648901f4bb98b938b9a2490c87f49db5994791f7
[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     AVAudioFifo *fifo;
81     int64_t pts;
82     int single_pic;
83     int legend;
84     int start_x, start_y;
85 } ShowSpectrumContext;
86
87 #define OFFSET(x) offsetof(ShowSpectrumContext, x)
88 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
89
90 static const AVOption showspectrum_options[] = {
91     { "size", "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "640x512"}, 0, 0, FLAGS },
92     { "s",    "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "640x512"}, 0, 0, FLAGS },
93     { "slide", "set sliding mode", OFFSET(sliding), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, NB_SLIDES-1, FLAGS, "slide" },
94         { "replace", "replace old columns with new", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=REPLACE}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
95         { "scroll", "scroll from right to left", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SCROLL}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
96         { "rscroll", "scroll from left to right", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RSCROLL}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
97         { "fullframe", "return full frames", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FULLFRAME}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
98     { "mode", "set channel display mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=COMBINED}, COMBINED, NB_MODES-1, FLAGS, "mode" },
99         { "combined", "combined mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COMBINED}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
100         { "separate", "separate mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SEPARATE}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
101     { "color", "set channel coloring", OFFSET(color_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=CHANNEL}, CHANNEL, NB_CLMODES-1, FLAGS, "color" },
102         { "channel",   "separate color for each channel", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CHANNEL},   0, 0, FLAGS, "color" },
103         { "intensity", "intensity based coloring",        0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=INTENSITY}, 0, 0, FLAGS, "color" },
104         { "rainbow",   "rainbow based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RAINBOW},   0, 0, FLAGS, "color" },
105         { "moreland",  "moreland based coloring",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MORELAND},  0, 0, FLAGS, "color" },
106         { "nebulae",   "nebulae based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NEBULAE},   0, 0, FLAGS, "color" },
107         { "fire",      "fire based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIRE},      0, 0, FLAGS, "color" },
108         { "fiery",     "fiery based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIERY},     0, 0, FLAGS, "color" },
109         { "fruit",     "fruit based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FRUIT},     0, 0, FLAGS, "color" },
110         { "cool",      "cool based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COOL},      0, 0, FLAGS, "color" },
111     { "scale", "set display scale", OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=SQRT}, LINEAR, NB_SCALES-1, FLAGS, "scale" },
112         { "sqrt", "square root", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SQRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
113         { "cbrt", "cubic root",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CBRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
114         { "4thrt","4th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FOURTHRT}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
115         { "5thrt","5th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIFTHRT},  0, 0, FLAGS, "scale" },
116         { "log",  "logarithmic", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LOG},    0, 0, FLAGS, "scale" },
117         { "lin",  "linear",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LINEAR}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
118     { "saturation", "color saturation multiplier", OFFSET(saturation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, -10, 10, FLAGS },
119     { "win_func", "set window function", OFFSET(win_func), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = WFUNC_HANNING}, 0, NB_WFUNC-1, FLAGS, "win_func" },
120         { "rect",     "Rectangular",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_RECT},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
121         { "bartlett", "Bartlett",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BARTLETT}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
122         { "hann",     "Hann",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
123         { "hanning",  "Hanning",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
124         { "hamming",  "Hamming",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HAMMING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
125         { "blackman", "Blackman",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BLACKMAN}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
126         { "welch",    "Welch",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_WELCH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
127         { "flattop",  "Flat-top",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_FLATTOP},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
128         { "bharris",  "Blackman-Harris",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHARRIS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
129         { "bnuttall", "Blackman-Nuttall", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BNUTTALL}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
130         { "bhann",    "Bartlett-Hann",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHANN},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
131         { "sine",     "Sine",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_SINE},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
132         { "nuttall",  "Nuttall",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_NUTTALL},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
133         { "lanczos",  "Lanczos",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_LANCZOS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
134         { "gauss",    "Gauss",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_GAUSS},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
135         { "tukey",    "Tukey",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_TUKEY},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
136     { "orientation", "set orientation", OFFSET(orientation), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=VERTICAL}, 0, NB_ORIENTATIONS-1, FLAGS, "orientation" },
137         { "vertical",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=VERTICAL},   0, 0, FLAGS, "orientation" },
138         { "horizontal", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=HORIZONTAL}, 0, 0, FLAGS, "orientation" },
139     { "overlap", "set window overlap", OFFSET(overlap), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 0}, 0, 1, FLAGS },
140     { "gain", "set scale gain", OFFSET(gain), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, 0, 128, FLAGS },
141     { "data", "set data mode", OFFSET(data), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, NB_DMODES-1, FLAGS, "data" },
142         { "magnitude", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=D_MAGNITUDE}, 0, 0, FLAGS, "data" },
143         { "phase",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=D_PHASE},     0, 0, FLAGS, "data" },
144     { "rotation", "color rotation", OFFSET(rotation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 0}, -1, 1, FLAGS },
145     { NULL }
146 };
147
148 AVFILTER_DEFINE_CLASS(showspectrum);
149
150 static const struct ColorTable {
151     float a, y, u, v;
152 } color_table[][8] = {
153     [INTENSITY] = {
154     {    0,                  0,                  0,                   0 },
155     { 0.13, .03587126228984074,  .1573300977624594, -.02548747583751842 },
156     { 0.30, .18572281794568020,  .1772436246393981,  .17475554840414750 },
157     { 0.60, .28184980583656130, -.1593064119945782,  .47132074554608920 },
158     { 0.73, .65830621175547810, -.3716070802232764,  .24352759331252930 },
