avfilter/avf_showspectrum: add some multithreading support
[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     if (s->fft) {
229         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
230             av_fft_end(s->fft[i]);
231     }
232     if (s->fft_data) {
233         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
234             av_freep(&s->fft_data[i]);
235     }
236     av_freep(&s->fft);
237     av_freep(&s->fft_data);
238     av_freep(&s->window_func_lut);
239     if (s->magnitudes) {
240         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
241             av_freep(&s->magnitudes[i]);
242     }
243     av_freep(&s->magnitudes);
244     av_frame_free(&s->outpicref);
245     av_audio_fifo_free(s->fifo);
246     if (s->phases) {
247         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
248             av_freep(&s->phases[i]);
249     }
250     av_freep(&s->phases);
251 }
252
253 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
254 {
255     AVFilterFormats *formats = NULL;
256     AVFilterChannelLayouts *layouts = NULL;
257     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
258     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
259     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = { AV_SAMPLE_FMT_FLTP, AV_SAMPLE_FMT_NONE };
260     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = { AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_NONE };
261     int ret;
262
263     /* set input audio formats */
264     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
265     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &inlink->out_formats)) < 0)
266         return ret;
267
268     layouts = ff_all_channel_layouts();
269     if ((ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &inlink->out_channel_layouts)) < 0)
270         return ret;
271
272     formats = ff_all_samplerates();
273     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &inlink->out_samplerates)) < 0)
274         return ret;
275
276     /* set output video format */
277     formats = ff_make_format_list(pix_fmts);
278     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &outlink->in_formats)) < 0)
279         return ret;
280
281     return 0;
282 }
283
284 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
285 {
286     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
287     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
288     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
289     int i, fft_bits, h, w;
290     float overlap;
291
292     if (!strcmp(ctx->filter->name, "showspectrumpic"))
293         s->single_pic = 1;
294
295     outlink->w = s->w;
296     outlink->h = s->h;
297
298     if (s->legend) {
299         s->start_x = log10(inlink->sample_rate) * 25;
300         s->start_y = 64;
301         outlink->w += s->start_x * 2;
302         outlink->h += s->start_y * 2;
303     }
304
305     h = (s->mode == COMBINED || s->orientation == HORIZONTAL) ? s->h : s->h / inlink->channels;
306     w = (s->mode == COMBINED || s->orientation == VERTICAL)   ? s->w : s->w / inlink->channels;
307     s->channel_height = h;
308     s->channel_width  = w;
309
310     if (s->orientation == VERTICAL) {
311         /* FFT window size (precision) according to the requested output frame height */
312         for (fft_bits = 1; 1 << fft_bits < 2 * h; fft_bits++);
313     } else {
314         /* FFT window size (precision) according to the requested output frame width */
315         for (fft_bits = 1; 1 << fft_bits < 2 * w; fft_bits++);
316     }
317     s->win_size = 1 << fft_bits;
318
319     if (!s->fft) {
320         s->fft = av_calloc(inlink->channels, sizeof(*s->fft));
321         if (!s->fft)
322             return AVERROR(ENOMEM);
323     }
324
325     /* (re-)configuration if the video output changed (or first init) */
326     if (fft_bits != s->fft_bits) {
327         AVFrame *outpicref;
328
329         s->fft_bits = fft_bits;
330
331         /* FFT buffers: x2 for each (display) channel buffer.
332          * Note: we use free and malloc instead of a realloc-like function to
333          * make sure the buffer is aligned in memory for the FFT functions. */
334         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
335             av_fft_end(s->fft[i]);
336             av_freep(&s->fft_data[i]);
337         }
338         av_freep(&s->fft_data);
339
340         s->nb_display_channels = inlink->channels;
341         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
342             s->fft[i] = av_fft_init(fft_bits, 0);
343             if (!s->fft[i]) {
344                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unable to create FFT context. "
345                        "The window size might be too high.\n");
346                 return AVERROR(EINVAL);
347             }
348         }
349
350         s->magnitudes = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->magnitudes));
351         if (!s->magnitudes)
352             return AVERROR(ENOMEM);
353         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
354             s->magnitudes[i] = av_calloc(s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w, sizeof(**s->magnitudes));
355             if (!s->magnitudes[i])
356                 return AVERROR(ENOMEM);
357         }
358
359         s->phases = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->phases));
360         if (!s->phases)
361             return AVERROR(ENOMEM);
362         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
363             s->phases[i] = av_calloc(s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w, sizeof(**s->phases));
364             if (!s->phases[i])
365                 return AVERROR(ENOMEM);
366         }
367
368         s->fft_data = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->fft_data));
369         if (!s->fft_data)
370             return AVERROR(ENOMEM);
