lavfi/vsrc: switch to ff_filter_frame.
[ffmpeg.git] / libavfilter / vsrc_life.c
1 /*
2  * Copyright (c) Stefano Sabatini 2010
3  *
4  * This file is part of FFmpeg.
5  *
6  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
8  * License as published by the Free Software Foundation; either
9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
10  *
11  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
14  * Lesser General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
17  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
19  */
20
21 /**
22  * @file
23  * life video source, based on John Conways' Life Game
24  */
25
26 /* #define DEBUG */
27
28 #include "libavutil/file.h"
29 #include "libavutil/intreadwrite.h"
30 #include "libavutil/lfg.h"
31 #include "libavutil/opt.h"
32 #include "libavutil/parseutils.h"
33 #include "libavutil/random_seed.h"
34 #include "avfilter.h"
35 #include "internal.h"
36 #include "formats.h"
37 #include "video.h"
38
39 typedef struct {
40     const AVClass *class;
41     int w, h;
42     char *filename;
43     char *rule_str;
44     uint8_t *file_buf;
45     size_t file_bufsize;
46
47     /**
48      * The two grid state buffers.
49      *
50      * A 0xFF (ALIVE_CELL) value means the cell is alive (or new born), while
51      * the decreasing values from 0xFE to 0 means the cell is dead; the range
52      * of values is used for the slow death effect, or mold (0xFE means dead,
53      * 0xFD means very dead, 0xFC means very very dead... and 0x00 means
54      * definitely dead/mold).
55      */
56     uint8_t *buf[2];
57
58     uint8_t  buf_idx;
59     uint16_t stay_rule;         ///< encode the behavior for filled cells
60     uint16_t born_rule;         ///< encode the behavior for empty cells
61     uint64_t pts;
62     AVRational time_base;
63     char *rate;                 ///< video frame rate
64     double   random_fill_ratio;
65     uint32_t random_seed;
66     int stitch;
67     int mold;
68     char  *life_color_str;
69     char *death_color_str;
70     char  *mold_color_str;
71     uint8_t  life_color[4];
72     uint8_t death_color[4];
73     uint8_t  mold_color[4];
74     AVLFG lfg;
75     void (*draw)(AVFilterContext*, AVFilterBufferRef*);
76 } LifeContext;
77
78 #define ALIVE_CELL 0xFF
79 #define OFFSET(x) offsetof(LifeContext, x)
80 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
81
82 static const AVOption life_options[] = {
83     { "filename", "set source file",  OFFSET(filename), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = NULL}, 0, 0, FLAGS },
84     { "f",        "set source file",  OFFSET(filename), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = NULL}, 0, 0, FLAGS },
85     { "size",     "set video size",   OFFSET(w),        AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = NULL}, 0, 0, FLAGS },
86     { "s",        "set video size",   OFFSET(w),        AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = NULL}, 0, 0, FLAGS },
87     { "rate",     "set video rate",   OFFSET(rate),     AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = "25"}, 0, 0, FLAGS },
88     { "r",        "set video rate",   OFFSET(rate),     AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = "25"}, 0, 0, FLAGS },
89     { "rule",     "set rule",         OFFSET(rule_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = "B3/S23"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
90     { "random_fill_ratio", "set fill ratio for filling initial grid randomly", OFFSET(random_fill_ratio), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=1/M_PHI}, 0, 1, FLAGS },
91     { "ratio",             "set fill ratio for filling initial grid randomly", OFFSET(random_fill_ratio), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=1/M_PHI}, 0, 1, FLAGS },
92     { "random_seed", "set the seed for filling the initial grid randomly", OFFSET(random_seed), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=-1}, -1, UINT32_MAX, FLAGS },
93     { "seed",        "set the seed for filling the initial grid randomly", OFFSET(random_seed), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=-1}, -1, UINT32_MAX, FLAGS },
