823     int ret;
824
825     ret = ff_request_frame(inlink);
826     if (ret == AVERROR_EOF && s->sliding == FULLFRAME && s->xpos > 0 &&
827         s->outpicref) {
828         if (s->orientation == VERTICAL) {
829             for (i = 0; i < outlink->h; i++) {
830                 memset(s->outpicref->data[0] + i * s->outpicref->linesize[0] + s->xpos,   0, outlink->w - s->xpos);
831                 memset(s->outpicref->data[1] + i * s->outpicref->linesize[1] + s->xpos, 128, outlink->w - s->xpos);
832                 memset(s->outpicref->data[2] + i * s->outpicref->linesize[2] + s->xpos, 128, outlink->w - s->xpos);
833             }
834         } else {
835             for (i = s->xpos; i < outlink->h; i++) {
836                 memset(s->outpicref->data[0] + i * s->outpicref->linesize[0],   0, outlink->w);
837                 memset(s->outpicref->data[1] + i * s->outpicref->linesize[1], 128, outlink->w);
838                 memset(s->outpicref->data[2] + i * s->outpicref->linesize[2], 128, outlink->w);
839             }
840         }
841         ret = ff_filter_frame(outlink, s->outpicref);
842         s->outpicref = NULL;
843     }
844
845     return ret;
846 }
847
848 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
849 {
850     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
851     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
852     AVFrame *fin = NULL;
853     int ret = 0, consumed = 0;
854
855     if (s->pts == AV_NOPTS_VALUE)
856         s->pts = insamples->pts - av_audio_fifo_size(s->fifo);
857
858     av_audio_fifo_write(s->fifo, (void **)insamples->extended_data, insamples->nb_samples);
859     av_frame_free(&insamples);
860     while (av_audio_fifo_size(s->fifo) >= s->win_size) {
861         fin = ff_get_audio_buffer(inlink, s->win_size);
862         if (!fin) {
863             ret = AVERROR(ENOMEM);
864             goto fail;
865         }
866
867         fin->pts = s->pts + consumed;
868         consumed += s->hop_size;
869         ret = av_audio_fifo_peek(s->fifo, (void **)fin->extended_data, s->win_size);
870         if (ret < 0)
871             goto fail;
872
873         av_assert0(fin->nb_samples == s->win_size);
874
875         ctx->internal->execute(ctx, run_channel_fft, fin, NULL, s->nb_display_channels);
876
877         if (s->data == D_MAGNITUDE)
878             ctx->internal->execute(ctx, calc_channel_magnitudes, NULL, NULL, s->nb_display_channels);
879
880         if (s->data == D_PHASE)
881             ctx->internal->execute(ctx, calc_channel_phases, NULL, NULL, s->nb_display_channels);
882
883         ret = plot_spectrum_column(inlink, fin);
884         av_frame_free(&fin);
885         av_audio_fifo_drain(s->fifo, s->hop_size);
886         if (ret < 0)
887             goto fail;
888     }
889
890 fail:
891     s->pts = AV_NOPTS_VALUE;
892     av_frame_free(&fin);
893     return ret;
894 }
895
896 static const AVFilterPad showspectrum_inputs[] = {
897     {
898         .name         = "default",
899         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
900         .filter_frame = filter_frame,
901     },
902     { NULL }
903 };
904
905 static const AVFilterPad showspectrum_outputs[] = {
906     {
907         .name          = "default",
908         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
909         .config_props  = config_output,
910         .request_frame = request_frame,
911     },
912     { NULL }
913 };
914
915 AVFilter ff_avf_showspectrum = {
916     .name          = "showspectrum",
917     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a spectrum video output."),
918     .uninit        = uninit,
919     .query_formats = query_formats,
920     .priv_size     = sizeof(ShowSpectrumContext),
921     .inputs        = showspectrum_inputs,
922     .outputs       = showspectrum_outputs,
923     .priv_class    = &showspectrum_class,
924     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
925 };
926 #endif // CONFIG_SHOWSPECTRUM_FILTER
927
928 #if CONFIG_SHOWSPECTRUMPIC_FILTER
929
930 static const AVOption showspectrumpic_options[] = {
931     { "size", "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "4096x2048"}, 0, 0, FLAGS },
932     { "s",    "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "4096x2048"}, 0, 0, FLAGS },
933     { "mode", "set channel display mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=COMBINED}, 0, NB_MODES-1, FLAGS, "mode" },
934         { "combined", "combined mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COMBINED}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
935         { "separate", "separate mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SEPARATE}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
936     { "color", "set channel coloring", OFFSET(color_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=INTENSITY}, 0, NB_CLMODES-1, FLAGS, "color" },
937         { "channel",   "separate color for each channel", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CHANNEL},   0, 0, FLAGS, "color" },
938         { "intensity", "intensity based coloring",        0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=INTENSITY}, 0, 0, FLAGS, "color" },
939         { "rainbow",   "rainbow based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RAINBOW},   0, 0, FLAGS, "color" },