159     { 0.78, .76318535758242900, -.4307467689263783,  .16866496622310430 },
160     { 0.91, .95336363636363640, -.2045454545454546,  .03313636363636363 },
161     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
162     [RAINBOW] = {
163     {    0,                  0,                  0,                   0 },
164     { 0.13,            44/256.,     (189-128)/256.,      (138-128)/256. },
165     { 0.25,            29/256.,     (186-128)/256.,      (119-128)/256. },
166     { 0.38,           119/256.,     (194-128)/256.,       (53-128)/256. },
167     { 0.60,           111/256.,      (73-128)/256.,       (59-128)/256. },
168     { 0.73,           205/256.,      (19-128)/256.,      (149-128)/256. },
169     { 0.86,           135/256.,      (83-128)/256.,      (200-128)/256. },
170     {    1,            73/256.,      (95-128)/256.,      (225-128)/256. }},
171     [MORELAND] = {
172     {    0,            44/256.,     (181-128)/256.,      (112-128)/256. },
173     { 0.13,           126/256.,     (177-128)/256.,      (106-128)/256. },
174     { 0.25,           164/256.,     (163-128)/256.,      (109-128)/256. },
175     { 0.38,           200/256.,     (140-128)/256.,      (120-128)/256. },
176     { 0.60,           201/256.,     (117-128)/256.,      (141-128)/256. },
177     { 0.73,           177/256.,     (103-128)/256.,      (165-128)/256. },
178     { 0.86,           136/256.,     (100-128)/256.,      (183-128)/256. },
179     {    1,            68/256.,     (117-128)/256.,      (203-128)/256. }},
180     [NEBULAE] = {
181     {    0,            10/256.,     (134-128)/256.,      (132-128)/256. },
182     { 0.23,            21/256.,     (137-128)/256.,      (130-128)/256. },
183     { 0.45,            35/256.,     (134-128)/256.,      (134-128)/256. },
184     { 0.57,            51/256.,     (130-128)/256.,      (139-128)/256. },
185     { 0.67,           104/256.,     (116-128)/256.,      (162-128)/256. },
186     { 0.77,           120/256.,     (105-128)/256.,      (188-128)/256. },
187     { 0.87,           140/256.,     (105-128)/256.,      (188-128)/256. },
188     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
189     [FIRE] = {
190     {    0,                  0,                  0,                   0 },
191     { 0.23,            44/256.,     (132-128)/256.,      (127-128)/256. },
192     { 0.45,            62/256.,     (116-128)/256.,      (140-128)/256. },
193     { 0.57,            75/256.,     (105-128)/256.,      (152-128)/256. },
194     { 0.67,            95/256.,      (91-128)/256.,      (166-128)/256. },
195     { 0.77,           126/256.,      (74-128)/256.,      (172-128)/256. },
196     { 0.87,           164/256.,      (73-128)/256.,      (162-128)/256. },
197     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
198     [FIERY] = {
199     {    0,                  0,                  0,                   0 },
200     { 0.23,            36/256.,     (116-128)/256.,      (163-128)/256. },
201     { 0.45,            52/256.,     (102-128)/256.,      (200-128)/256. },
202     { 0.57,           116/256.,      (84-128)/256.,      (196-128)/256. },
203     { 0.67,           157/256.,      (67-128)/256.,      (181-128)/256. },
204     { 0.77,           193/256.,      (40-128)/256.,      (155-128)/256. },
205     { 0.87,           221/256.,     (101-128)/256.,      (134-128)/256. },
206     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
207     [FRUIT] = {
208     {    0,                  0,                  0,                   0 },
209     { 0.20,            29/256.,     (136-128)/256.,      (119-128)/256. },
210     { 0.30,            60/256.,     (119-128)/256.,       (90-128)/256. },
211     { 0.40,            85/256.,      (91-128)/256.,       (85-128)/256. },
212     { 0.50,           116/256.,      (70-128)/256.,      (105-128)/256. },
213     { 0.60,           151/256.,      (50-128)/256.,      (146-128)/256. },
214     { 0.70,           191/256.,      (63-128)/256.,      (178-128)/256. },
215     {    1,            98/256.,      (80-128)/256.,      (221-128)/256. }},
216     [COOL] = {
217     {    0,                  0,                  0,                   0 },
218     {  .15,                  0,                 .5,                 -.5 },
219     {    1,                  1,                -.5,                  .5 }},
220 };
221
222 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
223 {
224     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
225     int i;
226
227     av_freep(&s->combine_buffer);
228     av_fft_end(s->fft);
229     if (s->fft_data) {
230         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
231             av_freep(&s->fft_data[i]);
232     }
233     av_freep(&s->fft_data);
234     av_freep(&s->window_func_lut);
235     if (s->magnitudes) {
236         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
237             av_freep(&s->magnitudes[i]);
238     }
239     av_freep(&s->magnitudes);
240     av_frame_free(&s->outpicref);
241     av_audio_fifo_free(s->fifo);
242     if (s->phases) {
243         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
244             av_freep(&s->phases[i]);
245     }
246     av_freep(&s->phases);
247 }
248
249 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
250 {
251     AVFilterFormats *formats = NULL;
252     AVFilterChannelLayouts *layouts = NULL;
253     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
254     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
255     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = { AV_SAMPLE_FMT_FLTP, AV_SAMPLE_FMT_NONE };
256     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = { AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_NONE };
257     int ret;
258
259     /* set input audio formats */
260     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
261     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &inlink->out_formats)) < 0)
262         return ret;
263
264     layouts = ff_all_channel_layouts();
265     if ((ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &inlink->out_channel_layouts)) < 0)
266         return ret;
267
268     formats = ff_all_samplerates();
269     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &inlink->out_samplerates)) < 0)
270         return ret;
271
272     /* set output video format */
273     formats = ff_make_format_list(pix_fmts);
274     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &outlink->in_formats)) < 0)
275         return ret;
276
277     return 0;
278 }
279
280 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
281 {
282     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
283     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
284     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
285     int i, fft_bits, h, w;
286     float overlap;
287
288     if (!strcmp(ctx->filter->name, "showspectrumpic"))
289         s->single_pic = 1;
290
291     outlink->w = s->w;
292     outlink->h = s->h;
293
294     if (s->legend) {
295         s->start_x = log10(inlink->sample_rate) * 25;
296         s->start_y = 64;
297         outlink->w += s->start_x * 2;
298         outlink->h += s->start_y * 2;
299     }
300
301     h = (s->mode == COMBINED || s->orientation == HORIZONTAL) ? s->h : s->h / inlink->channels;
302     w = (s->mode == COMBINED || s->orientation == VERTICAL)   ? s->w : s->w / inlink->channels;
303     s->channel_height = h;
304     s->channel_width  = w;
305
306     if (s->orientation == VERTICAL) {
307         /* FFT window size (precision) according to the requested output frame height */
308         for (fft_bits = 1; 1 << fft_bits < 2 * h; fft_bits++);
309     } else {
310         /* FFT window size (precision) according to the requested output frame width */
311         for (fft_bits = 1; 1 << fft_bits < 2 * w; fft_bits++);
312     }
313     s->win_size = 1 << fft_bits;
314
315     /* (re-)configuration if the video output changed (or first init) */
316     if (fft_bits != s->fft_bits) {
317         AVFrame *outpicref;
318
319         av_fft_end(s->fft);
320         s->fft = av_fft_init(fft_bits, 0);
321         if (!s->fft) {
322             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unable to create FFT context. "
323                    "The window size might be too high.\n");
324             return AVERROR(EINVAL);
325         }
326         s->fft_bits = fft_bits;
327
328         /* FFT buffers: x2 for each (display) channel buffer.