94     { "stitch",      "stitch boundaries", OFFSET(stitch), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=1}, 0, 1, FLAGS },
95     { "mold",        "set mold speed for dead cells", OFFSET(mold), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=0}, 0, 0xFF, FLAGS },
96     { "life_color",  "set life color",  OFFSET( life_color_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="white"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
97     { "death_color", "set death color", OFFSET(death_color_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="black"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
98     { "mold_color",  "set mold color",  OFFSET( mold_color_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="black"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
99     { NULL },
100 };
101
102 AVFILTER_DEFINE_CLASS(life);
103
104 static int parse_rule(uint16_t *born_rule, uint16_t *stay_rule,
105                       const char *rule_str, void *log_ctx)
106 {
107     char *tail;
108     const char *p = rule_str;
109     *born_rule = 0;
110     *stay_rule = 0;
111
112     if (strchr("bBsS", *p)) {
113         /* parse rule as a Born / Stay Alive code, see
114          * http://en.wikipedia.org/wiki/Conway%27s_Game_of_Life */
115         do {
116             uint16_t *rule = (*p == 'b' || *p == 'B') ? born_rule : stay_rule;
117             p++;
118             while (*p >= '0' && *p <= '8') {
119                 *rule += 1<<(*p - '0');
120                 p++;
121             }
122             if (*p != '/')
123                 break;
124             p++;
125         } while (strchr("bBsS", *p));
126
127         if (*p)
128             goto error;
129     } else {
130         /* parse rule as a number, expressed in the form STAY|(BORN<<9),
131          * where STAY and BORN encode the corresponding 9-bits rule */
132         long int rule = strtol(rule_str, &tail, 10);
133         if (*tail)
134             goto error;
135         *born_rule  = ((1<<9)-1) & rule;
136         *stay_rule = rule >> 9;
137     }
138
139     return 0;
140
141 error:
142     av_log(log_ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid rule code '%s' provided\n", rule_str);
143     return AVERROR(EINVAL);
144 }
145
146 #ifdef DEBUG
147 static void show_life_grid(AVFilterContext *ctx)
148 {
149     LifeContext *life = ctx->priv;
150     int i, j;
151
152     char *line = av_malloc(life->w + 1);
153     if (!line)
154         return;
155     for (i = 0; i < life->h; i++) {
156         for (j = 0; j < life->w; j++)
157             line[j] = life->buf[life->buf_idx][i*life->w + j] == ALIVE_CELL ? '@' : ' ';
158         line[j] = 0;
159         av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "%3d: %s\n", i, line);
160     }
161     av_free(line);
162 }
163 #endif
164
165 static int init_pattern_from_file(AVFilterContext *ctx)
166 {
167     LifeContext *life = ctx->priv;
168     char *p;
169     int ret, i, i0, j, h = 0, w, max_w = 0;
170
171     if ((ret = av_file_map(life->filename, &life->file_buf, &life->file_bufsize,
172                            0, ctx)) < 0)
173         return ret;
174     av_freep(&life->filename);
175
176     /* prescan file to get the number of lines and the maximum width */
177     w = 0;
178     for (i = 0; i < life->file_bufsize; i++) {
179         if (life->file_buf[i] == '\n') {
180             h++; max_w = FFMAX(w, max_w); w = 0;
181         } else {
182             w++;
183         }
184     }
185     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "h:%d max_w:%d\n", h, max_w);
186
187     if (life->w) {
188         if (max_w > life->w || h > life->h) {
189             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
190                    "The specified size is %dx%d which cannot contain the provided file size of %dx%d\n",
191                    life->w, life->h, max_w, h);
192             return AVERROR(EINVAL);
193         }
194     } else {