371         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
372             s->fft_data[i] = av_calloc(s->win_size, sizeof(**s->fft_data));
373             if (!s->fft_data[i])
374                 return AVERROR(ENOMEM);
375         }
376
377         /* pre-calc windowing function */
378         s->window_func_lut =
379             av_realloc_f(s->window_func_lut, s->win_size,
380                          sizeof(*s->window_func_lut));
381         if (!s->window_func_lut)
382             return AVERROR(ENOMEM);
383         ff_generate_window_func(s->window_func_lut, s->win_size, s->win_func, &overlap);
384         if (s->overlap == 1)
385             s->overlap = overlap;
386         s->hop_size = (1. - s->overlap) * s->win_size;
387         if (s->hop_size < 1) {
388             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "overlap %f too big\n", s->overlap);
389             return AVERROR(EINVAL);
390         }
391
392         for (s->win_scale = 0, i = 0; i < s->win_size; i++) {
393             s->win_scale += s->window_func_lut[i] * s->window_func_lut[i];
394         }
395         s->win_scale = 1. / sqrt(s->win_scale);
396
397         /* prepare the initial picref buffer (black frame) */
398         av_frame_free(&s->outpicref);
399         s->outpicref = outpicref =
400             ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
401         if (!outpicref)
402             return AVERROR(ENOMEM);
403         outlink->sample_aspect_ratio = (AVRational){1,1};
404         for (i = 0; i < outlink->h; i++) {
405             memset(outpicref->data[0] + i * outpicref->linesize[0],   0, outlink->w);
406             memset(outpicref->data[1] + i * outpicref->linesize[1], 128, outlink->w);
407             memset(outpicref->data[2] + i * outpicref->linesize[2], 128, outlink->w);
408         }
409         av_frame_set_color_range(outpicref, AVCOL_RANGE_JPEG);
410     }
411
412     if ((s->orientation == VERTICAL   && s->xpos >= s->w) ||
413         (s->orientation == HORIZONTAL && s->xpos >= s->h))
414         s->xpos = 0;
415
416     outlink->frame_rate = av_make_q(inlink->sample_rate, s->win_size * (1.-s->overlap));
417     if (s->orientation == VERTICAL && s->sliding == FULLFRAME)
418         outlink->frame_rate.den *= s->w;
419     if (s->orientation == HORIZONTAL && s->sliding == FULLFRAME)
420         outlink->frame_rate.den *= s->h;
421
422     if (s->orientation == VERTICAL) {
423         s->combine_buffer =
424             av_realloc_f(s->combine_buffer, s->h * 3,
425                          sizeof(*s->combine_buffer));
426     } else {
427         s->combine_buffer =
428             av_realloc_f(s->combine_buffer, s->w * 3,
429                          sizeof(*s->combine_buffer));
430     }
431
432     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "s:%dx%d FFT window size:%d\n",
433            s->w, s->h, s->win_size);
434
435     av_audio_fifo_free(s->fifo);
436     s->fifo = av_audio_fifo_alloc(inlink->format, inlink->channels, s->win_size);
437     if (!s->fifo)
438         return AVERROR(ENOMEM);
439     return 0;
440 }
441
442 static int run_channel_fft(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
443 {
444     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
445     const float *window_func_lut = s->window_func_lut;
446     AVFrame *fin = arg;
447     const int ch = jobnr;
448     int n;
449
450     /* fill FFT input with the number of samples available */
451     const float *p = (float *)fin->extended_data[ch];
452
453     for (n = 0; n < s->win_size; n++) {
454         s->fft_data[ch][n].re = p[n] * window_func_lut[n];
455         s->fft_data[ch][n].im = 0;
456     }
457
458     /* run FFT on each samples set */
459     av_fft_permute(s->fft[ch], s->fft_data[ch]);
460     av_fft_calc(s->fft[ch], s->fft_data[ch]);
461
462     return 0;
463 }
464
465 #define RE(y, ch) s->fft_data[ch][y].re
466 #define IM(y, ch) s->fft_data[ch][y].im
467 #define MAGNITUDE(y, ch) hypot(RE(y, ch), IM(y, ch))
468 #define PHASE(y, ch) atan2(IM(y, ch), RE(y, ch))
469
470 static int calc_channel_magnitudes(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
471 {
472     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
473     const double w = s->win_scale * (s->scale == LOG ? s->win_scale : 1);
474     int y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
475     const float f = s->gain * w;
476     const int ch = jobnr;
477     float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
478
479     for (y = 0; y < h; y++)
480         magnitudes[y] = MAGNITUDE(y, ch) * f;
481
482     return 0;
483 }
484
485 static int calc_channel_phases(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
486 {
487     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
488     const int h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
489     const int ch = jobnr;
490     float *phases = s->phases[ch];
491     int y;
492
493     for (y = 0; y < h; y++)
494         phases[y] = (PHASE(y, ch) / M_PI + 1) / 2;
495
496     return 0;
497 }
498
499 static void acalc_magnitudes(ShowSpectrumContext *s)
500 {
501     const double w = s->win_scale * (s->scale == LOG ? s->win_scale : 1);
502     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
503     const float f = s->gain * w;
504
505     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
506         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
507
508         for (y = 0; y < h; y++)
509             magnitudes[y] += MAGNITUDE(y, ch) * f;
510     }
511 }
512
513 static void scale_magnitudes(ShowSpectrumContext *s, float scale)
514 {
515     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
516
517     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
518         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
519
520         for (y = 0; y < h; y++)
521             magnitudes[y] *= scale;
522     }