329          * Note: we use free and malloc instead of a realloc-like function to
330          * make sure the buffer is aligned in memory for the FFT functions. */
331         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
332             av_freep(&s->fft_data[i]);
333         av_freep(&s->fft_data);
334         s->nb_display_channels = inlink->channels;
335
336         s->magnitudes = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->magnitudes));
337         if (!s->magnitudes)
338             return AVERROR(ENOMEM);
339         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
340             s->magnitudes[i] = av_calloc(s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w, sizeof(**s->magnitudes));
341             if (!s->magnitudes[i])
342                 return AVERROR(ENOMEM);
343         }
344
345         s->phases = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->magnitudes));
346         if (!s->phases)
347             return AVERROR(ENOMEM);
348         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
349             s->phases[i] = av_calloc(s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w, sizeof(**s->phases));
350             if (!s->phases[i])
351                 return AVERROR(ENOMEM);
352         }
353
354         s->fft_data = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->fft_data));
355         if (!s->fft_data)
356             return AVERROR(ENOMEM);
357         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
358             s->fft_data[i] = av_calloc(s->win_size, sizeof(**s->fft_data));
359             if (!s->fft_data[i])
360                 return AVERROR(ENOMEM);
361         }
362
363         /* pre-calc windowing function */
364         s->window_func_lut =
365             av_realloc_f(s->window_func_lut, s->win_size,
366                          sizeof(*s->window_func_lut));
367         if (!s->window_func_lut)
368             return AVERROR(ENOMEM);
369         ff_generate_window_func(s->window_func_lut, s->win_size, s->win_func, &overlap);
370         if (s->overlap == 1)
371             s->overlap = overlap;
372         s->hop_size = (1. - s->overlap) * s->win_size;
373         if (s->hop_size < 1) {
374             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "overlap %f too big\n", s->overlap);
375             return AVERROR(EINVAL);
376         }
377
378         for (s->win_scale = 0, i = 0; i < s->win_size; i++) {
379             s->win_scale += s->window_func_lut[i] * s->window_func_lut[i];
380         }
381         s->win_scale = 1. / sqrt(s->win_scale);
382
383         /* prepare the initial picref buffer (black frame) */
384         av_frame_free(&s->outpicref);
385         s->outpicref = outpicref =
386             ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
387         if (!outpicref)
388             return AVERROR(ENOMEM);
389         outlink->sample_aspect_ratio = (AVRational){1,1};
390         for (i = 0; i < outlink->h; i++) {
391             memset(outpicref->data[0] + i * outpicref->linesize[0],   0, outlink->w);
392             memset(outpicref->data[1] + i * outpicref->linesize[1], 128, outlink->w);
393             memset(outpicref->data[2] + i * outpicref->linesize[2], 128, outlink->w);
394         }
395         av_frame_set_color_range(outpicref, AVCOL_RANGE_JPEG);
396     }
397
398     if ((s->orientation == VERTICAL   && s->xpos >= s->w) ||
399         (s->orientation == HORIZONTAL && s->xpos >= s->h))
400         s->xpos = 0;
401
402     outlink->frame_rate = av_make_q(inlink->sample_rate, s->win_size * (1.-s->overlap));
403     if (s->orientation == VERTICAL && s->sliding == FULLFRAME)
404         outlink->frame_rate.den *= s->w;
405     if (s->orientation == HORIZONTAL && s->sliding == FULLFRAME)
406         outlink->frame_rate.den *= s->h;
407
408     if (s->orientation == VERTICAL) {
409         s->combine_buffer =
410             av_realloc_f(s->combine_buffer, s->h * 3,
411                          sizeof(*s->combine_buffer));
412     } else {
413         s->combine_buffer =
414             av_realloc_f(s->combine_buffer, s->w * 3,
415                          sizeof(*s->combine_buffer));
416     }
417
418     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "s:%dx%d FFT window size:%d\n",
419            s->w, s->h, s->win_size);
420
421     av_audio_fifo_free(s->fifo);
422     s->fifo = av_audio_fifo_alloc(inlink->format, inlink->channels, s->win_size);
423     if (!s->fifo)
424         return AVERROR(ENOMEM);
425     return 0;
426 }
427
428 static void run_fft(ShowSpectrumContext *s, AVFrame *fin)
429 {
430     int ch, n;
431
432     /* fill FFT input with the number of samples available */
433     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
434         const float *p = (float *)fin->extended_data[ch];
435
436         for (n = 0; n < s->win_size; n++) {
437             s->fft_data[ch][n].re = p[n] * s->window_func_lut[n];
438             s->fft_data[ch][n].im = 0;
439         }
440     }
441
442     /* run FFT on each samples set */
443     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
444         av_fft_permute(s->fft, s->fft_data[ch]);
445         av_fft_calc(s->fft, s->fft_data[ch]);
446     }
447 }
448
449 #define RE(y, ch) s->fft_data[ch][y].re
450 #define IM(y, ch) s->fft_data[ch][y].im
451 #define MAGNITUDE(y, ch) hypot(RE(y, ch), IM(y, ch))
452 #define PHASE(y, ch) atan2(IM(y, ch), RE(y, ch))
453
454 static void calc_magnitudes(ShowSpectrumContext *s)
455 {
456     const double w = s->win_scale * (s->scale == LOG ? s->win_scale : 1);
457     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
458     const float f = s->gain * w;
459
460     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
461         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
462
463         for (y = 0; y < h; y++)
464             magnitudes[y] = MAGNITUDE(y, ch) * f;
465     }
466 }
467
468 static void calc_phases(ShowSpectrumContext *s)
469 {
470     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
471
472     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
473         float *phases = s->phases[ch];
474
475         for (y = 0; y < h; y++)
476             phases[y] = (PHASE(y, ch) / M_PI + 1) / 2;
477     }
478 }
479
480 static void acalc_magnitudes(ShowSpectrumContext *s)
481 {
482     const double w = s->win_scale * (s->scale == LOG ? s->win_scale : 1);
483     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
484     const float f = s->gain * w;
485
486     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
487         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
488
489         for (y = 0; y < h; y++)
490             magnitudes[y] += MAGNITUDE(y, ch) * f;
491     }
492 }
493
494 static void scale_magnitudes(ShowSpectrumContext *s, float scale)
495 {
496     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
497
