mandelbrot: avoid INFINITY as openbsd seems not to like it.
[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/opt.h"
32 #include "libavutil/parseutils.h"
33 #include <float.h>
34
35 #define SQR(a) ((a)*(a))
36
37 enum Outer{
38     ITERATION_COUNT,
39     NORMALIZED_ITERATION_COUNT,
40 };
41
42 enum Inner{
43     BLACK,
44     PERIOD,
45 };
46
47 typedef struct Point {
48     double p[2];
49     uint32_t val;
50 } Point;
51
52 typedef struct {
53     const AVClass *class;
54     int w, h;
55     AVRational time_base;
56     uint64_t pts;
57     char *size, *rate;
58     int maxiter;
59     double start_x;
60     double start_y;
61     double start_scale;
62     double end_scale;
63     double end_pts;
64     double bailout;
65     enum Outer outer;
66     enum Inner inner;
67     int cache_allocated;
68     int cache_used;
69     Point *point_cache;
70     Point *next_cache;
71     double (*zyklus)[2];
72 } MBContext;
73
74 #define OFFSET(x) offsetof(MBContext, x)
75
76 static const AVOption mandelbrot_options[] = {
77     {"size",        "set frame size",                OFFSET(size),    AV_OPT_TYPE_STRING,     {.str="640x480"},  CHAR_MIN, CHAR_MAX },
78     {"s",           "set frame size",                OFFSET(size),    AV_OPT_TYPE_STRING,     {.str="640x480"},  CHAR_MIN, CHAR_MAX },
79     {"rate",        "set frame rate",                OFFSET(rate),    AV_OPT_TYPE_STRING,     {.str="25"},  CHAR_MIN, CHAR_MAX },
80     {"r",           "set frame rate",                OFFSET(rate),    AV_OPT_TYPE_STRING,     {.str="25"},  CHAR_MIN, CHAR_MAX },
81     {"maxiter",     "set max iterations number",     OFFSET(maxiter), AV_OPT_TYPE_INT,        {.dbl=4096},  1,        INT_MAX  },
82     {"start_x",     "set the initial x position",    OFFSET(start_x), AV_OPT_TYPE_DOUBLE,     {.dbl=-0.743643887037158704752191506114774}, -100, 100  },
83     {"start_y",     "set the initial y position",    OFFSET(start_y), AV_OPT_TYPE_DOUBLE,     {.dbl=-0.131825904205311970493132056385139}, -100, 100  },
84     {"start_scale", "set the initial scale value",   OFFSET(start_scale), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=3.0},  0, FLT_MAX },
85     {"end_scale",   "set the terminal scale value",  OFFSET(end_scale), AV_OPT_TYPE_DOUBLE,   {.dbl=0.3},  0, FLT_MAX },
86     {"end_pts",     "set the terminal pts value",    OFFSET(end_pts), AV_OPT_TYPE_DOUBLE,     {.dbl=800},  0, INT64_MAX },
87     {"bailout",     "set the bailout value",         OFFSET(bailout), AV_OPT_TYPE_DOUBLE,     {.dbl=10},   0, FLT_MAX },
88
89     {"outer",       "set outer coloring mode",       OFFSET(outer), AV_OPT_TYPE_INT, {.dbl=NORMALIZED_ITERATION_COUNT}, 0, INT_MAX, 0, "outer"},
90     {"iteration_count", "set iteration count mode",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.dbl=ITERATION_COUNT}, INT_MIN, INT_MAX, 0, "outer" },
91     {"normalized_iteration_count", "set normalized iteration count mode",   0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.dbl=NORMALIZED_ITERATION_COUNT}, INT_MIN, INT_MAX, 0, "outer" },
92
93     {"inner",       "set inner coloring mode",       OFFSET(inner), AV_OPT_TYPE_INT, {.dbl=BLACK}, 0, INT_MAX, 0, "inner"},
94     {"black",       "set black mode",                0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.dbl=BLACK}, INT_MIN, INT_MAX, 0, "inner" },
95     {"period",      "set period mode",               0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.dbl=PERIOD}, INT_MIN, INT_MAX, 0, "inner" },
96
97     {NULL},
98 };
99
100 static const char *mandelbrot_get_name(void *ctx)
101 {
102     return "mandelbrot";
103 }
104
105 static const AVClass mandelbrot_class = {
106     "MBContext",
107     mandelbrot_get_name,
108     mandelbrot_options
109 };
110
111 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx, const char *args, void *opaque)
112 {
113     MBContext *mb = ctx->priv;