523 }
524
525 static void color_range(ShowSpectrumContext *s, int ch,
526                         float *yf, float *uf, float *vf)
527 {
528     switch (s->mode) {
529     case COMBINED:
530         // reduce range by channel count
531         *yf = 256.0f / s->nb_display_channels;
532         switch (s->color_mode) {
533         case RAINBOW:
534         case MORELAND:
535         case NEBULAE:
536         case FIRE:
537         case FIERY:
538         case FRUIT:
539         case COOL:
540         case INTENSITY:
541             *uf = *yf;
542             *vf = *yf;
543             break;
544         case CHANNEL:
545             /* adjust saturation for mixed UV coloring */
546             /* this factor is correct for infinite channels, an approximation otherwise */
547             *uf = *yf * M_PI;
548             *vf = *yf * M_PI;
549             break;
550         default:
551             av_assert0(0);
552         }
553         break;
554     case SEPARATE:
555         // full range
556         *yf = 256.0f;
557         *uf = 256.0f;
558         *vf = 256.0f;
559         break;
560     default:
561         av_assert0(0);
562     }
563
564     if (s->color_mode == CHANNEL) {
565         if (s->nb_display_channels > 1) {
566             *uf *= 0.5 * sin((2 * M_PI * ch) / s->nb_display_channels + M_PI * s->rotation);
567             *vf *= 0.5 * cos((2 * M_PI * ch) / s->nb_display_channels + M_PI * s->rotation);
568         } else {
569             *uf *= 0.5 * sin(M_PI * s->rotation);
570             *vf *= 0.5 * cos(M_PI * s->rotation + M_PI_2);
571         }
572     } else {
573         *uf += *uf * sin(M_PI * s->rotation);
574         *vf += *vf * cos(M_PI * s->rotation + M_PI_2);
575     }
576
577     *uf *= s->saturation;
578     *vf *= s->saturation;
579 }
580
581 static void pick_color(ShowSpectrumContext *s,
582                        float yf, float uf, float vf,
583                        float a, float *out)
584 {
585     if (s->color_mode > CHANNEL) {
586         const int cm = s->color_mode;
587         float y, u, v;
588         int i;
589
590         for (i = 1; i < FF_ARRAY_ELEMS(color_table[cm]) - 1; i++)
591             if (color_table[cm][i].a >= a)
592                 break;
593         // i now is the first item >= the color
594         // now we know to interpolate between item i - 1 and i
595         if (a <= color_table[cm][i - 1].a) {
596             y = color_table[cm][i - 1].y;
597             u = color_table[cm][i - 1].u;
598             v = color_table[cm][i - 1].v;
599         } else if (a >= color_table[cm][i].a) {
600             y = color_table[cm][i].y;
601             u = color_table[cm][i].u;
602             v = color_table[cm][i].v;
603         } else {
604             float start = color_table[cm][i - 1].a;
605             float end = color_table[cm][i].a;
606             float lerpfrac = (a - start) / (end - start);
607             y = color_table[cm][i - 1].y * (1.0f - lerpfrac)
608               + color_table[cm][i].y * lerpfrac;
609             u = color_table[cm][i - 1].u * (1.0f - lerpfrac)
610               + color_table[cm][i].u * lerpfrac;
611             v = color_table[cm][i - 1].v * (1.0f - lerpfrac)
612               + color_table[cm][i].v * lerpfrac;
613         }
614
615         out[0] += y * yf;
616         out[1] += u * uf;
617         out[2] += v * vf;
618     } else {
619         out[0] += a * yf;
620         out[1] += a * uf;
621         out[2] += a * vf;
622     }
623 }
624
625 static void clear_combine_buffer(ShowSpectrumContext *s, int size)
626 {
627     int y;
628
629     for (y = 0; y < size; y++) {
630         s->combine_buffer[3 * y    ] = 0;
631         s->combine_buffer[3 * y + 1] = 127.5;
632         s->combine_buffer[3 * y + 2] = 127.5;
633     }
634 }
635
636 static int plot_channel(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
637 {
638     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
639     const int h = s->orientation == VERTICAL ? s->channel_height : s->channel_width;
640     const int ch = jobnr;
641     float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
642     float *phases = s->phases[ch];
643     float yf, uf, vf;
644     int y;
645
646     /* decide color range */
647     color_range(s, ch, &yf, &uf, &vf);
648
649     /* draw the channel */
650     for (y = 0; y < h; y++) {
651         int row = (s->mode == COMBINED) ? y : ch * h + y;
652         float *out = &s->combine_buffer[3 * row];
653         float a;
654
655         switch (s->data) {
656         case D_MAGNITUDE:
657             /* get magnitude */
658             a = magnitudes[y];
659             break;
660         case D_PHASE:
661             /* get phase */
662             a = phases[y];
663             break;
664         default:
665             av_assert0(0);
666         }
667
668         /* apply scale */
669         switch (s->scale) {
670         case LINEAR:
671             a = av_clipf(a, 0, 1);
672             break;
673         case SQRT:
674             a = av_clipf(sqrt(a), 0, 1);
675             break;
676         case CBRT:
677             a = av_clipf(cbrt(a), 0, 1);
678             break;
679         case FOURTHRT:
680             a = av_clipf(sqrt(sqrt(a)), 0, 1);
681             break;
682         case FIFTHRT:
683             a = av_clipf(pow(a, 0.20), 0, 1);
684             break;
685         case LOG:
686             a = 1 + log10(av_clipd(a, 1e-6, 1)) / 6; // zero = -120dBFS
687             break;
688         default:
689             av_assert0(0);
690         }
691
692         pick_color(s, yf, uf, vf, a, out);
693     }
694
695     return 0;
696 }
697
698 static int plot_spectrum_column(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
699 {
700     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
701     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
702     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