498     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
499         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
500
501         for (y = 0; y < h; y++)
502             magnitudes[y] *= scale;
503     }
504 }
505
506 static void color_range(ShowSpectrumContext *s, int ch,
507                         float *yf, float *uf, float *vf)
508 {
509     switch (s->mode) {
510     case COMBINED:
511         // reduce range by channel count
512         *yf = 256.0f / s->nb_display_channels;
513         switch (s->color_mode) {
514         case RAINBOW:
515         case MORELAND:
516         case NEBULAE:
517         case FIRE:
518         case FIERY:
519         case FRUIT:
520         case COOL:
521         case INTENSITY:
522             *uf = *yf;
523             *vf = *yf;
524             break;
525         case CHANNEL:
526             /* adjust saturation for mixed UV coloring */
527             /* this factor is correct for infinite channels, an approximation otherwise */
528             *uf = *yf * M_PI;
529             *vf = *yf * M_PI;
530             break;
531         default:
532             av_assert0(0);
533         }
534         break;
535     case SEPARATE:
536         // full range
537         *yf = 256.0f;
538         *uf = 256.0f;
539         *vf = 256.0f;
540         break;
541     default:
542         av_assert0(0);
543     }
544
545     if (s->color_mode == CHANNEL) {
546         if (s->nb_display_channels > 1) {
547             *uf *= 0.5 * sin((2 * M_PI * ch) / s->nb_display_channels + M_PI * s->rotation);
548             *vf *= 0.5 * cos((2 * M_PI * ch) / s->nb_display_channels + M_PI * s->rotation);
549         } else {
550             *uf *= 0.5 * sin(M_PI * s->rotation);
551             *vf *= 0.5 * cos(M_PI * s->rotation + M_PI_2);
552         }
553     } else {
554         *uf += *uf * sin(M_PI * s->rotation);
555         *vf += *vf * cos(M_PI * s->rotation + M_PI_2);
556     }
557
558     *uf *= s->saturation;
559     *vf *= s->saturation;
560 }
561
562 static void pick_color(ShowSpectrumContext *s,
563                        float yf, float uf, float vf,
564                        float a, float *out)
565 {
566     if (s->color_mode > CHANNEL) {
567         const int cm = s->color_mode;
568         float y, u, v;
569         int i;
570
571         for (i = 1; i < FF_ARRAY_ELEMS(color_table[cm]) - 1; i++)
572             if (color_table[cm][i].a >= a)
573                 break;
574         // i now is the first item >= the color
575         // now we know to interpolate between item i - 1 and i
576         if (a <= color_table[cm][i - 1].a) {
577             y = color_table[cm][i - 1].y;
578             u = color_table[cm][i - 1].u;
579             v = color_table[cm][i - 1].v;
580         } else if (a >= color_table[cm][i].a) {
581             y = color_table[cm][i].y;
582             u = color_table[cm][i].u;
583             v = color_table[cm][i].v;
584         } else {
585             float start = color_table[cm][i - 1].a;
586             float end = color_table[cm][i].a;
587             float lerpfrac = (a - start) / (end - start);
588             y = color_table[cm][i - 1].y * (1.0f - lerpfrac)
589               + color_table[cm][i].y * lerpfrac;
590             u = color_table[cm][i - 1].u * (1.0f - lerpfrac)
591               + color_table[cm][i].u * lerpfrac;
592             v = color_table[cm][i - 1].v * (1.0f - lerpfrac)
593               + color_table[cm][i].v * lerpfrac;
594         }
595
596         out[0] += y * yf;
597         out[1] += u * uf;
598         out[2] += v * vf;
599     } else {
600         out[0] += a * yf;
601         out[1] += a * uf;
602         out[2] += a * vf;
603     }
604 }
605
606 static void clear_combine_buffer(ShowSpectrumContext *s, int size)
607 {
608     int y;
609
610     for (y = 0; y < size; y++) {
611         s->combine_buffer[3 * y    ] = 0;
612         s->combine_buffer[3 * y + 1] = 127.5;
613         s->combine_buffer[3 * y + 2] = 127.5;
614     }
615 }
616
617 static int plot_spectrum_column(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
618 {
619     int ret;
620     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
621     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
622     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
623     AVFrame *outpicref = s->outpicref;
624     int h = s->orientation == VERTICAL ? s->channel_height : s->channel_width;
625
626     int ch, plane, x, y;
627
628     /* fill a new spectrum column */
629     /* initialize buffer for combining to black */
630     clear_combine_buffer(s, s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w);
631
632     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
633         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
634         float *phases = s->phases[ch];
635         float yf, uf, vf;
636
637         /* decide color range */
638         color_range(s, ch, &yf, &uf, &vf);
639
640         /* draw the channel */
641         for (y = 0; y < h; y++) {
642             int row = (s->mode == COMBINED) ? y : ch * h + y;
643             float *out = &s->combine_buffer[3 * row];
644             float a;
645
646             switch (s->data) {
647             case D_MAGNITUDE:
648                 /* get magnitude */
649                 a = magnitudes[y];
650                 break;
651             case D_PHASE:
652                 /* get phase */
653                 a = phases[y];
654                 break;
655             default:
656                 av_assert0(0);
657             }
658
659             /* apply scale */
660             switch (s->scale) {
661             case LINEAR:
662                 a = av_clipf(a, 0, 1);
663                 break;
664             case SQRT:
665                 a = av_clipf(sqrt(a), 0, 1);
666                 break;
667             case CBRT:
668                 a = av_clipf(cbrt(a), 0, 1);
669                 break;
670             case FOURTHRT:
671                 a = av_clipf(sqrt(sqrt(a)), 0, 1);
672                 break;
673             case FIFTHRT:
674                 a = av_clipf(pow(a, 0.20), 0, 1);
675                 break;
676             case LOG:
677                 a = 1 + log10(av_clipd(a, 1e-6, 1)) / 6; // zero = -120dBFS
678                 break;
679             default:
680                 av_assert0(0);
681             }
682
683             pick_color(s, yf, uf, vf, a, out);
684         }
685     }
686
687     av_frame_make_writable(s->outpicref);
688     /* copy to output */
689     if (s->orientation == VERTICAL) {
690         if (s->sliding == SCROLL) {
691             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
692                 for (y = 0; y < s->h; y++) {
693                     uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
694                                  y * outpicref->linesize[plane];
695                     memmove(p, p + 1, s->w - 1);