940         { "moreland",  "moreland based coloring",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MORELAND},  0, 0, FLAGS, "color" },
941         { "nebulae",   "nebulae based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NEBULAE},   0, 0, FLAGS, "color" },
942         { "fire",      "fire based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIRE},      0, 0, FLAGS, "color" },
943         { "fiery",     "fiery based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIERY},     0, 0, FLAGS, "color" },
944         { "fruit",     "fruit based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FRUIT},     0, 0, FLAGS, "color" },
945         { "cool",      "cool based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COOL},      0, 0, FLAGS, "color" },
946     { "scale", "set display scale", OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=LOG}, 0, NB_SCALES-1, FLAGS, "scale" },
947         { "lin",  "linear",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LINEAR}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
948         { "sqrt", "square root", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SQRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
949         { "cbrt", "cubic root",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CBRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
950         { "log",  "logarithmic", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LOG},    0, 0, FLAGS, "scale" },
951         { "4thrt","4th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FOURTHRT}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
952         { "5thrt","5th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIFTHRT},  0, 0, FLAGS, "scale" },
953     { "saturation", "color saturation multiplier", OFFSET(saturation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, -10, 10, FLAGS },
954     { "win_func", "set window function", OFFSET(win_func), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = WFUNC_HANNING}, 0, NB_WFUNC-1, FLAGS, "win_func" },
955         { "rect",     "Rectangular",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_RECT},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
956         { "bartlett", "Bartlett",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BARTLETT}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
957         { "hann",     "Hann",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
958         { "hanning",  "Hanning",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
959         { "hamming",  "Hamming",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HAMMING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
960         { "blackman", "Blackman",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BLACKMAN}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
961         { "welch",    "Welch",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_WELCH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
962         { "flattop",  "Flat-top",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_FLATTOP},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
963         { "bharris",  "Blackman-Harris",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHARRIS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
964         { "bnuttall", "Blackman-Nuttall", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BNUTTALL}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
965         { "bhann",    "Bartlett-Hann",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHANN},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
966         { "sine",     "Sine",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_SINE},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
967         { "nuttall",  "Nuttall",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_NUTTALL},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
968         { "lanczos",  "Lanczos",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_LANCZOS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
969         { "gauss",    "Gauss",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_GAUSS},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
970         { "tukey",    "Tukey",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_TUKEY},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
971         { "dolph",    "Dolph-Chebyshev",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_DOLPH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
972         { "cauchy",   "Cauchy",           0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_CAUCHY},   0, 0, FLAGS, "win_func" },
973         { "parzen",   "Parzen",           0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_PARZEN},   0, 0, FLAGS, "win_func" },
974         { "poisson",  "Poisson",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_POISSON},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
975     { "orientation", "set orientation", OFFSET(orientation), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=VERTICAL}, 0, NB_ORIENTATIONS-1, FLAGS, "orientation" },
976         { "vertical",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=VERTICAL},   0, 0, FLAGS, "orientation" },
977         { "horizontal", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=HORIZONTAL}, 0, 0, FLAGS, "orientation" },