195         /* size was not specified, set it to size of the grid */
196         life->w = max_w;
197         life->h = h;
198     }
199
200     if (!(life->buf[0] = av_mallocz(sizeof(char) * life->h * life->w)) ||
201         !(life->buf[1] = av_mallocz(sizeof(char) * life->h * life->w))) {
202         av_free(life->buf[0]);
203         av_free(life->buf[1]);
204         return AVERROR(ENOMEM);
205     }
206
207     /* fill buf[0] */
208     p = life->file_buf;
209     for (i0 = 0, i = (life->h - h)/2; i0 < h; i0++, i++) {
210         for (j = (life->w - max_w)/2;; j++) {
211             av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "%d:%d %c\n", i, j, *p == '\n' ? 'N' : *p);
212             if (*p == '\n') {
213                 p++; break;
214             } else
215                 life->buf[0][i*life->w + j] = isgraph(*(p++)) ? ALIVE_CELL : 0;
216         }
217     }
218     life->buf_idx = 0;
219
220     return 0;
221 }
222
223 static int init(AVFilterContext *ctx, const char *args)
224 {
225     LifeContext *life = ctx->priv;
226     AVRational frame_rate;
227     int ret;
228
229     life->class = &life_class;
230     av_opt_set_defaults(life);
231
232     if ((ret = av_set_options_string(life, args, "=", ":")) < 0)
233         return ret;
234
235     if ((ret = av_parse_video_rate(&frame_rate, life->rate)) < 0) {
236         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid frame rate: %s\n", life->rate);
237         return AVERROR(EINVAL);
238     }
239     av_freep(&life->rate);
240
241     if (!life->w && !life->filename)
242         av_opt_set(life, "size", "320x240", 0);
243
244     if ((ret = parse_rule(&life->born_rule, &life->stay_rule, life->rule_str, ctx)) < 0)
245         return ret;
246
247 #define PARSE_COLOR(name) do { \
248     if ((ret = av_parse_color(life->name ## _color, life->name ## _color_str, -1, ctx))) { \
249         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid " #name " color '%s'\n", \
250                life->name ## _color_str); \
251         return ret; \
252     } \
253     av_freep(&life->name ## _color_str); \
254 } while (0)
255
256     PARSE_COLOR(life);
257     PARSE_COLOR(death);
258     PARSE_COLOR(mold);
259
260     if (!life->mold && memcmp(life->mold_color, "\x00\x00\x00", 3))
261         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING,
262                "Mold color is set while mold isn't, ignoring the color.\n");
263
264     life->time_base.num = frame_rate.den;
265     life->time_base.den = frame_rate.num;
266
267     if (!life->filename) {
268         /* fill the grid randomly */
269         int i;
270
271         if (!(life->buf[0] = av_mallocz(sizeof(char) * life->h * life->w)) ||
272             !(life->buf[1] = av_mallocz(sizeof(char) * life->h * life->w))) {
273             av_free(life->buf[0]);
274             av_free(life->buf[1]);
275             return AVERROR(ENOMEM);
276         }
277         if (life->random_seed == -1)
278             life->random_seed = av_get_random_seed();
279
280         av_lfg_init(&life->lfg, life->random_seed);
281
282         for (i = 0; i < life->w * life->h; i++) {
283             double r = (double)av_lfg_get(&life->lfg) / UINT32_MAX;
284             if (r <= life->random_fill_ratio)
285                 life->buf[0][i] = ALIVE_CELL;
286         }
287         life->buf_idx = 0;
288     } else {
289         if ((ret = init_pattern_from_file(ctx)) < 0)
290             return ret;
291     }
292
293     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE,
294            "s:%dx%d r:%d/%d rule:%s stay_rule:%d born_rule:%d stitch:%d seed:%u\n",
295            life->w, life->h, frame_rate.num, frame_rate.den,
296            life->rule_str, life->stay_rule, life->born_rule, life->stitch,
297            life->random_seed);
298     return 0;
299 }
300
301 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
302 {
303     LifeContext *life = ctx->priv;
304
305     av_file_unmap(life->file_buf, life->file_bufsize);
306     av_freep(&life->rule_str);
307     av_freep(&life->buf[0]);