696                 }
697             }
698             s->xpos = s->w - 1;
699         } else if (s->sliding == RSCROLL) {
700             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
701                 for (y = 0; y < s->h; y++) {
702                     uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
703                                  y * outpicref->linesize[plane];
704                     memmove(p + 1, p, s->w - 1);
705                 }
706             }
707             s->xpos = 0;
708         }
709         for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
710             uint8_t *p = outpicref->data[plane] + s->start_x +
711                          (outlink->h - 1 - s->start_y) * outpicref->linesize[plane] +
712                          s->xpos;
713             for (y = 0; y < s->h; y++) {
714                 *p = lrintf(av_clipf(s->combine_buffer[3 * y + plane], 0, 255));
715                 p -= outpicref->linesize[plane];
716             }
717         }
718     } else {
719         if (s->sliding == SCROLL) {
720             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
721                 for (y = 1; y < s->h; y++) {
722                     memmove(outpicref->data[plane] + (y-1) * outpicref->linesize[plane],
723                             outpicref->data[plane] + (y  ) * outpicref->linesize[plane],
724                             s->w);
725                 }
726             }
727             s->xpos = s->h - 1;
728         } else if (s->sliding == RSCROLL) {
729             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
730                 for (y = s->h - 1; y >= 1; y--) {
731                     memmove(outpicref->data[plane] + (y  ) * outpicref->linesize[plane],
732                             outpicref->data[plane] + (y-1) * outpicref->linesize[plane],
733                             s->w);
734                 }
735             }
736             s->xpos = 0;
737         }
738         for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
739             uint8_t *p = outpicref->data[plane] + s->start_x +
740                          (s->xpos + s->start_y) * outpicref->linesize[plane];
741             for (x = 0; x < s->w; x++) {
742                 *p = lrintf(av_clipf(s->combine_buffer[3 * x + plane], 0, 255));
743                 p++;
744             }
745         }
746     }
747
748     if (s->sliding != FULLFRAME || s->xpos == 0)
749         outpicref->pts = insamples->pts;
750
751     s->xpos++;
752     if (s->orientation == VERTICAL && s->xpos >= s->w)
753         s->xpos = 0;
754     if (s->orientation == HORIZONTAL && s->xpos >= s->h)
755         s->xpos = 0;
756     if (!s->single_pic && (s->sliding != FULLFRAME || s->xpos == 0)) {
757         ret = ff_filter_frame(outlink, av_frame_clone(s->outpicref));
758         if (ret < 0)
759             return ret;
760     }
761
762     return s->win_size;
763 }
764
765 #if CONFIG_SHOWSPECTRUM_FILTER
766
767 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
768 {
769     ShowSpectrumContext *s = outlink->src->priv;
770     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
771     unsigned i;
772     int ret;
773
774     ret = ff_request_frame(inlink);
775     if (ret == AVERROR_EOF && s->sliding == FULLFRAME && s->xpos > 0 &&
776         s->outpicref) {
777         if (s->orientation == VERTICAL) {
778             for (i = 0; i < outlink->h; i++) {
779                 memset(s->outpicref->data[0] + i * s->outpicref->linesize[0] + s->xpos,   0, outlink->w - s->xpos);
780                 memset(s->outpicref->data[1] + i * s->outpicref->linesize[1] + s->xpos, 128, outlink->w - s->xpos);
781                 memset(s->outpicref->data[2] + i * s->outpicref->linesize[2] + s->xpos, 128, outlink->w - s->xpos);
782             }
783         } else {
784             for (i = s->xpos; i < outlink->h; i++) {
785                 memset(s->outpicref->data[0] + i * s->outpicref->linesize[0],   0, outlink->w);
786                 memset(s->outpicref->data[1] + i * s->outpicref->linesize[1], 128, outlink->w);
787                 memset(s->outpicref->data[2] + i * s->outpicref->linesize[2], 128, outlink->w);
788             }
789         }
790         ret = ff_filter_frame(outlink, s->outpicref);
791         s->outpicref = NULL;
792     }
793
794     return ret;
795 }
796
797 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
798 {
799     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
800     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
801     AVFrame *fin = NULL;
802     int ret = 0, consumed = 0;
803
804     if (s->pts == AV_NOPTS_VALUE)
805         s->pts = insamples->pts - av_audio_fifo_size(s->fifo);
806
807     av_audio_fifo_write(s->fifo, (void **)insamples->extended_data, insamples->nb_samples);
808     av_frame_free(&insamples);
809     while (av_audio_fifo_size(s->fifo) >= s->win_size) {
810         fin = ff_get_audio_buffer(inlink, s->win_size);
811         if (!fin) {
812             ret = AVERROR(ENOMEM);
813             goto fail;
814         }
815
816         fin->pts = s->pts + consumed;
817         consumed += s->hop_size;
818         ret = av_audio_fifo_peek(s->fifo, (void **)fin->extended_data, s->win_size);
819         if (ret < 0)
820             goto fail;
821
822         av_assert0(fin->nb_samples == s->win_size);
823
824         run_fft(s, fin);
825         if (s->data == D_MAGNITUDE)
826             calc_magnitudes(s);
827         if (s->data == D_PHASE)
828             calc_phases(s);
829
830         ret = plot_spectrum_column(inlink, fin);
831         av_frame_free(&fin);
832         av_audio_fifo_drain(s->fifo, s->hop_size);
833         if (ret < 0)
834             goto fail;
835     }
836
837 fail:
838     s->pts = AV_NOPTS_VALUE;
839     av_frame_free(&fin);
840     return ret;
841 }
842
843 static const AVFilterPad showspectrum_inputs[] = {
844     {
845         .name         = "default",
846         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
847         .filter_frame = filter_frame,
848     },
849     { NULL }
850 };
851
852 static const AVFilterPad showspectrum_outputs[] = {
853     {
854         .name          = "default",
855         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
856         .config_props  = config_output,
857         .request_frame = request_frame,
858     },
859     { NULL }
860 };
861
862 AVFilter ff_avf_showspectrum = {
863     .name          = "showspectrum",
864     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a spectrum video output."),
865     .uninit        = uninit,
866     .query_formats = query_formats,
867     .priv_size     = sizeof(ShowSpectrumContext),
868     .inputs        = showspectrum_inputs,
869     .outputs       = showspectrum_outputs,
870     .priv_class    = &showspectrum_class,
871 };
872 #endif // CONFIG_SHOWSPECTRUM_FILTER
873
874 #if CONFIG_SHOWSPECTRUMPIC_FILTER
875