703     AVFrame *outpicref = s->outpicref;
704     int ret, plane, x, y;
705
706     /* fill a new spectrum column */
707     /* initialize buffer for combining to black */
708     clear_combine_buffer(s, s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w);
709
710     ctx->internal->execute(ctx, plot_channel, NULL, NULL, s->nb_display_channels);
711
712     av_frame_make_writable(s->outpicref);
713     /* copy to output */
714     if (s->orientation == VERTICAL) {
715         if (s->sliding == SCROLL) {
716             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
717                 for (y = 0; y < s->h; y++) {
718                     uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
719                                  y * outpicref->linesize[plane];
720                     memmove(p, p + 1, s->w - 1);
721                 }
722             }
723             s->xpos = s->w - 1;
724         } else if (s->sliding == RSCROLL) {
725             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
726                 for (y = 0; y < s->h; y++) {
727                     uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
728                                  y * outpicref->linesize[plane];
729                     memmove(p + 1, p, s->w - 1);
730                 }
731             }
732             s->xpos = 0;
733         }
734         for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
735             uint8_t *p = outpicref->data[plane] + s->start_x +
736                          (outlink->h - 1 - s->start_y) * outpicref->linesize[plane] +
737                          s->xpos;
738             for (y = 0; y < s->h; y++) {
739                 *p = lrintf(av_clipf(s->combine_buffer[3 * y + plane], 0, 255));
740                 p -= outpicref->linesize[plane];
741             }
742         }
743     } else {
744         if (s->sliding == SCROLL) {
745             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
746                 for (y = 1; y < s->h; y++) {
747                     memmove(outpicref->data[plane] + (y-1) * outpicref->linesize[plane],
748                             outpicref->data[plane] + (y  ) * outpicref->linesize[plane],
749                             s->w);
750                 }
751             }
752             s->xpos = s->h - 1;
753         } else if (s->sliding == RSCROLL) {
754             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
755                 for (y = s->h - 1; y >= 1; y--) {
756                     memmove(outpicref->data[plane] + (y  ) * outpicref->linesize[plane],
757                             outpicref->data[plane] + (y-1) * outpicref->linesize[plane],
758                             s->w);
759                 }
760             }
761             s->xpos = 0;
762         }
763         for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
764             uint8_t *p = outpicref->data[plane] + s->start_x +
765                          (s->xpos + s->start_y) * outpicref->linesize[plane];
766             for (x = 0; x < s->w; x++) {
767                 *p = lrintf(av_clipf(s->combine_buffer[3 * x + plane], 0, 255));
768                 p++;
769             }
770         }
771     }
772
773     if (s->sliding != FULLFRAME || s->xpos == 0)
774         outpicref->pts = insamples->pts;
775
776     s->xpos++;
777     if (s->orientation == VERTICAL && s->xpos >= s->w)
778         s->xpos = 0;
779     if (s->orientation == HORIZONTAL && s->xpos >= s->h)
780         s->xpos = 0;
781     if (!s->single_pic && (s->sliding != FULLFRAME || s->xpos == 0)) {
782         ret = ff_filter_frame(outlink, av_frame_clone(s->outpicref));
783         if (ret < 0)
784             return ret;
785     }
786
787     return s->win_size;
788 }
789
790 #if CONFIG_SHOWSPECTRUM_FILTER
791
792 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
793 {
794     ShowSpectrumContext *s = outlink->src->priv;
795     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
796     unsigned i;
797     int ret;
798
799     ret = ff_request_frame(inlink);
800     if (ret == AVERROR_EOF && s->sliding == FULLFRAME && s->xpos > 0 &&
801         s->outpicref) {
802         if (s->orientation == VERTICAL) {
803             for (i = 0; i < outlink->h; i++) {
804                 memset(s->outpicref->data[0] + i * s->outpicref->linesize[0] + s->xpos,   0, outlink->w - s->xpos);
805                 memset(s->outpicref->data[1] + i * s->outpicref->linesize[1] + s->xpos, 128, outlink->w - s->xpos);
806                 memset(s->outpicref->data[2] + i * s->outpicref->linesize[2] + s->xpos, 128, outlink->w - s->xpos);
807             }
808         } else {
809             for (i = s->xpos; i < outlink->h; i++) {
810                 memset(s->outpicref->data[0] + i * s->outpicref->linesize[0],   0, outlink->w);
811                 memset(s->outpicref->data[1] + i * s->outpicref->linesize[1], 128, outlink->w);
812                 memset(s->outpicref->data[2] + i * s->outpicref->linesize[2], 128, outlink->w);
813             }
814         }
815         ret = ff_filter_frame(outlink, s->outpicref);
816         s->outpicref = NULL;
817     }
818
819     return ret;
820 }
821
822 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
823 {
824     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
825     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
826     AVFrame *fin = NULL;
827     int ret = 0, consumed = 0;
828
829     if (s->pts == AV_NOPTS_VALUE)
830         s->pts = insamples->pts - av_audio_fifo_size(s->fifo);
831
832     av_audio_fifo_write(s->fifo, (void **)insamples->extended_data, insamples->nb_samples);
833     av_frame_free(&insamples);
834     while (av_audio_fifo_size(s->fifo) >= s->win_size) {
835         fin = ff_get_audio_buffer(inlink, s->win_size);
836         if (!fin) {
837             ret = AVERROR(ENOMEM);
838             goto fail;
839         }
840
