ff66740a3a5a0fcb86aa4343664322e2d87a4a8a
[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 ShowSpectrumContext {
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     s->pts = AV_NOPTS_VALUE;
303
304     if (!strcmp(ctx->filter->name, "showspectrumpic"))
305         s->single_pic = 1;
306
307     outlink->w = s->w;
308     outlink->h = s->h;
309
310     if (s->legend) {
311         s->start_x = log10(inlink->sample_rate) * 25;
312         s->start_y = 64;
313         outlink->w += s->start_x * 2;
314         outlink->h += s->start_y * 2;
315     }
316
317     h = (s->mode == COMBINED || s->orientation == HORIZONTAL) ? s->h : s->h / inlink->channels;
318     w = (s->mode == COMBINED || s->orientation == VERTICAL)   ? s->w : s->w / inlink->channels;
319     s->channel_height = h;
320     s->channel_width  = w;
321
322     if (s->orientation == VERTICAL) {
323         /* FFT window size (precision) according to the requested output frame height */
324         for (fft_bits = 1; 1 << fft_bits < 2 * h; fft_bits++);
325     } else {
326         /* FFT window size (precision) according to the requested output frame width */
327         for (fft_bits = 1; 1 << fft_bits < 2 * w; fft_bits++);
328     }
329     s->win_size = 1 << fft_bits;
330
331     if (!s->fft) {
332         s->fft = av_calloc(inlink->channels, sizeof(*s->fft));
333         if (!s->fft)
334             return AVERROR(ENOMEM);
335     }
336
337     /* (re-)configuration if the video output changed (or first init) */
338     if (fft_bits != s->fft_bits) {
339         AVFrame *outpicref;
340
341         s->fft_bits = fft_bits;
342
343         /* FFT buffers: x2 for each (display) channel buffer.
344          * Note: we use free and malloc instead of a realloc-like function to
345          * make sure the buffer is aligned in memory for the FFT functions. */
346         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
347             av_fft_end(s->fft[i]);
348             av_freep(&s->fft_data[i]);
349         }
350         av_freep(&s->fft_data);
351
352         s->nb_display_channels = inlink->channels;
353         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
354             s->fft[i] = av_fft_init(fft_bits, 0);
355             if (!s->fft[i]) {
356                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unable to create FFT context. "
357                        "The window size might be too high.\n");
358                 return AVERROR(EINVAL);
359             }
360         }
361
362         s->magnitudes = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->magnitudes));
363         if (!s->magnitudes)
364             return AVERROR(ENOMEM);
365         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
366             s->magnitudes[i] = av_calloc(s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w, sizeof(**s->magnitudes));
367             if (!s->magnitudes[i])
368                 return AVERROR(ENOMEM);
369         }
370
371         s->phases = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->phases));
372         if (!s->phases)
373             return AVERROR(ENOMEM);
374         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
375             s->phases[i] = av_calloc(s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w, sizeof(**s->phases));
376             if (!s->phases[i])
377                 return AVERROR(ENOMEM);
378         }
379
380         av_freep(&s->color_buffer);
381         s->color_buffer = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->color_buffer));
382         if (!s->color_buffer)
383             return AVERROR(ENOMEM);
384         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
385             s->color_buffer[i] = av_calloc(s->orientation == VERTICAL ? s->h * 3 : s->w * 3, sizeof(**s->color_buffer));
386             if (!s->color_buffer[i])
387                 return AVERROR(ENOMEM);
388         }
389
390         s->fft_data = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->fft_data));
391         if (!s->fft_data)
392             return AVERROR(ENOMEM);
393         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
394             s->fft_data[i] = av_calloc(s->win_size, sizeof(**s->fft_data));
395             if (!s->fft_data[i])
396                 return AVERROR(ENOMEM);
397         }
398
399         /* pre-calc windowing function */
400         s->window_func_lut =
401             av_realloc_f(s->window_func_lut, s->win_size,
402                          sizeof(*s->window_func_lut));
403         if (!s->window_func_lut)
404             return AVERROR(ENOMEM);
405         ff_generate_window_func(s->window_func_lut, s->win_size, s->win_func, &overlap);
406         if (s->overlap == 1)
407             s->overlap = overlap;
408         s->hop_size = (1. - s->overlap) * s->win_size;
409         if (s->hop_size < 1) {
410             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "overlap %f too big\n", s->overlap);
411             return AVERROR(EINVAL);
412         }
413
414         for (s->win_scale = 0, i = 0; i < s->win_size; i++) {
415             s->win_scale += s->window_func_lut[i] * s->window_func_lut[i];
416         }
417         s->win_scale = 1. / sqrt(s->win_scale);
418
419         /* prepare the initial picref buffer (black frame) */
420         av_frame_free(&s->outpicref);
421         s->outpicref = outpicref =
422             ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
423         if (!outpicref)
424             return AVERROR(ENOMEM);
425         outlink->sample_aspect_ratio = (AVRational){1,1};
426         for (i = 0; i < outlink->h; i++) {
427             memset(outpicref->data[0] + i * outpicref->linesize[0],   0, outlink->w);
428             memset(outpicref->data[1] + i * outpicref->linesize[1], 128, outlink->w);