978     { "gain", "set scale gain", OFFSET(gain), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, 0, 128, FLAGS },
979     { "legend", "draw legend", OFFSET(legend), AV_OPT_TYPE_BOOL, {.i64 = 1}, 0, 1, FLAGS },
980     { "rotation", "color rotation", OFFSET(rotation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 0}, -1, 1, FLAGS },
981     { NULL }
982 };
983
984 AVFILTER_DEFINE_CLASS(showspectrumpic);
985
986 static void drawtext(AVFrame *pic, int x, int y, const char *txt, int o)
987 {
988     const uint8_t *font;
989     int font_height;
990     int i;
991
992     font = avpriv_cga_font,   font_height =  8;
993
994     for (i = 0; txt[i]; i++) {
995         int char_y, mask;
996
997         if (o) {
998             for (char_y = font_height - 1; char_y >= 0; char_y--) {
999                 uint8_t *p = pic->data[0] + (y + i * 10) * pic->linesize[0] + x;
1000                 for (mask = 0x80; mask; mask >>= 1) {
1001                     if (font[txt[i] * font_height + font_height - 1 - char_y] & mask)
1002                         p[char_y] = ~p[char_y];
1003                     p += pic->linesize[0];
1004                 }
1005             }
1006         } else {
1007             uint8_t *p = pic->data[0] + y*pic->linesize[0] + (x + i*8);
1008             for (char_y = 0; char_y < font_height; char_y++) {
1009                 for (mask = 0x80; mask; mask >>= 1) {
1010                     if (font[txt[i] * font_height + char_y] & mask)
1011                         *p = ~(*p);
1012                     p++;
1013                 }
1014                 p += pic->linesize[0] - 8;
1015             }
1016         }
1017     }
1018 }
1019
1020 static int showspectrumpic_request_frame(AVFilterLink *outlink)
1021 {
1022     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
1023     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
1024     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
1025     int ret, samples;
1026
1027     ret = ff_request_frame(inlink);
1028     samples = av_audio_fifo_size(s->fifo);
1029     if (ret == AVERROR_EOF && s->outpicref && samples > 0) {
1030         int consumed = 0;
1031         int y, x = 0, sz = s->orientation == VERTICAL ? s->w : s->h;
1032         int ch, spf, spb;
1033         AVFrame *fin;
1034
1035         spf = s->win_size * (samples / ((s->win_size * sz) * ceil(samples / (float)(s->win_size * sz))));
1036         spf = FFMAX(1, spf);
1037
1038         spb = (samples / (spf * sz)) * spf;
1039
1040         fin = ff_get_audio_buffer(inlink, s->win_size);
1041         if (!fin)
1042             return AVERROR(ENOMEM);
1043
1044         while (x < sz) {
1045             ret = av_audio_fifo_peek(s->fifo, (void **)fin->extended_data, s->win_size);
1046             if (ret < 0) {
1047                 av_frame_free(&fin);
1048                 return ret;
1049             }
1050
1051             av_audio_fifo_drain(s->fifo, spf);
1052
1053             if (ret < s->win_size) {
1054                 for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
1055                     memset(fin->extended_data[ch] + ret * sizeof(float), 0,
1056                            (s->win_size - ret) * sizeof(float));
1057                 }
1058             }
1059
1060             ctx->internal->execute(ctx, run_channel_fft, fin, NULL, s->nb_display_channels);
1061             acalc_magnitudes(s);
1062
1063             consumed += spf;
1064             if (consumed >= spb) {
1065                 int h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
1066
1067                 scale_magnitudes(s, 1. / (consumed / spf));
1068                 plot_spectrum_column(inlink, fin);
1069                 consumed = 0;
1070                 x++;
1071                 for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++)
1072                     memset(s->magnitudes[ch], 0, h * sizeof(float));
1073             }
1074         }
1075
1076         av_frame_free(&fin);
1077         s->outpicref->pts = 0;
1078
1079         if (s->legend) {
1080             int multi = (s->mode == SEPARATE && s->color_mode == CHANNEL);
1081             float spp = samples / (float)sz;
1082             uint8_t *dst;
1083
1084             drawtext(s->outpicref, 2, outlink->h - 10, "CREATED BY LIBAVFILTER", 0);
1085
1086             dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x - 1;
1087             for (x = 0; x < s->w + 1; x++)
1088                 dst[x] = 200;
1089             dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + s->h) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x - 1;
1090             for (x = 0; x < s->w + 1; x++)
1091                 dst[x] = 200;
1092             for (y = 0; y < s->h + 2; y++) {
1093                 dst = s->outpicref->data[0] + (y + s->start_y - 1) * s->outpicref->linesize[0];
1094                 dst[s->start_x - 1] = 200;
1095                 dst[s->start_x + s->w] = 200;
1096             }
1097             if (s->orientation == VERTICAL) {
1098                 int h = s->mode == SEPARATE ? s->h / s->nb_display_channels : s->h;
1099                 for (ch = 0; ch < (s->mode == SEPARATE ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1100                     for (y = 0; y < h; y += 20) {
1101                         dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + h * (ch + 1) - y - 1) * s->outpicref->linesize[0];