876 static const AVOption showspectrumpic_options[] = {
877     { "size", "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "4096x2048"}, 0, 0, FLAGS },
878     { "s",    "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "4096x2048"}, 0, 0, FLAGS },
879     { "mode", "set channel display mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=COMBINED}, 0, NB_MODES-1, FLAGS, "mode" },
880         { "combined", "combined mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COMBINED}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
881         { "separate", "separate mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SEPARATE}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
882     { "color", "set channel coloring", OFFSET(color_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=INTENSITY}, 0, NB_CLMODES-1, FLAGS, "color" },
883         { "channel",   "separate color for each channel", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CHANNEL},   0, 0, FLAGS, "color" },
884         { "intensity", "intensity based coloring",        0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=INTENSITY}, 0, 0, FLAGS, "color" },
885         { "rainbow",   "rainbow based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RAINBOW},   0, 0, FLAGS, "color" },
886         { "moreland",  "moreland based coloring",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MORELAND},  0, 0, FLAGS, "color" },
887         { "nebulae",   "nebulae based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NEBULAE},   0, 0, FLAGS, "color" },
888         { "fire",      "fire based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIRE},      0, 0, FLAGS, "color" },
889         { "fiery",     "fiery based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIERY},     0, 0, FLAGS, "color" },
890         { "fruit",     "fruit based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FRUIT},     0, 0, FLAGS, "color" },
891         { "cool",      "cool based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COOL},      0, 0, FLAGS, "color" },
892     { "scale", "set display scale", OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=LOG}, 0, NB_SCALES-1, FLAGS, "scale" },
893         { "sqrt", "square root", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SQRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
894         { "cbrt", "cubic root",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CBRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
895         { "4thrt","4th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FOURTHRT}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
896         { "5thrt","5th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIFTHRT},  0, 0, FLAGS, "scale" },
897         { "log",  "logarithmic", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LOG},    0, 0, FLAGS, "scale" },
898         { "lin",  "linear",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LINEAR}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
899     { "saturation", "color saturation multiplier", OFFSET(saturation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, -10, 10, FLAGS },
900     { "win_func", "set window function", OFFSET(win_func), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = WFUNC_HANNING}, 0, NB_WFUNC-1, FLAGS, "win_func" },
901         { "rect",     "Rectangular",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_RECT},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
902         { "bartlett", "Bartlett",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BARTLETT}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
903         { "hann",     "Hann",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
904         { "hanning",  "Hanning",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
905         { "hamming",  "Hamming",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HAMMING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
906         { "blackman", "Blackman",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BLACKMAN}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
907         { "welch",    "Welch",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_WELCH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
908         { "flattop",  "Flat-top",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_FLATTOP},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
909         { "bharris",  "Blackman-Harris",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHARRIS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
910         { "bnuttall", "Blackman-Nuttall", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BNUTTALL}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
911         { "bhann",    "Bartlett-Hann",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHANN},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
912         { "sine",     "Sine",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_SINE},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
913         { "nuttall",  "Nuttall",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_NUTTALL},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
914         { "lanczos",  "Lanczos",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_LANCZOS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
915         { "gauss",    "Gauss",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_GAUSS},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
916         { "tukey",    "Tukey",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_TUKEY},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
917     { "orientation", "set orientation", OFFSET(orientation), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=VERTICAL}, 0, NB_ORIENTATIONS-1, FLAGS, "orientation" },
918         { "vertical",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=VERTICAL},   0, 0, FLAGS, "orientation" },
919         { "horizontal", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=HORIZONTAL}, 0, 0, FLAGS, "orientation" },
920     { "gain", "set scale gain", OFFSET(gain), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, 0, 128, FLAGS },
921     { "legend", "draw legend", OFFSET(legend), AV_OPT_TYPE_BOOL, {.i64 = 1}, 0, 1, FLAGS },
922     { "rotation", "color rotation", OFFSET(rotation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 0}, -1, 1, FLAGS },
923     { NULL }
924 };
925
926 AVFILTER_DEFINE_CLASS(showspectrumpic);
927
928 static void drawtext(AVFrame *pic, int x, int y, const char *txt, int o)
929 {
930     const uint8_t *font;
931     int font_height;
932     int i;
933
934     font = avpriv_cga_font,   font_height =  8;
935
936     for (i = 0; txt[i]; i++) {
937         int char_y, mask;
938
939         if (o) {
940             for (char_y = font_height - 1; char_y >= 0; char_y--) {
941                 uint8_t *p = pic->data[0] + (y + i * 10) * pic->linesize[0] + x;