429             memset(outpicref->data[2] + i * outpicref->linesize[2], 128, outlink->w);
430         }
431         outpicref->color_range = AVCOL_RANGE_JPEG;
432     }
433
434     if ((s->orientation == VERTICAL   && s->xpos >= s->w) ||
435         (s->orientation == HORIZONTAL && s->xpos >= s->h))
436         s->xpos = 0;
437
438     outlink->frame_rate = av_make_q(inlink->sample_rate, s->win_size * (1.-s->overlap));
439     if (s->orientation == VERTICAL && s->sliding == FULLFRAME)
440         outlink->frame_rate.den *= s->w;
441     if (s->orientation == HORIZONTAL && s->sliding == FULLFRAME)
442         outlink->frame_rate.den *= s->h;
443
444     if (s->orientation == VERTICAL) {
445         s->combine_buffer =
446             av_realloc_f(s->combine_buffer, s->h * 3,
447                          sizeof(*s->combine_buffer));
448     } else {
449         s->combine_buffer =
450             av_realloc_f(s->combine_buffer, s->w * 3,
451                          sizeof(*s->combine_buffer));
452     }
453
454     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "s:%dx%d FFT window size:%d\n",
455            s->w, s->h, s->win_size);
456
457     av_audio_fifo_free(s->fifo);
458     s->fifo = av_audio_fifo_alloc(inlink->format, inlink->channels, s->win_size);
459     if (!s->fifo)
460         return AVERROR(ENOMEM);
461     return 0;
462 }
463
464 static int run_channel_fft(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
465 {
466     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
467     const float *window_func_lut = s->window_func_lut;
468     AVFrame *fin = arg;
469     const int ch = jobnr;
470     int n;
471
472     /* fill FFT input with the number of samples available */
473     const float *p = (float *)fin->extended_data[ch];
474
475     for (n = 0; n < s->win_size; n++) {
476         s->fft_data[ch][n].re = p[n] * window_func_lut[n];
477         s->fft_data[ch][n].im = 0;
478     }
479
480     /* run FFT on each samples set */
481     av_fft_permute(s->fft[ch], s->fft_data[ch]);
482     av_fft_calc(s->fft[ch], s->fft_data[ch]);
483
484     return 0;
485 }
486
487 #define RE(y, ch) s->fft_data[ch][y].re
488 #define IM(y, ch) s->fft_data[ch][y].im
489 #define MAGNITUDE(y, ch) hypot(RE(y, ch), IM(y, ch))
490 #define PHASE(y, ch) atan2(IM(y, ch), RE(y, ch))
491
492 static int calc_channel_magnitudes(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
493 {
494     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
495     const double w = s->win_scale * (s->scale == LOG ? s->win_scale : 1);
496     int y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
497     const float f = s->gain * w;
498     const int ch = jobnr;
499     float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
500
501     for (y = 0; y < h; y++)
502         magnitudes[y] = MAGNITUDE(y, ch) * f;
503
504     return 0;
505 }
506
507 static int calc_channel_phases(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
508 {
509     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
510     const int h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
511     const int ch = jobnr;
512     float *phases = s->phases[ch];
513     int y;
514
515     for (y = 0; y < h; y++)
516         phases[y] = (PHASE(y, ch) / M_PI + 1) / 2;
517
518     return 0;
519 }
520
521 static void acalc_magnitudes(ShowSpectrumContext *s)
522 {
523     const double w = s->win_scale * (s->scale == LOG ? s->win_scale : 1);
524     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
525     const float f = s->gain * w;
526
527     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
528         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
529
530         for (y = 0; y < h; y++)
531             magnitudes[y] += MAGNITUDE(y, ch) * f;
532     }
533 }
534
535 static void scale_magnitudes(ShowSpectrumContext *s, float scale)
536 {
537     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
538
539     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
540         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
541
542         for (y = 0; y < h; y++)
543             magnitudes[y] *= scale;
544     }
545 }
546
547 static void color_range(ShowSpectrumContext *s, int ch,
548                         float *yf, float *uf, float *vf)
549 {
550     switch (s->mode) {
551     case COMBINED:
552         // reduce range by channel count
553         *yf = 256.0f / s->nb_display_channels;
554         switch (s->color_mode) {
555         case RAINBOW:
556         case MORELAND:
557         case NEBULAE:
558         case FIRE:
559         case FIERY:
560         case FRUIT:
561         case COOL:
562         case INTENSITY:
563             *uf = *yf;
564             *vf = *yf;
565             break;
566         case CHANNEL:
567             /* adjust saturation for mixed UV coloring */
568             /* this factor is correct for infinite channels, an approximation otherwise */
569             *uf = *yf * M_PI;
570             *vf = *yf * M_PI;
571             break;
572         default:
573             av_assert0(0);
574         }
575         break;
576     case SEPARATE:
577         // full range
578         *yf = 256.0f;
579         *uf = 256.0f;
580         *vf = 256.0f;
581         break;
582     default:
583         av_assert0(0);
584     }
585
586     if (s->color_mode == CHANNEL) {
587         if (s->nb_display_channels > 1) {
588             *uf *= 0.5 * sin((2 * M_PI * ch) / s->nb_display_channels + M_PI * s->rotation);
589             *vf *= 0.5 * cos((2 * M_PI * ch) / s->nb_display_channels + M_PI * s->rotation);
590         } else {
591             *uf *= 0.5 * sin(M_PI * s->rotation);
592             *vf *= 0.5 * cos(M_PI * s->rotation + M_PI_2);
593         }
594     } else {
595         *uf += *uf * sin(M_PI * s->rotation);