1102                         dst[s->start_x - 2] = 200;
1103                         dst[s->start_x + s->w + 1] = 200;
1104                     }
1105                     for (y = 0; y < h; y += 40) {
1106                         dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + h * (ch + 1) - y - 1) * s->outpicref->linesize[0];
1107                         dst[s->start_x - 3] = 200;
1108                         dst[s->start_x + s->w + 2] = 200;
1109                     }
1110                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1111                     for (x = 0; x < s->w; x+=40)
1112                         dst[x] = 200;
1113                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 3) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1114                     for (x = 0; x < s->w; x+=80)
1115                         dst[x] = 200;
1116                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1117                     for (x = 0; x < s->w; x+=40) {
1118                         dst[x] = 200;
1119                     }
1120                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1121                     for (x = 0; x < s->w; x+=80) {
1122                         dst[x] = 200;
1123                     }
1124                     for (y = 0; y < h; y += 40) {
1125                         float hertz = y * (inlink->sample_rate / 2) / (float)(1 << (int)ceil(log2(h)));
1126                         char *units;
1127
1128                         if (hertz == 0)
1129                             units = av_asprintf("DC");
1130                         else
1131                             units = av_asprintf("%.2f", hertz);
1132                         if (!units)
1133                             return AVERROR(ENOMEM);
1134
1135                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 8 * strlen(units) - 4, h * (ch + 1) + s->start_y - y - 4, units, 0);
1136                         av_free(units);
1137                     }
1138                 }
1139
1140                 for (x = 0; x < s->w; x+=80) {
1141                     float seconds = x * spp / inlink->sample_rate;
1142                     char *units;
1143
1144                     if (x == 0)
1145                         units = av_asprintf("0");
1146                     else if (log10(seconds) > 6)
1147                         units = av_asprintf("%.2fh", seconds / (60 * 60));
1148                     else if (log10(seconds) > 3)
1149                         units = av_asprintf("%.2fm", seconds / 60);
1150                     else
1151                         units = av_asprintf("%.2fs", seconds);
1152                     if (!units)
1153                         return AVERROR(ENOMEM);
1154
1155                     drawtext(s->outpicref, s->start_x + x - 4 * strlen(units), s->h + s->start_y + 6, units, 0);
1156                     drawtext(s->outpicref, s->start_x + x - 4 * strlen(units), s->start_y - 12, units, 0);
1157                     av_free(units);
1158                 }
1159
1160                 drawtext(s->outpicref, outlink->w / 2 - 4 * 4, outlink->h - s->start_y / 2, "TIME", 0);
1161                 drawtext(s->outpicref, s->start_x / 7, outlink->h / 2 - 14 * 4, "FREQUENCY (Hz)", 1);
1162             } else {
1163                 int w = s->mode == SEPARATE ? s->w / s->nb_display_channels : s->w;
1164                 for (y = 0; y < s->h; y += 20) {
1165                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + y) * s->outpicref->linesize[0];
1166                     dst[s->start_x - 2] = 200;
1167                     dst[s->start_x + s->w + 1] = 200;
1168                 }
1169                 for (y = 0; y < s->h; y += 40) {
1170                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + y) * s->outpicref->linesize[0];
1171                     dst[s->start_x - 3] = 200;
1172                     dst[s->start_x + s->w + 2] = 200;
1173                 }
1174                 for (ch = 0; ch < (s->mode == SEPARATE ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1175                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1176                     for (x = 0; x < w; x+=40)
1177                         dst[x] = 200;
1178                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 3) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1179                     for (x = 0; x < w; x+=80)
1180                         dst[x] = 200;
1181                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1182                     for (x = 0; x < w; x+=40) {
1183                         dst[x] = 200;
1184                     }
1185                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1186                     for (x = 0; x < w; x+=80) {
1187                         dst[x] = 200;
1188                     }
1189                     for (x = 0; x < w; x += 80) {
1190                         float hertz = x * (inlink->sample_rate / 2) / (float)(1 << (int)ceil(log2(w)));
1191                         char *units;
1192
1193                         if (hertz == 0)
1194                             units = av_asprintf("DC");
1195                         else
1196                             units = av_asprintf("%.2f", hertz);
1197                         if (!units)
1198                             return AVERROR(ENOMEM);
