ee0560d72c586ee35ffc2bcc583e454ddf973aae
[ffmpeg.git] / libavfilter / vsrc_mandelbrot.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2011 Michael Niedermayer
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  * The vsrc_color filter from Stefano Sabatini was used as template to create
21  * this
22  */
23
24 /**
25  * @file
26  * Mandelbrot fraktal renderer
27  */
28
29 #include "avfilter.h"
30 #include "libavutil/imgutils.h"
31 #include "libavutil/parseutils.h"
32
33 #define SQR(a) ((a)*(a))
34
35 enum Outer{
36     ITERATION_COUNT,
37     NORMALIZED_ITERATION_COUNT,
38 };
39
40 enum Inner{
41     BLACK,
42     PERIOD,
43 };
44
45 typedef struct Point {
46     double p[2];
47     uint32_t val;
48 } Point;
49
50 typedef struct {
51     int w, h;
52     AVRational time_base;
53     uint64_t pts;
54     int maxiter;
55     double start_x;
56     double start_y;
57     double start_scale;
58     double end_scale;
59     double end_pts;
60     double bailout;
61     enum Outer outer;
62     enum Inner inner;
63     int cache_allocated;
64     int cache_used;
65     Point *point_cache;
66     Point *next_cache;
67     double (*zyklus)[2];
68 } MBContext;
69
70 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx, const char *args, void *opaque)
71 {
72     MBContext *mb = ctx->priv;
73     char frame_size  [128] = "640x480";
74     char frame_rate  [128] = "25";
75     AVRational frame_rate_q;
76
77     mb->maxiter=4096;
78     mb->start_x=-0.743643887037158704752191506114774;
79     mb->start_y=-0.131825904205311970493132056385139;
80     mb->start_scale=3.0;
81     mb->end_scale=0.3;
82     mb->end_pts=800;
83     mb->bailout=10;
84     mb->outer= NORMALIZED_ITERATION_COUNT;
85     if (args)
86         sscanf(args, "%127[^:]:%127[^:]:%d:%lf:%lf:%lf:%lf:%lf:%lf:%d", frame_size, frame_rate,
87                &mb->maxiter, &mb->start_x, &mb->start_y, &mb->start_scale, &mb->end_scale,
88                &mb->end_pts, &mb->bailout, &mb->outer);
89     mb->bailout *= mb->bailout;
90
91     if (av_parse_video_size(&mb->w, &mb->h, frame_size) < 0) {
92         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid frame size: %s\n", frame_size);
93         return AVERROR(EINVAL);
94     }
95     mb->start_scale /=mb->h;
96     mb->end_scale /=mb->h;
97
98     if (av_parse_video_rate(&frame_rate_q, frame_rate) < 0 ||
99         frame_rate_q.den <= 0 || frame_rate_q.num <= 0) {
100         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid frame rate: %s\n", frame_rate);
101         return AVERROR(EINVAL);
102     }
103     mb->time_base.num = frame_rate_q.den;
104     mb->time_base.den = frame_rate_q.num;
105
106     mb->cache_allocated = mb->w * mb->h * 3;
107     mb->cache_used = 0;
108     mb->point_cache= av_malloc(sizeof(*mb->point_cache)*mb->cache_allocated);
109     mb-> next_cache= av_malloc(sizeof(*mb-> next_cache)*mb->cache_allocated);
110     mb-> zyklus    = av_malloc(sizeof(*mb->zyklus) * mb->maxiter);
111
112     return 0;
113 }
114
115 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
116 {
117     MBContext *mb = ctx->priv;
118
119     av_freep(&mb->point_cache);
120     av_freep(&mb-> next_cache);
121     av_freep(&mb->zyklus);
122 }
123
124 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
125 {
126     static const enum PixelFormat pix_fmts[] = {
127         PIX_FMT_BGR32,
128         PIX_FMT_NONE
129     };
130
131     avfilter_set_common_pixel_formats(ctx, avfilter_make_format_list(pix_fmts));
132     return 0;
133 }
134
135 static int config_props(AVFilterLink *inlink)
136 {
137     AVFilterContext *ctx = inlink->src;
138     MBContext *mb = ctx->priv;
139
140     if (av_image_check_size(mb->w, mb->h, 0, ctx) < 0)
141         return AVERROR(EINVAL);
142
143     inlink->w = mb->w;
144     inlink->h = mb->h;
145     inlink->time_base = mb->time_base;
146
147     return 0;
148 }
149
150 static void fill_from_cache(AVFilterContext *ctx, uint32_t *color, int *in_cidx, int *out_cidx, double py, double scale){
151     MBContext *mb = ctx->priv;
152     for(; *in_cidx < mb->cache_used; (*in_cidx)++){
153         Point *p= &mb->point_cache[*in_cidx];
154         int x;
155         if(p->p[1] > py)
156             break;
157         x= round((p->p[0] - mb->start_x) / scale + mb->w/2);
158         if(x<0 || x >= mb->w)
159             continue;
160         if(color) color[x] = p->val;
161         if(out_cidx && *out_cidx < mb->cache_allocated)
162             mb->next_cache[(*out_cidx)++]= *p;
163     }
164 }
165
166 static void draw_mandelbrot(AVFilterContext *ctx, uint32_t *color, int linesize, int64_t pts)
167 {
168     MBContext *mb = ctx->priv;
169     int x,y,i, in_cidx=0, next_cidx=0, tmp_cidx;