596         *vf += *vf * cos(M_PI * s->rotation + M_PI_2);
597     }
598
599     *uf *= s->saturation;
600     *vf *= s->saturation;
601 }
602
603 static void pick_color(ShowSpectrumContext *s,
604                        float yf, float uf, float vf,
605                        float a, float *out)
606 {
607     if (s->color_mode > CHANNEL) {
608         const int cm = s->color_mode;
609         float y, u, v;
610         int i;
611
612         for (i = 1; i < FF_ARRAY_ELEMS(color_table[cm]) - 1; i++)
613             if (color_table[cm][i].a >= a)
614                 break;
615         // i now is the first item >= the color
616         // now we know to interpolate between item i - 1 and i
617         if (a <= color_table[cm][i - 1].a) {
618             y = color_table[cm][i - 1].y;
619             u = color_table[cm][i - 1].u;
620             v = color_table[cm][i - 1].v;
621         } else if (a >= color_table[cm][i].a) {
622             y = color_table[cm][i].y;
623             u = color_table[cm][i].u;
624             v = color_table[cm][i].v;
625         } else {
626             float start = color_table[cm][i - 1].a;
627             float end = color_table[cm][i].a;
628             float lerpfrac = (a - start) / (end - start);
629             y = color_table[cm][i - 1].y * (1.0f - lerpfrac)
630               + color_table[cm][i].y * lerpfrac;
631             u = color_table[cm][i - 1].u * (1.0f - lerpfrac)
632               + color_table[cm][i].u * lerpfrac;
633             v = color_table[cm][i - 1].v * (1.0f - lerpfrac)
634               + color_table[cm][i].v * lerpfrac;
635         }
636
637         out[0] = y * yf;
638         out[1] = u * uf;
639         out[2] = v * vf;
640     } else {
641         out[0] = a * yf;
642         out[1] = a * uf;
643         out[2] = a * vf;
644     }
645 }
646
647 static void clear_combine_buffer(ShowSpectrumContext *s, int size)
648 {
649     int y;
650
651     for (y = 0; y < size; y++) {
652         s->combine_buffer[3 * y    ] = 0;
653         s->combine_buffer[3 * y + 1] = 127.5;
654         s->combine_buffer[3 * y + 2] = 127.5;
655     }
656 }
657
658 static int plot_channel(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
659 {
660     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
661     const int h = s->orientation == VERTICAL ? s->channel_height : s->channel_width;
662     const int ch = jobnr;
663     float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
664     float *phases = s->phases[ch];
665     float yf, uf, vf;
666     int y;
667
668     /* decide color range */
669     color_range(s, ch, &yf, &uf, &vf);
670
671     /* draw the channel */
672     for (y = 0; y < h; y++) {
673         int row = (s->mode == COMBINED) ? y : ch * h + y;
674         float *out = &s->color_buffer[ch][3 * row];
675         float a;
676
677         switch (s->data) {
678         case D_MAGNITUDE:
679             /* get magnitude */
680             a = magnitudes[y];
681             break;
682         case D_PHASE:
683             /* get phase */
684             a = phases[y];
685             break;
686         default:
687             av_assert0(0);
688         }
689
690         /* apply scale */
691         switch (s->scale) {
692         case LINEAR:
693             a = av_clipf(a, 0, 1);
694             break;
695         case SQRT:
696             a = av_clipf(sqrt(a), 0, 1);
697             break;
698         case CBRT:
699             a = av_clipf(cbrt(a), 0, 1);
700             break;
701         case FOURTHRT:
702             a = av_clipf(sqrt(sqrt(a)), 0, 1);
703             break;
704         case FIFTHRT:
705             a = av_clipf(pow(a, 0.20), 0, 1);
706             break;
707         case LOG:
708             a = 1 + log10(av_clipd(a, 1e-6, 1)) / 6; // zero = -120dBFS
709             break;
710         default:
711             av_assert0(0);
712         }
713
714         pick_color(s, yf, uf, vf, a, out);
715     }
716
717     return 0;
718 }
719
720 static int plot_spectrum_column(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
721 {
722     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
723     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
724     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
725     AVFrame *outpicref = s->outpicref;
726     int ret, plane, x, y, z = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
727
728     /* fill a new spectrum column */
729     /* initialize buffer for combining to black */
730     clear_combine_buffer(s, z);
731
732     ctx->internal->execute(ctx, plot_channel, NULL, NULL, s->nb_display_channels);
733
734     for (y = 0; y < z * 3; y++) {
735         for (x = 0; x < s->nb_display_channels; x++) {
736             s->combine_buffer[y] += s->color_buffer[x][y];
737         }
738     }
739
740     av_frame_make_writable(s->outpicref);
741     /* copy to output */
742     if (s->orientation == VERTICAL) {
743         if (s->sliding == SCROLL) {
744             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
745                 for (y = 0; y < s->h; y++) {
746                     uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
747                                  y * outpicref->linesize[plane];
748                     memmove(p, p + 1, s->w - 1);
749                 }
750             }
751             s->xpos = s->w - 1;
752         } else if (s->sliding == RSCROLL) {
753             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
754                 for (y = 0; y < s->h; y++) {
755                     uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
756                                  y * outpicref->linesize[plane];
757                     memmove(p + 1, p, s->w - 1);
758                 }
759             }
760             s->xpos = 0;
761         }