308     av_freep(&life->buf[1]);
309 }
310
311 static int config_props(AVFilterLink *outlink)
312 {
313     LifeContext *life = outlink->src->priv;
314
315     outlink->w = life->w;
316     outlink->h = life->h;
317     outlink->time_base = life->time_base;
318
319     return 0;
320 }
321
322 static void evolve(AVFilterContext *ctx)
323 {
324     LifeContext *life = ctx->priv;
325     int i, j;
326     uint8_t *oldbuf = life->buf[ life->buf_idx];
327     uint8_t *newbuf = life->buf[!life->buf_idx];
328
329     enum { NW, N, NE, W, E, SW, S, SE };
330
331     /* evolve the grid */
332     for (i = 0; i < life->h; i++) {
333         for (j = 0; j < life->w; j++) {
334             int pos[8][2], n, alive, cell;
335             if (life->stitch) {
336                 pos[NW][0] = (i-1) < 0 ? life->h-1 : i-1; pos[NW][1] = (j-1) < 0 ? life->w-1 : j-1;
337                 pos[N ][0] = (i-1) < 0 ? life->h-1 : i-1; pos[N ][1] =                         j  ;
338                 pos[NE][0] = (i-1) < 0 ? life->h-1 : i-1; pos[NE][1] = (j+1) == life->w ?  0 : j+1;
339                 pos[W ][0] =                         i  ; pos[W ][1] = (j-1) < 0 ? life->w-1 : j-1;
340                 pos[E ][0] =                         i  ; pos[E ][1] = (j+1) == life->w ? 0  : j+1;
341                 pos[SW][0] = (i+1) == life->h ?  0 : i+1; pos[SW][1] = (j-1) < 0 ? life->w-1 : j-1;
342                 pos[S ][0] = (i+1) == life->h ?  0 : i+1; pos[S ][1] =                         j  ;
343                 pos[SE][0] = (i+1) == life->h ?  0 : i+1; pos[SE][1] = (j+1) == life->w ?  0 : j+1;
344             } else {
345                 pos[NW][0] = (i-1) < 0 ? -1        : i-1; pos[NW][1] = (j-1) < 0 ? -1        : j-1;
346                 pos[N ][0] = (i-1) < 0 ? -1        : i-1; pos[N ][1] =                         j  ;
347                 pos[NE][0] = (i-1) < 0 ? -1        : i-1; pos[NE][1] = (j+1) == life->w ? -1 : j+1;
348                 pos[W ][0] =                         i  ; pos[W ][1] = (j-1) < 0 ? -1        : j-1;
349                 pos[E ][0] =                         i  ; pos[E ][1] = (j+1) == life->w ? -1 : j+1;
350                 pos[SW][0] = (i+1) == life->h ? -1 : i+1; pos[SW][1] = (j-1) < 0 ? -1        : j-1;
351                 pos[S ][0] = (i+1) == life->h ? -1 : i+1; pos[S ][1] =                         j  ;
352                 pos[SE][0] = (i+1) == life->h ? -1 : i+1; pos[SE][1] = (j+1) == life->w ? -1 : j+1;
353             }
354
355             /* compute the number of live neighbor cells */
356             n = (pos[NW][0] == -1 || pos[NW][1] == -1 ? 0 : oldbuf[pos[NW][0]*life->w + pos[NW][1]] == ALIVE_CELL) +
357                 (pos[N ][0] == -1 || pos[N ][1] == -1 ? 0 : oldbuf[pos[N ][0]*life->w + pos[N ][1]] == ALIVE_CELL) +
358                 (pos[NE][0] == -1 || pos[NE][1] == -1 ? 0 : oldbuf[pos[NE][0]*life->w + pos[NE][1]] == ALIVE_CELL) +
359                 (pos[W ][0] == -1 || pos[W ][1] == -1 ? 0 : oldbuf[pos[W ][0]*life->w + pos[W ][1]] == ALIVE_CELL) +
360                 (pos[E ][0] == -1 || pos[E ][1] == -1 ? 0 : oldbuf[pos[E ][0]*life->w + pos[E ][1]] == ALIVE_CELL) +
361                 (pos[SW][0] == -1 || pos[SW][1] == -1 ? 0 : oldbuf[pos[SW][0]*life->w + pos[SW][1]] == ALIVE_CELL) +
362                 (pos[S ][0] == -1 || pos[S ][1] == -1 ? 0 : oldbuf[pos[S ][0]*life->w + pos[S ][1]] == ALIVE_CELL) +
363                 (pos[SE][0] == -1 || pos[SE][1] == -1 ? 0 : oldbuf[pos[SE][0]*life->w + pos[SE][1]] == ALIVE_CELL);
364             cell  = oldbuf[i*life->w + j];
365             alive = 1<<n & (cell == ALIVE_CELL ? life->stay_rule : life->born_rule);
366             if (alive)     *newbuf = ALIVE_CELL; // new cell is alive
367             else if (cell) *newbuf = cell - 1;   // new cell is dead and in the process of mold
368             else           *newbuf = 0;          // new cell is definitely dead
369             av_dlog(ctx, "i:%d j:%d live_neighbors:%d cell:%d -> cell:%d\n", i, j, n, cell, *newbuf);
370             newbuf++;
371         }
372     }
373