170     double scale= mb->start_scale*pow(mb->end_scale/mb->start_scale, pts/mb->end_pts);
171     int use_zyklus=0;
172     fill_from_cache(ctx, NULL, &in_cidx, NULL, mb->start_y+scale*(-mb->h/2-0.5), scale);
173     for(y=0; y<mb->h; y++){
174         const double ci=mb->start_y+scale*(y-mb->h/2);
175         memset(color+linesize*y, 0, sizeof(*color)*mb->w);
176         fill_from_cache(ctx, color+linesize*y, &in_cidx, &next_cidx, ci, scale);
177         tmp_cidx= in_cidx;
178         fill_from_cache(ctx, color+linesize*y, &tmp_cidx, NULL, ci + scale/2, scale);
179
180         for(x=0; x<mb->w; x++){
181             const double cr=mb->start_x+scale*(x-mb->w/2);
182             double zr=cr;
183             double zi=ci;
184             uint32_t c=0;
185
186             if(color[x + y*linesize] & 0xFF000000)
187                 continue;
188
189             use_zyklus= (x==0 || mb->inner!=BLACK ||color[x-1 + y*linesize] == 0xFF000000);
190
191             for(i=0; i<mb->maxiter; i++){
192                 double t;
193                 if(zr*zr + zi*zi > mb->bailout){
194                     switch(mb->outer){
195                     case            ITERATION_COUNT: zr = i - (SQR(zr-cr)+SQR(zi-ci) > SQR(mb->bailout)); break;
196                     case NORMALIZED_ITERATION_COUNT: zr= i + log2(log(mb->bailout) / log(zr*zr + zi*zi)); break;
197                     }
198                     c= lrintf((sin(zr)+1)*127) + lrintf((sin(zr/1.234)+1)*127)*256*256 + lrintf((sin(zr/100)+1)*127)*256;
199                     break;
200                 }
201                 t= zr*zr - zi*zi + cr;
202                 zi= 2*zr*zi + ci;
203                 if(use_zyklus){
204                     mb->zyklus[i][0]= t;
205                     mb->zyklus[i][1]= zi;
206                 }
207                 i++;
208                 zr= t*t - zi*zi+cr;
209                 zi= 2*t*zi + ci;
210                 if(use_zyklus){
211                     if(mb->zyklus[i>>1][0]==zr && mb->zyklus[i>>1][1]==zi)
212                         break;
213                     mb->zyklus[i][0]= zr;
214                     mb->zyklus[i][1]= zi;
215                 }
216             }
217             if(!c && mb->inner==PERIOD){
218                 int j;
219                 for(j=i-1; j; j--)
220                     if(SQR(mb->zyklus[j][0]-zr) + SQR(mb->zyklus[j][1]-zi) < 0.0000000000000001)
221                         break;
222                 if(j){
223                     c= i-j;
224                     c= ((c<<5)&0xE0) + ((c<<16)&0xE000) + ((c<<27)&0xE00000);
225                 }
226             }
227             c |= 0xFF000000;
228             color[x + y*linesize]= c;
229             if(next_cidx < mb->cache_allocated){
230                 mb->next_cache[next_cidx  ].p[0]= cr;
231                 mb->next_cache[next_cidx  ].p[1]= ci;
232                 mb->next_cache[next_cidx++].val = c;
233             }
234         }
235         fill_from_cache(ctx, NULL, &in_cidx, &next_cidx, ci + scale/2, scale);
236     }
237     FFSWAP(void*, mb->next_cache, mb->point_cache);
238     mb->cache_used = next_cidx;
239     if(mb->cache_used == mb->cache_allocated)
240         av_log(0, AV_LOG_INFO, "Mandelbrot cache is too small!\n");
241 }
242
243 static int request_frame(AVFilterLink *link)
244 {
245     MBContext *mb = link->src->priv;
246     AVFilterBufferRef *picref = avfilter_get_video_buffer(link, AV_PERM_WRITE, mb->w, mb->h);
247     picref->video->sample_aspect_ratio = (AVRational) {1, 1};
248     picref->pts = mb->pts++;
249     picref->pos = -1;
250
251     avfilter_start_frame(link, avfilter_ref_buffer(picref, ~0));
252     draw_mandelbrot(link->src, picref->data[0], picref->linesize[0]/4, picref->pts);
253     avfilter_draw_slice(link, 0, mb->h, 1);
254     avfilter_end_frame(link);
255     avfilter_unref_buffer(picref);
256
257     return 0;
258 }
259
260 AVFilter avfilter_vsrc_mandelbrot = {
261     .name        = "mandelbrot",
262     .description = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Mandelbrot renderer"),
263
264     .priv_size = sizeof(MBContext),
265     .init      = init,
266     .uninit    = uninit,
267
268     .query_formats = query_formats,
269
270     .inputs    = (const AVFilterPad[]) {{ .name = NULL}},
271
272     .outputs   = (const AVFilterPad[]) {{ .name      = "default",
273                                     .type            = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
274                                     .request_frame   = request_frame,
275                                     .config_props    = config_props },
276                                   { .name = NULL}},
277 };