762         for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
763             uint8_t *p = outpicref->data[plane] + s->start_x +
764                          (outlink->h - 1 - s->start_y) * outpicref->linesize[plane] +
765                          s->xpos;
766             for (y = 0; y < s->h; y++) {
767                 *p = lrintf(av_clipf(s->combine_buffer[3 * y + plane], 0, 255));
768                 p -= outpicref->linesize[plane];
769             }
770         }
771     } else {
772         if (s->sliding == SCROLL) {
773             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
774                 for (y = 1; y < s->h; y++) {
775                     memmove(outpicref->data[plane] + (y-1) * outpicref->linesize[plane],
776                             outpicref->data[plane] + (y  ) * outpicref->linesize[plane],
777                             s->w);
778                 }
779             }
780             s->xpos = s->h - 1;
781         } else if (s->sliding == RSCROLL) {
782             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
783                 for (y = s->h - 1; y >= 1; y--) {
784                     memmove(outpicref->data[plane] + (y  ) * outpicref->linesize[plane],
785                             outpicref->data[plane] + (y-1) * outpicref->linesize[plane],
786                             s->w);
787                 }
788             }
789             s->xpos = 0;
790         }
791         for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
792             uint8_t *p = outpicref->data[plane] + s->start_x +
793                          (s->xpos + s->start_y) * outpicref->linesize[plane];
794             for (x = 0; x < s->w; x++) {
795                 *p = lrintf(av_clipf(s->combine_buffer[3 * x + plane], 0, 255));
796                 p++;
797             }
798         }
799     }
800
801     if (s->sliding != FULLFRAME || s->xpos == 0)
802         outpicref->pts = insamples->pts;
803
804     s->xpos++;
805     if (s->orientation == VERTICAL && s->xpos >= s->w)
806         s->xpos = 0;
807     if (s->orientation == HORIZONTAL && s->xpos >= s->h)
808         s->xpos = 0;
809     if (!s->single_pic && (s->sliding != FULLFRAME || s->xpos == 0)) {
810         ret = ff_filter_frame(outlink, av_frame_clone(s->outpicref));
811         if (ret < 0)
812             return ret;
813     }
814
815     return s->win_size;
816 }
817
818 #if CONFIG_SHOWSPECTRUM_FILTER
819
820 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
821 {
822     ShowSpectrumContext *s = outlink->src->priv;
823     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
824     unsigned i;
825     int ret;
826
827     ret = ff_request_frame(inlink);
828     if (ret == AVERROR_EOF && s->sliding == FULLFRAME && s->xpos > 0 &&
829         s->outpicref) {
830         if (s->orientation == VERTICAL) {
831             for (i = 0; i < outlink->h; i++) {
832                 memset(s->outpicref->data[0] + i * s->outpicref->linesize[0] + s->xpos,   0, outlink->w - s->xpos);
833                 memset(s->outpicref->data[1] + i * s->outpicref->linesize[1] + s->xpos, 128, outlink->w - s->xpos);
834                 memset(s->outpicref->data[2] + i * s->outpicref->linesize[2] + s->xpos, 128, outlink->w - s->xpos);
835             }
836         } else {
837             for (i = s->xpos; i < outlink->h; i++) {
838                 memset(s->outpicref->data[0] + i * s->outpicref->linesize[0],   0, outlink->w);
839                 memset(s->outpicref->data[1] + i * s->outpicref->linesize[1], 128, outlink->w);
840                 memset(s->outpicref->data[2] + i * s->outpicref->linesize[2], 128, outlink->w);
841             }
842         }
843         ret = ff_filter_frame(outlink, s->outpicref);
844         s->outpicref = NULL;
845     }
846
847     return ret;
848 }
849
850 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
851 {
852     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
853     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
854     AVFrame *fin = NULL;
855     int ret = 0, consumed = 0;
856
857     if (s->pts == AV_NOPTS_VALUE)
858         s->pts = insamples->pts - av_audio_fifo_size(s->fifo);
859
860     av_audio_fifo_write(s->fifo, (void **)insamples->extended_data, insamples->nb_samples);
861     av_frame_free(&insamples);
862     while (av_audio_fifo_size(s->fifo) >= s->win_size) {
863         fin = ff_get_audio_buffer(inlink, s->win_size);
864         if (!fin) {
865             ret = AVERROR(ENOMEM);
866             goto fail;
867         }
868
869         fin->pts = s->pts + consumed;
870         consumed += s->hop_size;
871         ret = av_audio_fifo_peek(s->fifo, (void **)fin->extended_data, s->win_size);
872         if (ret < 0)
873             goto fail;
874
875         av_assert0(fin->nb_samples == s->win_size);
876
877         ctx->internal->execute(ctx, run_channel_fft, fin, NULL, s->nb_display_channels);
878
879         if (s->data == D_MAGNITUDE)
880             ctx->internal->execute(ctx, calc_channel_magnitudes, NULL, NULL, s->nb_display_channels);
881
882         if (s->data == D_PHASE)
883             ctx->internal->execute(ctx, calc_channel_phases, NULL, NULL, s->nb_display_channels);
884
885         ret = plot_spectrum_column(inlink, fin);
886         av_frame_free(&fin);
887         av_audio_fifo_drain(s->fifo, s->hop_size);
888         if (ret < 0)
889             goto fail;
890     }
891
892 fail:
893     s->pts = AV_NOPTS_VALUE;
894     av_frame_free(&fin);
895     return ret;
896 }
897
898 static const AVFilterPad showspectrum_inputs[] = {
899     {
900         .name         = "default",
901         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
902         .filter_frame = filter_frame,
903     },
904     { NULL }
905 };
906
907 static const AVFilterPad showspectrum_outputs[] = {
908     {