942                 for (mask = 0x80; mask; mask >>= 1) {
943                     if (font[txt[i] * font_height + font_height - 1 - char_y] & mask)
944                         p[char_y] = ~p[char_y];
945                     p += pic->linesize[0];
946                 }
947             }
948         } else {
949             uint8_t *p = pic->data[0] + y*pic->linesize[0] + (x + i*8);
950             for (char_y = 0; char_y < font_height; char_y++) {
951                 for (mask = 0x80; mask; mask >>= 1) {
952                     if (font[txt[i] * font_height + char_y] & mask)
953                         *p = ~(*p);
954                     p++;
955                 }
956                 p += pic->linesize[0] - 8;
957             }
958         }
959     }
960 }
961
962 static int showspectrumpic_request_frame(AVFilterLink *outlink)
963 {
964     ShowSpectrumContext *s = outlink->src->priv;
965     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
966     int ret;
967
968     ret = ff_request_frame(inlink);
969     if (ret == AVERROR_EOF && s->outpicref) {
970         int samples = av_audio_fifo_size(s->fifo);
971         int consumed = 0;
972         int y, x = 0, sz = s->orientation == VERTICAL ? s->w : s->h;
973         int ch, spf, spb;
974         AVFrame *fin;
975
976         spf = s->win_size * (samples / ((s->win_size * sz) * ceil(samples / (float)(s->win_size * sz))));
977         spb = (samples / (spf * sz)) * spf;
978
979         fin = ff_get_audio_buffer(inlink, s->win_size);
980         if (!fin)
981             return AVERROR(ENOMEM);
982
983         while (x < sz) {
984             ret = av_audio_fifo_peek(s->fifo, (void **)fin->extended_data, s->win_size);
985             if (ret < 0) {
986                 av_frame_free(&fin);
987                 return ret;
988             }
989
990             av_audio_fifo_drain(s->fifo, spf);
991
992             if (ret < s->win_size) {
993                 for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
994                     memset(fin->extended_data[ch] + ret * sizeof(float), 0,
995                            (s->win_size - ret) * sizeof(float));
996                 }
997             }
998
999             run_fft(s, fin);
1000             acalc_magnitudes(s);
1001
1002             consumed += spf;
1003             if (consumed >= spb) {
1004                 int h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
1005
1006                 scale_magnitudes(s, 1. / (consumed / spf));
1007                 plot_spectrum_column(inlink, fin);
1008                 consumed = 0;
1009                 x++;
1010                 for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++)
1011                     memset(s->magnitudes[ch], 0, h * sizeof(float));
1012             }
1013         }
1014
1015         av_frame_free(&fin);
1016         s->outpicref->pts = 0;
1017
1018         if (s->legend) {
1019             int multi = (s->mode == SEPARATE && s->color_mode == CHANNEL);
1020             float spp = samples / (float)sz;
1021             uint8_t *dst;
1022
1023             drawtext(s->outpicref, 2, outlink->h - 10, "CREATED BY LIBAVFILTER", 0);
1024
1025             dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x - 1;
1026             for (x = 0; x < s->w + 1; x++)
1027                 dst[x] = 200;
1028             dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + s->h) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x - 1;
1029             for (x = 0; x < s->w + 1; x++)
1030                 dst[x] = 200;
1031             for (y = 0; y < s->h + 2; y++) {
1032                 dst = s->outpicref->data[0] + (y + s->start_y - 1) * s->outpicref->linesize[0];
1033                 dst[s->start_x - 1] = 200;
1034                 dst[s->start_x + s->w] = 200;
1035             }
1036             if (s->orientation == VERTICAL) {
1037                 int h = s->mode == SEPARATE ? s->h / s->nb_display_channels : s->h;
1038                 for (ch = 0; ch < (s->mode == SEPARATE ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1039                     for (y = 0; y < h; y += 20) {
1040                         dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + h * (ch + 1) - y - 1) * s->outpicref->linesize[0];
1041                         dst[s->start_x - 2] = 200;
1042                         dst[s->start_x + s->w + 1] = 200;
1043                     }
1044                     for (y = 0; y < h; y += 40) {
1045                         dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + h * (ch + 1) - y - 1) * s->outpicref->linesize[0];
1046                         dst[s->start_x - 3] = 200;
1047                         dst[s->start_x + s->w + 2] = 200;
1048                     }
1049                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1050                     for (x = 0; x < s->w; x+=40)
1051                         dst[x] = 200;
1052                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 3) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1053                     for (x = 0; x < s->w; x+=80)
1054                         dst[x] = 200;
1055                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1056                     for (x = 0; x < s->w; x+=40) {
1057                         dst[x] = 200;
1058                     }
1059                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1060                     for (x = 0; x < s->w; x+=80) {
1061                         dst[x] = 200;
1062                     }
1063                     for (y = 0; y < h; y += 40) {
1064                         float hz = y * (inlink->sample_rate / 2) / (float)(1 << (int)ceil(log2(h)));
1065                         char *units;
1066
1067                         if (hz == 0)
1068                             units = av_asprintf("DC");
1069                         else
1070                             units = av_asprintf("%.2f", hz);
1071                         if (!units)
1072                             return AVERROR(ENOMEM);
1073
1074                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 8 * strlen(units) - 4, h * (ch + 1) + s->start_y - y - 4, units, 0);
1075                         av_free(units);
1076                     }
1077                 }
1078
1079                 for (x = 0; x < s->w; x+=80) {
1080                     float seconds = x * spp / inlink->sample_rate;
1081                     char *units;
1082
1083                     if (x == 0)
1084                         units = av_asprintf("0");
1085                     else if (log10(seconds) > 6)
1086                         units = av_asprintf("%.2fh", seconds / (60 * 60));
1087                     else if (log10(seconds) > 3)
1088                         units = av_asprintf("%.2fm", seconds / 60);
1089                     else
1090                         units = av_asprintf("%.2fs", seconds);
1091                     if (!units)
