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