909         .name          = "default",
910         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
911         .config_props  = config_output,
912         .request_frame = request_frame,
913     },
914     { NULL }
915 };
916
917 AVFilter ff_avf_showspectrum = {
918     .name          = "showspectrum",
919     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a spectrum video output."),
920     .uninit        = uninit,
921     .query_formats = query_formats,
922     .priv_size     = sizeof(ShowSpectrumContext),
923     .inputs        = showspectrum_inputs,
924     .outputs       = showspectrum_outputs,
925     .priv_class    = &showspectrum_class,
926     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
927 };
928 #endif // CONFIG_SHOWSPECTRUM_FILTER
929
930 #if CONFIG_SHOWSPECTRUMPIC_FILTER
931
932 static const AVOption showspectrumpic_options[] = {
933     { "size", "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "4096x2048"}, 0, 0, FLAGS },
934     { "s",    "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "4096x2048"}, 0, 0, FLAGS },
935     { "mode", "set channel display mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=COMBINED}, 0, NB_MODES-1, FLAGS, "mode" },
936         { "combined", "combined mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COMBINED}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
937         { "separate", "separate mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SEPARATE}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
938     { "color", "set channel coloring", OFFSET(color_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=INTENSITY}, 0, NB_CLMODES-1, FLAGS, "color" },
939         { "channel",   "separate color for each channel", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CHANNEL},   0, 0, FLAGS, "color" },
940         { "intensity", "intensity based coloring",        0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=INTENSITY}, 0, 0, FLAGS, "color" },
941         { "rainbow",   "rainbow based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RAINBOW},   0, 0, FLAGS, "color" },
942         { "moreland",  "moreland based coloring",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MORELAND},  0, 0, FLAGS, "color" },
943         { "nebulae",   "nebulae based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NEBULAE},   0, 0, FLAGS, "color" },
944         { "fire",      "fire based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIRE},      0, 0, FLAGS, "color" },
945         { "fiery",     "fiery based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIERY},     0, 0, FLAGS, "color" },
946         { "fruit",     "fruit based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FRUIT},     0, 0, FLAGS, "color" },
947         { "cool",      "cool based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COOL},      0, 0, FLAGS, "color" },
948     { "scale", "set display scale", OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=LOG}, 0, NB_SCALES-1, FLAGS, "scale" },
949         { "lin",  "linear",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LINEAR}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
950         { "sqrt", "square root", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SQRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
951         { "cbrt", "cubic root",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CBRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
952         { "log",  "logarithmic", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LOG},    0, 0, FLAGS, "scale" },
953         { "4thrt","4th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FOURTHRT}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
954         { "5thrt","5th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIFTHRT},  0, 0, FLAGS, "scale" },
955     { "saturation", "color saturation multiplier", OFFSET(saturation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, -10, 10, FLAGS },
956     { "win_func", "set window function", OFFSET(win_func), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = WFUNC_HANNING}, 0, NB_WFUNC-1, FLAGS, "win_func" },
957         { "rect",     "Rectangular",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_RECT},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
958         { "bartlett", "Bartlett",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BARTLETT}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
959         { "hann",     "Hann",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
960         { "hanning",  "Hanning",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
961         { "hamming",  "Hamming",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HAMMING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
962         { "blackman", "Blackman",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BLACKMAN}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
963         { "welch",    "Welch",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_WELCH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
964         { "flattop",  "Flat-top",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_FLATTOP},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
965         { "bharris",  "Blackman-Harris",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHARRIS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
966         { "bnuttall", "Blackman-Nuttall", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BNUTTALL}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
967         { "bhann",    "Bartlett-Hann",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHANN},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
968         { "sine",     "Sine",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_SINE},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