114     AVRational rate_q;
115     int err;
116
117     mb->class = &mandelbrot_class;
118     av_opt_set_defaults(mb);
119
120     if ((err = (av_set_options_string(mb, args, "=", ":"))) < 0) {
121         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Error parsing options string: '%s'\n", args);
122         return err;
123     }
124     mb->bailout *= mb->bailout;
125
126     if (av_parse_video_size(&mb->w, &mb->h, mb->size) < 0) {
127         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid frame size: %s\n", mb->size);
128         return AVERROR(EINVAL);
129     }
130     mb->start_scale /=mb->h;
131     mb->end_scale /=mb->h;
132
133     if (av_parse_video_rate(&rate_q, mb->rate) < 0 ||
134         rate_q.den <= 0 || rate_q.num <= 0) {
135         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid frame rate: %s\n", mb->rate);
136         return AVERROR(EINVAL);
137     }
138     mb->time_base.num = rate_q.den;
139     mb->time_base.den = rate_q.num;
140
141     mb->cache_allocated = mb->w * mb->h * 3;
142     mb->cache_used = 0;
143     mb->point_cache= av_malloc(sizeof(*mb->point_cache)*mb->cache_allocated);
144     mb-> next_cache= av_malloc(sizeof(*mb-> next_cache)*mb->cache_allocated);
145     mb-> zyklus    = av_malloc(sizeof(*mb->zyklus) * mb->maxiter);
146
147     return 0;
148 }
149
150 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
151 {
152     MBContext *mb = ctx->priv;
153
154     av_freep(&mb->size);
155     av_freep(&mb->rate);
156     av_freep(&mb->point_cache);
157     av_freep(&mb-> next_cache);
158     av_freep(&mb->zyklus);
159 }
160
161 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
162 {
163     static const enum PixelFormat pix_fmts[] = {
164         PIX_FMT_BGR32,
165         PIX_FMT_NONE
166     };
167
168     avfilter_set_common_pixel_formats(ctx, avfilter_make_format_list(pix_fmts));
169     return 0;
170 }
171
172 static int config_props(AVFilterLink *inlink)
173 {
174     AVFilterContext *ctx = inlink->src;
175     MBContext *mb = ctx->priv;
176
177     if (av_image_check_size(mb->w, mb->h, 0, ctx) < 0)
178         return AVERROR(EINVAL);
179
180     inlink->w = mb->w;
181     inlink->h = mb->h;
182     inlink->time_base = mb->time_base;
183
184     return 0;
185 }
186
187 static void fill_from_cache(AVFilterContext *ctx, uint32_t *color, int *in_cidx, int *out_cidx, double py, double scale){
188     MBContext *mb = ctx->priv;
189     for(; *in_cidx < mb->cache_used; (*in_cidx)++){
190         Point *p= &mb->point_cache[*in_cidx];
191         int x;
192         if(p->p[1] > py)
193             break;
194         x= round((p->p[0] - mb->start_x) / scale + mb->w/2);
195         if(x<0 || x >= mb->w)
196             continue;
197         if(color) color[x] = p->val;
198         if(out_cidx && *out_cidx < mb->cache_allocated)
199             mb->next_cache[(*out_cidx)++]= *p;
200     }
201 }
202
203 static void draw_mandelbrot(AVFilterContext *ctx, uint32_t *color, int linesize, int64_t pts)
204 {
205     MBContext *mb = ctx->priv;
206     int x,y,i, in_cidx=0, next_cidx=0, tmp_cidx;
207     double scale= mb->start_scale*pow(mb->end_scale/mb->start_scale, pts/mb->end_pts);
208     int use_zyklus=0;
209     fill_from_cache(ctx, NULL, &in_cidx, NULL, mb->start_y+scale*(-mb->h/2-0.5), scale);
210     for(y=0; y<mb->h; y++){
211         const double ci=mb->start_y+scale*(y-mb->h/2);
212         memset(color+linesize*y, 0, sizeof(*color)*mb->w);
213         fill_from_cache(ctx, color+linesize*y, &in_cidx, &next_cidx, ci, scale);
214         tmp_cidx= in_cidx;
215         fill_from_cache(ctx, color+linesize*y, &tmp_cidx, NULL, ci + scale/2, scale);
216
217         for(x=0; x<mb->w; x++){
218             const double cr=mb->start_x+scale*(x-mb->w/2);
219             double zr=cr;
220             double zi=ci;
221             uint32_t c=0;
222