841         fin->pts = s->pts + consumed;
842         consumed += s->hop_size;
843         ret = av_audio_fifo_peek(s->fifo, (void **)fin->extended_data, s->win_size);
844         if (ret < 0)
845             goto fail;
846
847         av_assert0(fin->nb_samples == s->win_size);
848
849         ctx->internal->execute(ctx, run_channel_fft, fin, NULL, s->nb_display_channels);
850
851         if (s->data == D_MAGNITUDE)
852             ctx->internal->execute(ctx, calc_channel_magnitudes, NULL, NULL, s->nb_display_channels);
853
854         if (s->data == D_PHASE)
855             ctx->internal->execute(ctx, calc_channel_phases, NULL, NULL, s->nb_display_channels);
856
857         ret = plot_spectrum_column(inlink, fin);
858         av_frame_free(&fin);
859         av_audio_fifo_drain(s->fifo, s->hop_size);
860         if (ret < 0)
861             goto fail;
862     }
863
864 fail:
865     s->pts = AV_NOPTS_VALUE;
866     av_frame_free(&fin);
867     return ret;
868 }
869
870 static const AVFilterPad showspectrum_inputs[] = {
871     {
872         .name         = "default",
873         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
874         .filter_frame = filter_frame,
875     },
876     { NULL }
877 };
878
879 static const AVFilterPad showspectrum_outputs[] = {
880     {
881         .name          = "default",
882         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
883         .config_props  = config_output,
884         .request_frame = request_frame,
885     },
886     { NULL }
887 };
888
889 AVFilter ff_avf_showspectrum = {
890     .name          = "showspectrum",
891     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a spectrum video output."),
892     .uninit        = uninit,
893     .query_formats = query_formats,
894     .priv_size     = sizeof(ShowSpectrumContext),
895     .inputs        = showspectrum_inputs,
896     .outputs       = showspectrum_outputs,
897     .priv_class    = &showspectrum_class,
898     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
899 };
900 #endif // CONFIG_SHOWSPECTRUM_FILTER
901
902 #if CONFIG_SHOWSPECTRUMPIC_FILTER
903
904 static const AVOption showspectrumpic_options[] = {
905     { "size", "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "4096x2048"}, 0, 0, FLAGS },
906     { "s",    "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "4096x2048"}, 0, 0, FLAGS },
907     { "mode", "set channel display mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=COMBINED}, 0, NB_MODES-1, FLAGS, "mode" },
908         { "combined", "combined mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COMBINED}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
909         { "separate", "separate mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SEPARATE}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
910     { "color", "set channel coloring", OFFSET(color_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=INTENSITY}, 0, NB_CLMODES-1, FLAGS, "color" },
911         { "channel",   "separate color for each channel", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CHANNEL},   0, 0, FLAGS, "color" },
912         { "intensity", "intensity based coloring",        0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=INTENSITY}, 0, 0, FLAGS, "color" },
913         { "rainbow",   "rainbow based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RAINBOW},   0, 0, FLAGS, "color" },
914         { "moreland",  "moreland based coloring",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MORELAND},  0, 0, FLAGS, "color" },
915         { "nebulae",   "nebulae based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NEBULAE},   0, 0, FLAGS, "color" },
916         { "fire",      "fire based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIRE},      0, 0, FLAGS, "color" },
917         { "fiery",     "fiery based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIERY},     0, 0, FLAGS, "color" },
918         { "fruit",     "fruit based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FRUIT},     0, 0, FLAGS, "color" },
919         { "cool",      "cool based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COOL},      0, 0, FLAGS, "color" },
920     { "scale", "set display scale", OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=LOG}, 0, NB_SCALES-1, FLAGS, "scale" },
921         { "sqrt", "square root", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SQRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
922         { "cbrt", "cubic root",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CBRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
923         { "4thrt","4th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FOURTHRT}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
924         { "5thrt","5th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIFTHRT},  0, 0, FLAGS, "scale" },
925         { "log",  "logarithmic", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LOG},    0, 0, FLAGS, "scale" },
926         { "lin",  "linear",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LINEAR}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
927     { "saturation", "color saturation multiplier", OFFSET(saturation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, -10, 10, FLAGS },
928     { "win_func", "set window function", OFFSET(win_func), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = WFUNC_HANNING}, 0, NB_WFUNC-1, FLAGS, "win_func" },
929         { "rect",     "Rectangular",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_RECT},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
930         { "bartlett", "Bartlett",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BARTLETT}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
931         { "hann",     "Hann",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
932         { "hanning",  "Hanning",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