969         { "nuttall",  "Nuttall",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_NUTTALL},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
970         { "lanczos",  "Lanczos",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_LANCZOS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
971         { "gauss",    "Gauss",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_GAUSS},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
972         { "tukey",    "Tukey",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_TUKEY},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
973         { "dolph",    "Dolph-Chebyshev",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_DOLPH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
974         { "cauchy",   "Cauchy",           0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_CAUCHY},   0, 0, FLAGS, "win_func" },
975         { "parzen",   "Parzen",           0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_PARZEN},   0, 0, FLAGS, "win_func" },
976         { "poisson",  "Poisson",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_POISSON},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
977     { "orientation", "set orientation", OFFSET(orientation), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=VERTICAL}, 0, NB_ORIENTATIONS-1, FLAGS, "orientation" },
978         { "vertical",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=VERTICAL},   0, 0, FLAGS, "orientation" },
979         { "horizontal", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=HORIZONTAL}, 0, 0, FLAGS, "orientation" },
980     { "gain", "set scale gain", OFFSET(gain), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, 0, 128, FLAGS },
981     { "legend", "draw legend", OFFSET(legend), AV_OPT_TYPE_BOOL, {.i64 = 1}, 0, 1, FLAGS },
982     { "rotation", "color rotation", OFFSET(rotation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 0}, -1, 1, FLAGS },
983     { NULL }
984 };
985
986 AVFILTER_DEFINE_CLASS(showspectrumpic);
987
988 static void drawtext(AVFrame *pic, int x, int y, const char *txt, int o)
989 {
990     const uint8_t *font;
991     int font_height;
992     int i;
993
994     font = avpriv_cga_font,   font_height =  8;
995
996     for (i = 0; txt[i]; i++) {
997         int char_y, mask;
998
999         if (o) {
1000             for (char_y = font_height - 1; char_y >= 0; char_y--) {
1001                 uint8_t *p = pic->data[0] + (y + i * 10) * pic->linesize[0] + x;
1002                 for (mask = 0x80; mask; mask >>= 1) {
1003                     if (font[txt[i] * font_height + font_height - 1 - char_y] & mask)
1004                         p[char_y] = ~p[char_y];
1005                     p += pic->linesize[0];
1006                 }
1007             }
1008         } else {
1009             uint8_t *p = pic->data[0] + y*pic->linesize[0] + (x + i*8);
1010             for (char_y = 0; char_y < font_height; char_y++) {
1011                 for (mask = 0x80; mask; mask >>= 1) {
1012                     if (font[txt[i] * font_height + char_y] & mask)
1013                         *p = ~(*p);
1014                     p++;
1015                 }
1016                 p += pic->linesize[0] - 8;
1017             }
1018         }
1019     }
1020 }
1021
1022 static int showspectrumpic_request_frame(AVFilterLink *outlink)
1023 {
1024     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
1025     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
1026     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
1027     int ret, samples;
1028
1029     ret = ff_request_frame(inlink);
1030     samples = av_audio_fifo_size(s->fifo);
1031     if (ret == AVERROR_EOF && s->outpicref && samples > 0) {
1032         int consumed = 0;
1033         int y, x = 0, sz = s->orientation == VERTICAL ? s->w : s->h;
1034         int ch, spf, spb;
1035         AVFrame *fin;
1036
1037         spf = s->win_size * (samples / ((s->win_size * sz) * ceil(samples / (float)(s->win_size * sz))));
1038         spf = FFMAX(1, spf);
1039
1040         spb = (samples / (spf * sz)) * spf;
1041
1042         fin = ff_get_audio_buffer(inlink, s->win_size);
1043         if (!fin)
1044             return AVERROR(ENOMEM);
1045
1046         while (x < sz) {
1047             ret = av_audio_fifo_peek(s->fifo, (void **)fin->extended_data, s->win_size);
1048             if (ret < 0) {
1049                 av_frame_free(&fin);
1050                 return ret;
1051             }
1052
1053             av_audio_fifo_drain(s->fifo, spf);
1054
1055             if (ret < s->win_size) {
1056                 for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
1057                     memset(fin->extended_data[ch] + ret * sizeof(float), 0,
1058                            (s->win_size - ret) * sizeof(float));
1059                 }
1060             }
1061
1062             ctx->internal->execute(ctx, run_channel_fft, fin, NULL, s->nb_display_channels);
1063             acalc_magnitudes(s);
1064
1065             consumed += spf;
1066             if (consumed >= spb) {
1067                 int h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
1068
1069                 scale_magnitudes(s, 1. / (consumed / spf));
1070                 plot_spectrum_column(inlink, fin);
1071                 consumed = 0;
1072                 x++;
1073                 for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++)
1074                     memset(s->magnitudes[ch], 0, h * sizeof(float));
1075             }
1076         }
1077
1078         av_frame_free(&fin);
1079         s->outpicref->pts = 0;
1080
1081         if (s->legend) {
1082             int multi = (s->mode == SEPARATE && s->color_mode == CHANNEL);
1083             float spp = samples / (float)sz;
1084             uint8_t *dst;