374     life->buf_idx = !life->buf_idx;
375 }
376
377 static void fill_picture_monoblack(AVFilterContext *ctx, AVFilterBufferRef *picref)
378 {
379     LifeContext *life = ctx->priv;
380     uint8_t *buf = life->buf[life->buf_idx];
381     int i, j, k;
382
383     /* fill the output picture with the old grid buffer */
384     for (i = 0; i < life->h; i++) {
385         uint8_t byte = 0;
386         uint8_t *p = picref->data[0] + i * picref->linesize[0];
387         for (k = 0, j = 0; j < life->w; j++) {
388             byte |= (buf[i*life->w+j] == ALIVE_CELL)<<(7-k++);
389             if (k==8 || j == life->w-1) {
390                 k = 0;
391                 *p++ = byte;
392                 byte = 0;
393             }
394         }
395     }
396 }
397
398 // divide by 255 and round to nearest
399 // apply a fast variant: (X+127)/255 = ((X+127)*257+257)>>16 = ((X+128)*257)>>16
400 #define FAST_DIV255(x) ((((x) + 128) * 257) >> 16)
401
402 static void fill_picture_rgb(AVFilterContext *ctx, AVFilterBufferRef *picref)
403 {
404     LifeContext *life = ctx->priv;
405     uint8_t *buf = life->buf[life->buf_idx];
406     int i, j;
407
408     /* fill the output picture with the old grid buffer */
409     for (i = 0; i < life->h; i++) {
410         uint8_t *p = picref->data[0] + i * picref->linesize[0];
411         for (j = 0; j < life->w; j++) {
412             uint8_t v = buf[i*life->w + j];
413             if (life->mold && v != ALIVE_CELL) {
414                 const uint8_t *c1 = life-> mold_color;
415                 const uint8_t *c2 = life->death_color;
416                 int death_age = FFMIN((0xff - v) * life->mold, 0xff);
417                 *p++ = FAST_DIV255((c2[0] << 8) + ((int)c1[0] - (int)c2[0]) * death_age);
418                 *p++ = FAST_DIV255((c2[1] << 8) + ((int)c1[1] - (int)c2[1]) * death_age);
419                 *p++ = FAST_DIV255((c2[2] << 8) + ((int)c1[2] - (int)c2[2]) * death_age);
420             } else {
421                 const uint8_t *c = v == ALIVE_CELL ? life->life_color : life->death_color;
422                 AV_WB24(p, c[0]<<16 | c[1]<<8 | c[2]);
423                 p += 3;
424             }
425         }
426     }
427 }
428
429 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
430 {
431     LifeContext *life = outlink->src->priv;
432     AVFilterBufferRef *picref = ff_get_video_buffer(outlink, AV_PERM_WRITE, life->w, life->h);
433     picref->video->sample_aspect_ratio = (AVRational) {1, 1};
434     picref->pts = life->pts++;
435     picref->pos = -1;
436
437     life->draw(outlink->src, picref);
438     evolve(outlink->src);
439 #ifdef DEBUG
440     show_life_grid(outlink->src);
441 #endif
442     ff_filter_frame(outlink, picref);
443
444     return 0;
445 }
446
447 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
448 {
449     LifeContext *life = ctx->priv;
450     enum AVPixelFormat pix_fmts[] = { AV_PIX_FMT_NONE, AV_PIX_FMT_NONE };
451     if (life->mold || memcmp(life-> life_color, "\xff\xff\xff", 3)
452                    || memcmp(life->death_color, "\x00\x00\x00", 3)) {
453         pix_fmts[0] = AV_PIX_FMT_RGB24;
454         life->draw = fill_picture_rgb;
455     } else {
456         pix_fmts[0] = AV_PIX_FMT_MONOBLACK;
457         life->draw = fill_picture_monoblack;
458     }
459     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
460     return 0;
461 }
462
463 static const AVFilterPad life_outputs[] = {
464     {
465         .name          = "default",
466         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
467         .request_frame = request_frame,
468         .config_props  = config_props,
469     },
470     { NULL}
471 };
472
473 AVFilter avfilter_vsrc_life = {
474     .name        = "life",
475     .description = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Create life."),
476     .priv_size = sizeof(LifeContext),
477     .init      = init,
478     .uninit    = uninit,
479     .query_formats = query_formats,
480     .inputs        = NULL,
481     .outputs       = life_outputs,
482     .priv_class    = &life_class,
483 };