933         { "hamming",  "Hamming",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HAMMING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
934         { "blackman", "Blackman",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BLACKMAN}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
935         { "welch",    "Welch",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_WELCH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
936         { "flattop",  "Flat-top",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_FLATTOP},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
937         { "bharris",  "Blackman-Harris",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHARRIS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
938         { "bnuttall", "Blackman-Nuttall", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BNUTTALL}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
939         { "bhann",    "Bartlett-Hann",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHANN},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
940         { "sine",     "Sine",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_SINE},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
941         { "nuttall",  "Nuttall",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_NUTTALL},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
942         { "lanczos",  "Lanczos",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_LANCZOS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
943         { "gauss",    "Gauss",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_GAUSS},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
944         { "tukey",    "Tukey",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_TUKEY},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
945     { "orientation", "set orientation", OFFSET(orientation), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=VERTICAL}, 0, NB_ORIENTATIONS-1, FLAGS, "orientation" },
946         { "vertical",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=VERTICAL},   0, 0, FLAGS, "orientation" },
947         { "horizontal", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=HORIZONTAL}, 0, 0, FLAGS, "orientation" },
948     { "gain", "set scale gain", OFFSET(gain), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, 0, 128, FLAGS },
949     { "legend", "draw legend", OFFSET(legend), AV_OPT_TYPE_BOOL, {.i64 = 1}, 0, 1, FLAGS },
950     { "rotation", "color rotation", OFFSET(rotation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 0}, -1, 1, FLAGS },
951     { NULL }
952 };
953
954 AVFILTER_DEFINE_CLASS(showspectrumpic);
955
956 static void drawtext(AVFrame *pic, int x, int y, const char *txt, int o)
957 {
958     const uint8_t *font;
959     int font_height;
960     int i;
961
962     font = avpriv_cga_font,   font_height =  8;
963
964     for (i = 0; txt[i]; i++) {
965         int char_y, mask;
966
967         if (o) {
968             for (char_y = font_height - 1; char_y >= 0; char_y--) {
969                 uint8_t *p = pic->data[0] + (y + i * 10) * pic->linesize[0] + x;
970                 for (mask = 0x80; mask; mask >>= 1) {
971                     if (font[txt[i] * font_height + font_height - 1 - char_y] & mask)
972                         p[char_y] = ~p[char_y];
973                     p += pic->linesize[0];
974                 }
975             }
976         } else {
977             uint8_t *p = pic->data[0] + y*pic->linesize[0] + (x + i*8);
978             for (char_y = 0; char_y < font_height; char_y++) {
979                 for (mask = 0x80; mask; mask >>= 1) {
980                     if (font[txt[i] * font_height + char_y] & mask)
981                         *p = ~(*p);
982                     p++;
983                 }
984                 p += pic->linesize[0] - 8;
985             }
986         }
987     }
988 }
989
990 static int showspectrumpic_request_frame(AVFilterLink *outlink)
991 {
992     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
993     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
994     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
995     int ret;
996
997     ret = ff_request_frame(inlink);
998     if (ret == AVERROR_EOF && s->outpicref) {
999         int samples = av_audio_fifo_size(s->fifo);
1000         int consumed = 0;
1001         int y, x = 0, sz = s->orientation == VERTICAL ? s->w : s->h;
1002         int ch, spf, spb;
1003         AVFrame *fin;
1004
1005         spf = s->win_size * (samples / ((s->win_size * sz) * ceil(samples / (float)(s->win_size * sz))));
1006         spb = (samples / (spf * sz)) * spf;
1007
1008         fin = ff_get_audio_buffer(inlink, s->win_size);
1009         if (!fin)
1010             return AVERROR(ENOMEM);
1011
1012         while (x < sz) {
1013             ret = av_audio_fifo_peek(s->fifo, (void **)fin->extended_data, s->win_size);
1014             if (ret < 0) {
1015                 av_frame_free(&fin);
1016                 return ret;
1017             }
1018
1019             av_audio_fifo_drain(s->fifo, spf);
1020
1021             if (ret < s->win_size) {
1022                 for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
1023                     memset(fin->extended_data[ch] + ret * sizeof(float), 0,
1024                            (s->win_size - ret) * sizeof(float));
1025                 }
1026             }
1027
1028             ctx->internal->execute(ctx, run_channel_fft, fin, NULL, s->nb_display_channels);
1029             acalc_magnitudes(s);
1030
1031             consumed += spf;
1032             if (consumed >= spb) {
1033                 int h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
1034
1035                 scale_magnitudes(s, 1. / (consumed / spf));
1036                 plot_spectrum_column(inlink, fin);
1037                 consumed = 0;
1038                 x++;