1085
1086             drawtext(s->outpicref, 2, outlink->h - 10, "CREATED BY LIBAVFILTER", 0);
1087
1088             dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x - 1;
1089             for (x = 0; x < s->w + 1; x++)
1090                 dst[x] = 200;
1091             dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + s->h) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x - 1;
1092             for (x = 0; x < s->w + 1; x++)
1093                 dst[x] = 200;
1094             for (y = 0; y < s->h + 2; y++) {
1095                 dst = s->outpicref->data[0] + (y + s->start_y - 1) * s->outpicref->linesize[0];
1096                 dst[s->start_x - 1] = 200;
1097                 dst[s->start_x + s->w] = 200;
1098             }
1099             if (s->orientation == VERTICAL) {
1100                 int h = s->mode == SEPARATE ? s->h / s->nb_display_channels : s->h;
1101                 for (ch = 0; ch < (s->mode == SEPARATE ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1102                     for (y = 0; y < h; y += 20) {
1103                         dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + h * (ch + 1) - y - 1) * s->outpicref->linesize[0];
1104                         dst[s->start_x - 2] = 200;
1105                         dst[s->start_x + s->w + 1] = 200;
1106                     }
1107                     for (y = 0; y < h; y += 40) {
1108                         dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + h * (ch + 1) - y - 1) * s->outpicref->linesize[0];
1109                         dst[s->start_x - 3] = 200;
1110                         dst[s->start_x + s->w + 2] = 200;
1111                     }
1112                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1113                     for (x = 0; x < s->w; x+=40)
1114                         dst[x] = 200;
1115                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 3) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1116                     for (x = 0; x < s->w; x+=80)
1117                         dst[x] = 200;
1118                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1119                     for (x = 0; x < s->w; x+=40) {
1120                         dst[x] = 200;
1121                     }
1122                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1123                     for (x = 0; x < s->w; x+=80) {
1124                         dst[x] = 200;
1125                     }
1126                     for (y = 0; y < h; y += 40) {
1127                         float hertz = y * (inlink->sample_rate / 2) / (float)(1 << (int)ceil(log2(h)));
1128                         char *units;
1129
1130                         if (hertz == 0)
1131                             units = av_asprintf("DC");
1132                         else
1133                             units = av_asprintf("%.2f", hertz);
1134                         if (!units)
1135                             return AVERROR(ENOMEM);
1136
1137                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 8 * strlen(units) - 4, h * (ch + 1) + s->start_y - y - 4, units, 0);
1138                         av_free(units);
1139                     }
1140                 }
1141
1142                 for (x = 0; x < s->w; x+=80) {
1143                     float seconds = x * spp / inlink->sample_rate;
1144                     char *units;
1145
1146                     if (x == 0)
1147                         units = av_asprintf("0");
1148                     else if (log10(seconds) > 6)
1149                         units = av_asprintf("%.2fh", seconds / (60 * 60));
1150                     else if (log10(seconds) > 3)
1151                         units = av_asprintf("%.2fm", seconds / 60);
1152                     else
1153                         units = av_asprintf("%.2fs", seconds);
1154                     if (!units)
1155                         return AVERROR(ENOMEM);
1156
1157                     drawtext(s->outpicref, s->start_x + x - 4 * strlen(units), s->h + s->start_y + 6, units, 0);
1158                     drawtext(s->outpicref, s->start_x + x - 4 * strlen(units), s->start_y - 12, units, 0);
1159                     av_free(units);
1160                 }
1161
1162                 drawtext(s->outpicref, outlink->w / 2 - 4 * 4, outlink->h - s->start_y / 2, "TIME", 0);
1163                 drawtext(s->outpicref, s->start_x / 7, outlink->h / 2 - 14 * 4, "FREQUENCY (Hz)", 1);
1164             } else {
1165                 int w = s->mode == SEPARATE ? s->w / s->nb_display_channels : s->w;
1166                 for (y = 0; y < s->h; y += 20) {
1167                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + y) * s->outpicref->linesize[0];
1168                     dst[s->start_x - 2] = 200;
1169                     dst[s->start_x + s->w + 1] = 200;
1170                 }
1171                 for (y = 0; y < s->h; y += 40) {
1172                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + y) * s->outpicref->linesize[0];
1173                     dst[s->start_x - 3] = 200;
1174                     dst[s->start_x + s->w + 2] = 200;
1175                 }
1176                 for (ch = 0; ch < (s->mode == SEPARATE ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1177                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1178                     for (x = 0; x < w; x+=40)
1179                         dst[x] = 200;
1180                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 3) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1181                     for (x = 0; x < w; x+=80)
1182                         dst[x] = 200;
1183                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1184                     for (x = 0; x < w; x+=40) {