1092                         return AVERROR(ENOMEM);
1093
1094                     drawtext(s->outpicref, s->start_x + x - 4 * strlen(units), s->h + s->start_y + 6, units, 0);
1095                     drawtext(s->outpicref, s->start_x + x - 4 * strlen(units), s->start_y - 12, units, 0);
1096                     av_free(units);
1097                 }
1098
1099                 drawtext(s->outpicref, outlink->w / 2 - 4 * 4, outlink->h - s->start_y / 2, "TIME", 0);
1100                 drawtext(s->outpicref, s->start_x / 7, outlink->h / 2 - 14 * 4, "FREQUENCY (Hz)", 1);
1101             } else {
1102                 int w = s->mode == SEPARATE ? s->w / s->nb_display_channels : s->w;
1103                 for (y = 0; y < s->h; y += 20) {
1104                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + y) * s->outpicref->linesize[0];
1105                     dst[s->start_x - 2] = 200;
1106                     dst[s->start_x + s->w + 1] = 200;
1107                 }
1108                 for (y = 0; y < s->h; y += 40) {
1109                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + y) * s->outpicref->linesize[0];
1110                     dst[s->start_x - 3] = 200;
1111                     dst[s->start_x + s->w + 2] = 200;
1112                 }
1113                 for (ch = 0; ch < (s->mode == SEPARATE ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1114                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1115                     for (x = 0; x < w; x+=40)
1116                         dst[x] = 200;
1117                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 3) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1118                     for (x = 0; x < w; x+=80)
1119                         dst[x] = 200;
1120                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1121                     for (x = 0; x < w; x+=40) {
1122                         dst[x] = 200;
1123                     }
1124                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1125                     for (x = 0; x < w; x+=80) {
1126                         dst[x] = 200;
1127                     }
1128                     for (x = 0; x < w; x += 80) {
1129                         float hz = x * (inlink->sample_rate / 2) / (float)(1 << (int)ceil(log2(w)));
1130                         char *units;
1131
1132                         if (hz == 0)
1133                             units = av_asprintf("DC");
1134                         else
1135                             units = av_asprintf("%.2f", hz);
1136                         if (!units)
1137                             return AVERROR(ENOMEM);
1138
1139                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 4 * strlen(units) + x + w * ch, s->start_y - 12, units, 0);
1140                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 4 * strlen(units) + x + w * ch, s->h + s->start_y + 6, units, 0);
1141                         av_free(units);
1142                     }
1143                 }
1144                 for (y = 0; y < s->h; y+=40) {
1145                     float seconds = y * spp / inlink->sample_rate;
1146                     char *units;
1147
1148                     if (x == 0)
1149                         units = av_asprintf("0");
1150                     else if (log10(seconds) > 6)
1151                         units = av_asprintf("%.2fh", seconds / (60 * 60));
1152                     else if (log10(seconds) > 3)
1153                         units = av_asprintf("%.2fm", seconds / 60);
1154                     else
1155                         units = av_asprintf("%.2fs", seconds);
1156                     if (!units)
1157                         return AVERROR(ENOMEM);
1158
1159                     drawtext(s->outpicref, s->start_x - 8 * strlen(units) - 4, s->start_y + y - 4, units, 0);
1160                     av_free(units);
1161                 }
1162                 drawtext(s->outpicref, s->start_x / 7, outlink->h / 2 - 4 * 4, "TIME", 1);
1163                 drawtext(s->outpicref, outlink->w / 2 - 14 * 4, outlink->h - s->start_y / 2, "FREQUENCY (Hz)", 0);
1164             }
1165
1166             for (ch = 0; ch < (multi ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1167                 int h = multi ? s->h / s->nb_display_channels : s->h;
1168
1169                 for (y = 0; y < h; y++) {
1170                     float out[3] = { 0., 127.5, 127.5};
1171                     int chn;
1172
1173                     for (chn = 0; chn < (s->mode == SEPARATE ? 1 : s->nb_display_channels); chn++) {
1174                         float yf, uf, vf;
1175                         int channel = (multi) ? s->nb_display_channels - ch - 1 : chn;
1176
1177                         color_range(s, channel, &yf, &uf, &vf);
1178                         pick_color(s, yf, uf, vf, y / (float)h, out);
1179                     }
1180                     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);
1181                     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);
1182                     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);
1183                 }
1184             }
1185         }
1186
1187         ret = ff_filter_frame(outlink, s->outpicref);
1188         s->outpicref = NULL;
1189     }
1190
1191     return ret;
1192 }
1193
1194 static int showspectrumpic_filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
1195 {
1196     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
1197     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
1198     int ret;
1199
1200     ret = av_audio_fifo_write(s->fifo, (void **)insamples->extended_data, insamples->nb_samples);
1201     av_frame_free(&insamples);
1202     return ret;
1203 }
1204
1205 static const AVFilterPad showspectrumpic_inputs[] = {
1206     {
1207         .name         = "default",
1208         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1209         .filter_frame = showspectrumpic_filter_frame,
1210     },
1211     { NULL }
1212 };
1213
1214 static const AVFilterPad showspectrumpic_outputs[] = {
1215     {
1216         .name          = "default",
1217         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1218         .config_props  = config_output,
1219         .request_frame = showspectrumpic_request_frame,
1220     },
1221     { NULL }
1222 };
1223
1224 AVFilter ff_avf_showspectrumpic = {
1225     .name          = "showspectrumpic",
1226     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a spectrum video output single picture."),
1227     .uninit        = uninit,
1228     .query_formats = query_formats,
1229     .priv_size     = sizeof(ShowSpectrumContext),
1230     .inputs        = showspectrumpic_inputs,
1231     .outputs       = showspectrumpic_outputs,
1232     .priv_class    = &showspectrumpic_class,
1233 };
1234
1235 #endif // CONFIG_SHOWSPECTRUMPIC_FILTER