1199
1200                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 4 * strlen(units) + x + w * ch, s->start_y - 12, units, 0);
1201                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 4 * strlen(units) + x + w * ch, s->h + s->start_y + 6, units, 0);
1202                         av_free(units);
1203                     }
1204                 }
1205                 for (y = 0; y < s->h; y+=40) {
1206                     float seconds = y * spp / inlink->sample_rate;
1207                     char *units;
1208
1209                     if (x == 0)
1210                         units = av_asprintf("0");
1211                     else if (log10(seconds) > 6)
1212                         units = av_asprintf("%.2fh", seconds / (60 * 60));
1213                     else if (log10(seconds) > 3)
1214                         units = av_asprintf("%.2fm", seconds / 60);
1215                     else
1216                         units = av_asprintf("%.2fs", seconds);
1217                     if (!units)
1218                         return AVERROR(ENOMEM);
1219
1220                     drawtext(s->outpicref, s->start_x - 8 * strlen(units) - 4, s->start_y + y - 4, units, 0);
1221                     av_free(units);
1222                 }
1223                 drawtext(s->outpicref, s->start_x / 7, outlink->h / 2 - 4 * 4, "TIME", 1);
1224                 drawtext(s->outpicref, outlink->w / 2 - 14 * 4, outlink->h - s->start_y / 2, "FREQUENCY (Hz)", 0);
1225             }
1226
1227             for (ch = 0; ch < (multi ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1228                 int h = multi ? s->h / s->nb_display_channels : s->h;
1229
1230                 for (y = 0; y < h; y++) {
1231                     float out[3] = { 0., 127.5, 127.5};
1232                     int chn;
1233
1234                     for (chn = 0; chn < (s->mode == SEPARATE ? 1 : s->nb_display_channels); chn++) {
1235                         float yf, uf, vf;
1236                         int channel = (multi) ? s->nb_display_channels - ch - 1 : chn;
1237                         float lout[3];
1238
1239                         color_range(s, channel, &yf, &uf, &vf);
1240                         pick_color(s, yf, uf, vf, y / (float)h, lout);
1241                         out[0] += lout[0];
1242                         out[1] += lout[1];
1243                         out[2] += lout[2];
1244                     }
1245                     memset(s->outpicref->data[0]+(s->start_y + h * (ch + 1) - y - 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->w + s->start_x + 20, av_clip_uint8(out[0]), 10);
1246                     memset(s->outpicref->data[1]+(s->start_y + h * (ch + 1) - y - 1) * s->outpicref->linesize[1] + s->w + s->start_x + 20, av_clip_uint8(out[1]), 10);
1247                     memset(s->outpicref->data[2]+(s->start_y + h * (ch + 1) - y - 1) * s->outpicref->linesize[2] + s->w + s->start_x + 20, av_clip_uint8(out[2]), 10);
1248                 }
1249
1250                 for (y = 0; ch == 0 && y < h; y += h / 10) {
1251                     float value = 120.0 * log10(1. - y / (float)h);
1252                     char *text;
1253
1254                     if (value < -120)
1255                         break;
1256                     text = av_asprintf("%.0f dB", value);
1257                     if (!text)
1258                         continue;
1259                     drawtext(s->outpicref, s->w + s->start_x + 35, s->start_y + y - 5, text, 0);
1260                     av_free(text);
1261                 }
1262             }
1263         }
1264
1265         ret = ff_filter_frame(outlink, s->outpicref);
1266         s->outpicref = NULL;
1267     }
1268
1269     return ret;
1270 }
1271
1272 static int showspectrumpic_filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
1273 {
1274     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
1275     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
1276     int ret;
1277
1278     ret = av_audio_fifo_write(s->fifo, (void **)insamples->extended_data, insamples->nb_samples);
1279     av_frame_free(&insamples);
1280     return ret;
1281 }
1282
1283 static const AVFilterPad showspectrumpic_inputs[] = {
1284     {
1285         .name         = "default",
1286         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1287         .filter_frame = showspectrumpic_filter_frame,
1288     },
1289     { NULL }
1290 };
1291
1292 static const AVFilterPad showspectrumpic_outputs[] = {
1293     {
1294         .name          = "default",
1295         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1296         .config_props  = config_output,
1297         .request_frame = showspectrumpic_request_frame,
1298     },
1299     { NULL }
1300 };
1301
1302 AVFilter ff_avf_showspectrumpic = {
1303     .name          = "showspectrumpic",
1304     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a spectrum video output single picture."),
1305     .uninit        = uninit,
1306     .query_formats = query_formats,
1307     .priv_size     = sizeof(ShowSpectrumContext),
1308     .inputs        = showspectrumpic_inputs,
1309     .outputs       = showspectrumpic_outputs,
1310     .priv_class    = &showspectrumpic_class,
1311     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
1312 };
1313
1314 #endif // CONFIG_SHOWSPECTRUMPIC_FILTER