1039                 for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++)
1040                     memset(s->magnitudes[ch], 0, h * sizeof(float));
1041             }
1042         }
1043
1044         av_frame_free(&fin);
1045         s->outpicref->pts = 0;
1046
1047         if (s->legend) {
1048             int multi = (s->mode == SEPARATE && s->color_mode == CHANNEL);
1049             float spp = samples / (float)sz;
1050             uint8_t *dst;
1051
1052             drawtext(s->outpicref, 2, outlink->h - 10, "CREATED BY LIBAVFILTER", 0);
1053
1054             dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x - 1;
1055             for (x = 0; x < s->w + 1; x++)
1056                 dst[x] = 200;
1057             dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + s->h) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x - 1;
1058             for (x = 0; x < s->w + 1; x++)
1059                 dst[x] = 200;
1060             for (y = 0; y < s->h + 2; y++) {
1061                 dst = s->outpicref->data[0] + (y + s->start_y - 1) * s->outpicref->linesize[0];
1062                 dst[s->start_x - 1] = 200;
1063                 dst[s->start_x + s->w] = 200;
1064             }
1065             if (s->orientation == VERTICAL) {
1066                 int h = s->mode == SEPARATE ? s->h / s->nb_display_channels : s->h;
1067                 for (ch = 0; ch < (s->mode == SEPARATE ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1068                     for (y = 0; y < h; y += 20) {
1069                         dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + h * (ch + 1) - y - 1) * s->outpicref->linesize[0];
1070                         dst[s->start_x - 2] = 200;
1071                         dst[s->start_x + s->w + 1] = 200;
1072                     }
1073                     for (y = 0; y < h; y += 40) {
1074                         dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + h * (ch + 1) - y - 1) * s->outpicref->linesize[0];
1075                         dst[s->start_x - 3] = 200;
1076                         dst[s->start_x + s->w + 2] = 200;
1077                     }
1078                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1079                     for (x = 0; x < s->w; x+=40)
1080                         dst[x] = 200;
1081                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 3) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1082                     for (x = 0; x < s->w; x+=80)
1083                         dst[x] = 200;
1084                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1085                     for (x = 0; x < s->w; x+=40) {
1086                         dst[x] = 200;
1087                     }
1088                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1089                     for (x = 0; x < s->w; x+=80) {
1090                         dst[x] = 200;
1091                     }
1092                     for (y = 0; y < h; y += 40) {
1093                         float hz = y * (inlink->sample_rate / 2) / (float)(1 << (int)ceil(log2(h)));
1094                         char *units;
1095
1096                         if (hz == 0)
1097                             units = av_asprintf("DC");
1098                         else
1099                             units = av_asprintf("%.2f", hz);
1100                         if (!units)
1101                             return AVERROR(ENOMEM);
1102
1103                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 8 * strlen(units) - 4, h * (ch + 1) + s->start_y - y - 4, units, 0);
1104                         av_free(units);
1105                     }
1106                 }
1107
1108                 for (x = 0; x < s->w; x+=80) {
1109                     float seconds = x * spp / inlink->sample_rate;
1110                     char *units;
1111
1112                     if (x == 0)
1113                         units = av_asprintf("0");
1114                     else if (log10(seconds) > 6)
1115                         units = av_asprintf("%.2fh", seconds / (60 * 60));
1116                     else if (log10(seconds) > 3)
1117                         units = av_asprintf("%.2fm", seconds / 60);
1118                     else
1119                         units = av_asprintf("%.2fs", seconds);
1120                     if (!units)
1121                         return AVERROR(ENOMEM);
1122
1123                     drawtext(s->outpicref, s->start_x + x - 4 * strlen(units), s->h + s->start_y + 6, units, 0);
1124                     drawtext(s->outpicref, s->start_x + x - 4 * strlen(units), s->start_y - 12, units, 0);
1125                     av_free(units);
1126                 }
1127
1128                 drawtext(s->outpicref, outlink->w / 2 - 4 * 4, outlink->h - s->start_y / 2, "TIME", 0);
1129                 drawtext(s->outpicref, s->start_x / 7, outlink->h / 2 - 14 * 4, "FREQUENCY (Hz)", 1);
1130             } else {
1131                 int w = s->mode == SEPARATE ? s->w / s->nb_display_channels : s->w;
1132                 for (y = 0; y < s->h; y += 20) {
1133                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + y) * s->outpicref->linesize[0];
1134                     dst[s->start_x - 2] = 200;
1135                     dst[s->start_x + s->w + 1] = 200;
1136                 }
1137                 for (y = 0; y < s->h; y += 40) {
1138                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + y) * s->outpicref->linesize[0];
1139                     dst[s->start_x - 3] = 200;
1140                     dst[s->start_x + s->w + 2] = 200;
1141                 }
1142                 for (ch = 0; ch < (s->mode == SEPARATE ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1143                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1144                     for (x = 0; x < w; x+=40)
1145                         dst[x] = 200;