223             if(color[x + y*linesize] & 0xFF000000)
224                 continue;
225
226             use_zyklus= (x==0 || mb->inner!=BLACK ||color[x-1 + y*linesize] == 0xFF000000);
227
228             for(i=0; i<mb->maxiter; i++){
229                 double t;
230                 if(zr*zr + zi*zi > mb->bailout){
231                     switch(mb->outer){
232                     case            ITERATION_COUNT: zr = i - (SQR(zr-cr)+SQR(zi-ci) > SQR(mb->bailout)); break;
233                     case NORMALIZED_ITERATION_COUNT: zr= i + log2(log(mb->bailout) / log(zr*zr + zi*zi)); break;
234                     }
235                     c= lrintf((sin(zr)+1)*127) + lrintf((sin(zr/1.234)+1)*127)*256*256 + lrintf((sin(zr/100)+1)*127)*256;
236                     break;
237                 }
238                 t= zr*zr - zi*zi + cr;
239                 zi= 2*zr*zi + ci;
240                 if(use_zyklus){
241                     mb->zyklus[i][0]= t;
242                     mb->zyklus[i][1]= zi;
243                 }
244                 i++;
245                 zr= t*t - zi*zi+cr;
246                 zi= 2*t*zi + ci;
247                 if(use_zyklus){
248                     if(mb->zyklus[i>>1][0]==zr && mb->zyklus[i>>1][1]==zi)
249                         break;
250                     mb->zyklus[i][0]= zr;
251                     mb->zyklus[i][1]= zi;
252                 }
253             }
254             if(!c && mb->inner==PERIOD){
255                 int j;
256                 for(j=i-1; j; j--)
257                     if(SQR(mb->zyklus[j][0]-zr) + SQR(mb->zyklus[j][1]-zi) < 0.0000000000000001)
258                         break;
259                 if(j){
260                     c= i-j;
261                     c= ((c<<5)&0xE0) + ((c<<16)&0xE000) + ((c<<27)&0xE00000);
262                 }
263             }
264             c |= 0xFF000000;
265             color[x + y*linesize]= c;
266             if(next_cidx < mb->cache_allocated){
267                 mb->next_cache[next_cidx  ].p[0]= cr;
268                 mb->next_cache[next_cidx  ].p[1]= ci;
269                 mb->next_cache[next_cidx++].val = c;
270             }
271         }
272         fill_from_cache(ctx, NULL, &in_cidx, &next_cidx, ci + scale/2, scale);
273     }
274     FFSWAP(void*, mb->next_cache, mb->point_cache);
275     mb->cache_used = next_cidx;
276     if(mb->cache_used == mb->cache_allocated)
277         av_log(0, AV_LOG_INFO, "Mandelbrot cache is too small!\n");
278 }
279
280 static int request_frame(AVFilterLink *link)
281 {
282     MBContext *mb = link->src->priv;
283     AVFilterBufferRef *picref = avfilter_get_video_buffer(link, AV_PERM_WRITE, mb->w, mb->h);
284     picref->video->sample_aspect_ratio = (AVRational) {1, 1};
285     picref->pts = mb->pts++;
286     picref->pos = -1;
287
288     avfilter_start_frame(link, avfilter_ref_buffer(picref, ~0));
289     draw_mandelbrot(link->src, picref->data[0], picref->linesize[0]/4, picref->pts);
290     avfilter_draw_slice(link, 0, mb->h, 1);
291     avfilter_end_frame(link);
292     avfilter_unref_buffer(picref);
293
294     return 0;
295 }
296
297 AVFilter avfilter_vsrc_mandelbrot = {
298     .name        = "mandelbrot",
299     .description = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Mandelbrot renderer"),
300
301     .priv_size = sizeof(MBContext),
302     .init      = init,
303     .uninit    = uninit,
304
305     .query_formats = query_formats,
306
307     .inputs    = (const AVFilterPad[]) {{ .name = NULL}},
308
309     .outputs   = (const AVFilterPad[]) {{ .name      = "default",
310                                     .type            = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
311                                     .request_frame   = request_frame,
312                                     .config_props    = config_props },
313                                   { .name = NULL}},
314 };