1185                         dst[x] = 200;
1186                     }
1187                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1188                     for (x = 0; x < w; x+=80) {
1189                         dst[x] = 200;
1190                     }
1191                     for (x = 0; x < w; x += 80) {
1192                         float hertz = x * (inlink->sample_rate / 2) / (float)(1 << (int)ceil(log2(w)));
1193                         char *units;
1194
1195                         if (hertz == 0)
1196                             units = av_asprintf("DC");
1197                         else
1198                             units = av_asprintf("%.2f", hertz);
1199                         if (!units)
1200                             return AVERROR(ENOMEM);
1201
1202                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 4 * strlen(units) + x + w * ch, s->start_y - 12, units, 0);
1203                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 4 * strlen(units) + x + w * ch, s->h + s->start_y + 6, units, 0);
1204                         av_free(units);
1205                     }
1206                 }
1207                 for (y = 0; y < s->h; y+=40) {
1208                     float seconds = y * spp / inlink->sample_rate;
1209                     char *units;
1210
1211                     if (x == 0)
1212                         units = av_asprintf("0");
1213                     else if (log10(seconds) > 6)
1214                         units = av_asprintf("%.2fh", seconds / (60 * 60));
1215                     else if (log10(seconds) > 3)
1216                         units = av_asprintf("%.2fm", seconds / 60);
1217                     else
1218                         units = av_asprintf("%.2fs", seconds);
1219                     if (!units)
1220                         return AVERROR(ENOMEM);
1221
1222                     drawtext(s->outpicref, s->start_x - 8 * strlen(units) - 4, s->start_y + y - 4, units, 0);
1223                     av_free(units);
1224                 }
1225                 drawtext(s->outpicref, s->start_x / 7, outlink->h / 2 - 4 * 4, "TIME", 1);
1226                 drawtext(s->outpicref, outlink->w / 2 - 14 * 4, outlink->h - s->start_y / 2, "FREQUENCY (Hz)", 0);
1227             }
1228
1229             for (ch = 0; ch < (multi ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1230                 int h = multi ? s->h / s->nb_display_channels : s->h;
1231
1232                 for (y = 0; y < h; y++) {
1233                     float out[3] = { 0., 127.5, 127.5};
1234                     int chn;
1235
1236                     for (chn = 0; chn < (s->mode == SEPARATE ? 1 : s->nb_display_channels); chn++) {
1237                         float yf, uf, vf;
1238                         int channel = (multi) ? s->nb_display_channels - ch - 1 : chn;
1239                         float lout[3];
1240
1241                         color_range(s, channel, &yf, &uf, &vf);
1242                         pick_color(s, yf, uf, vf, y / (float)h, lout);
1243                         out[0] += lout[0];
1244                         out[1] += lout[1];
1245                         out[2] += lout[2];
1246                     }
1247                     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);
1248                     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);
1249                     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);
1250                 }
1251
1252                 for (y = 0; ch == 0 && y < h; y += h / 10) {
1253                     float value = 120.0 * log10(1. - y / (float)h);
1254                     char *text;
1255
1256                     if (value < -120)
1257                         break;
1258                     text = av_asprintf("%.0f dB", value);
1259                     if (!text)
1260                         continue;
1261                     drawtext(s->outpicref, s->w + s->start_x + 35, s->start_y + y - 5, text, 0);
1262                     av_free(text);
1263                 }
1264             }
1265         }
1266
1267         ret = ff_filter_frame(outlink, s->outpicref);
1268         s->outpicref = NULL;
1269     }
1270
1271     return ret;
1272 }
1273
1274 static int showspectrumpic_filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
1275 {
1276     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
1277     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
1278     int ret;
1279
1280     ret = av_audio_fifo_write(s->fifo, (void **)insamples->extended_data, insamples->nb_samples);
1281     av_frame_free(&insamples);
1282     return ret;
1283 }
1284
1285 static const AVFilterPad showspectrumpic_inputs[] = {
1286     {
1287         .name         = "default",
1288         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1289         .filter_frame = showspectrumpic_filter_frame,
1290     },
1291     { NULL }
1292 };
1293
1294 static const AVFilterPad showspectrumpic_outputs[] = {
1295     {
1296         .name          = "default",
1297         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1298         .config_props  = config_output,
1299         .request_frame = showspectrumpic_request_frame,
1300     },
1301     { NULL }
1302 };
1303
1304 AVFilter ff_avf_showspectrumpic = {
1305     .name          = "showspectrumpic",
1306     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a spectrum video output single picture."),
1307     .uninit        = uninit,
1308     .query_formats = query_formats,
1309     .priv_size     = sizeof(ShowSpectrumContext),
1310     .inputs        = showspectrumpic_inputs,
1311     .outputs       = showspectrumpic_outputs,
1312     .priv_class    = &showspectrumpic_class,
1313     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
1314 };
1315
1316 #endif // CONFIG_SHOWSPECTRUMPIC_FILTER