1146                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 3) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1147                     for (x = 0; x < w; x+=80)
1148                         dst[x] = 200;
1149                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1150                     for (x = 0; x < w; x+=40) {
1151                         dst[x] = 200;
1152                     }
1153                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1154                     for (x = 0; x < w; x+=80) {
1155                         dst[x] = 200;
1156                     }
1157                     for (x = 0; x < w; x += 80) {
1158                         float hz = x * (inlink->sample_rate / 2) / (float)(1 << (int)ceil(log2(w)));
1159                         char *units;
1160
1161                         if (hz == 0)
1162                             units = av_asprintf("DC");
1163                         else
1164                             units = av_asprintf("%.2f", hz);
1165                         if (!units)
1166                             return AVERROR(ENOMEM);
1167
1168                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 4 * strlen(units) + x + w * ch, s->start_y - 12, units, 0);
1169                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 4 * strlen(units) + x + w * ch, s->h + s->start_y + 6, units, 0);
1170                         av_free(units);
1171                     }
1172                 }
1173                 for (y = 0; y < s->h; y+=40) {
1174                     float seconds = y * spp / inlink->sample_rate;
1175                     char *units;
1176
1177                     if (x == 0)
1178                         units = av_asprintf("0");
1179                     else if (log10(seconds) > 6)
1180                         units = av_asprintf("%.2fh", seconds / (60 * 60));
1181                     else if (log10(seconds) > 3)
1182                         units = av_asprintf("%.2fm", seconds / 60);
1183                     else
1184                         units = av_asprintf("%.2fs", seconds);
1185                     if (!units)
1186                         return AVERROR(ENOMEM);
1187
1188                     drawtext(s->outpicref, s->start_x - 8 * strlen(units) - 4, s->start_y + y - 4, units, 0);
1189                     av_free(units);
1190                 }
1191                 drawtext(s->outpicref, s->start_x / 7, outlink->h / 2 - 4 * 4, "TIME", 1);
1192                 drawtext(s->outpicref, outlink->w / 2 - 14 * 4, outlink->h - s->start_y / 2, "FREQUENCY (Hz)", 0);
1193             }
1194
1195             for (ch = 0; ch < (multi ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1196                 int h = multi ? s->h / s->nb_display_channels : s->h;
1197
1198                 for (y = 0; y < h; y++) {
1199                     float out[3] = { 0., 127.5, 127.5};
1200                     int chn;
1201
1202                     for (chn = 0; chn < (s->mode == SEPARATE ? 1 : s->nb_display_channels); chn++) {
1203                         float yf, uf, vf;
1204                         int channel = (multi) ? s->nb_display_channels - ch - 1 : chn;
1205
1206                         color_range(s, channel, &yf, &uf, &vf);
1207                         pick_color(s, yf, uf, vf, y / (float)h, out);
1208                     }
1209                     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);
1210                     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);
1211                     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);
1212                 }
1213
1214                 for (y = 0; ch == 0 && y < h; y += h / 10) {
1215                     float value = 120.0 * log10(1. - y / (float)h);
1216                     char *text;
1217
1218                     if (value < -120)
1219                         break;
1220                     text = av_asprintf("%.0f dB", value);
1221                     if (!text)
1222                         continue;
1223                     drawtext(s->outpicref, s->w + s->start_x + 35, s->start_y + y - 5, text, 0);
1224                 }
1225             }
1226         }
1227
1228         ret = ff_filter_frame(outlink, s->outpicref);
1229         s->outpicref = NULL;
1230     }
1231
1232     return ret;
1233 }
1234
1235 static int showspectrumpic_filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
1236 {
1237     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
1238     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
1239     int ret;
1240
1241     ret = av_audio_fifo_write(s->fifo, (void **)insamples->extended_data, insamples->nb_samples);
1242     av_frame_free(&insamples);
1243     return ret;
1244 }
1245
1246 static const AVFilterPad showspectrumpic_inputs[] = {
1247     {
1248         .name         = "default",
1249         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1250         .filter_frame = showspectrumpic_filter_frame,
1251     },
1252     { NULL }
1253 };
1254
1255 static const AVFilterPad showspectrumpic_outputs[] = {
1256     {
1257         .name          = "default",
1258         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1259         .config_props  = config_output,
1260         .request_frame = showspectrumpic_request_frame,
1261     },
1262     { NULL }
1263 };
1264
1265 AVFilter ff_avf_showspectrumpic = {
1266     .name          = "showspectrumpic",
1267     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a spectrum video output single picture."),
1268     .uninit        = uninit,
1269     .query_formats = query_formats,
1270     .priv_size     = sizeof(ShowSpectrumContext),
1271     .inputs        = showspectrumpic_inputs,
1272     .outputs       = showspectrumpic_outputs,
1273     .priv_class    = &showspectrumpic_class,
1274     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
1275 };
1276
1277 #endif // CONFIG_SHOWSPECTRUMPIC_FILTER