lavfi/mandelbrot: reindent after 51bcd5cd.
[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 "formats.h"
31 #include "video.h"
32 #include "internal.h"
33 #include "libavutil/imgutils.h"
34 #include "libavutil/opt.h"
35 #include "libavutil/parseutils.h"
36 #include <float.h>
37 #include <math.h>
38
39 #define SQR(a) ((a)*(a))
40
41 enum Outer{
42     ITERATION_COUNT,
43     NORMALIZED_ITERATION_COUNT,
44     WHITE,
45     OUTZ,
46 };
47
48 enum Inner{
49     BLACK,
50     PERIOD,
51     CONVTIME,
52     MINCOL,
53 };
54
55 typedef struct Point {
56     double p[2];
57     uint32_t val;
58 } Point;
59
60 typedef struct {
61     const AVClass *class;
62     int w, h;
63     AVRational frame_rate;
64     uint64_t pts;
65     int maxiter;
66     double start_x;
67     double start_y;
68     double start_scale;
69     double end_scale;
70     double end_pts;
71     double bailout;
72     enum Outer outer;
73     enum Inner inner;
74     int cache_allocated;
75     int cache_used;
76     Point *point_cache;
77     Point *next_cache;
78     double (*zyklus)[2];
79     uint32_t dither;
80
81     double morphxf;
82     double morphyf;
83     double morphamp;
84 } MBContext;
85
86 #define OFFSET(x) offsetof(MBContext, x)
87 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
88
89 static const AVOption mandelbrot_options[] = {
90     {"size",        "set frame size",                OFFSET(w),       AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str="640x480"},  CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
91     {"s",           "set frame size",                OFFSET(w),       AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str="640x480"},  CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
92     {"rate",        "set frame rate",                OFFSET(frame_rate), AV_OPT_TYPE_VIDEO_RATE, {.str="25"},  CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
93     {"r",           "set frame rate",                OFFSET(frame_rate), AV_OPT_TYPE_VIDEO_RATE, {.str="25"},  CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
94     {"maxiter",     "set max iterations number",     OFFSET(maxiter), AV_OPT_TYPE_INT,        {.i64=7189},  1,        INT_MAX, FLAGS },
95     {"start_x",     "set the initial x position",    OFFSET(start_x), AV_OPT_TYPE_DOUBLE,     {.dbl=-0.743643887037158704752191506114774}, -100, 100, FLAGS },
96     {"start_y",     "set the initial y position",    OFFSET(start_y), AV_OPT_TYPE_DOUBLE,     {.dbl=-0.131825904205311970493132056385139}, -100, 100, FLAGS },
97     {"start_scale", "set the initial scale value",   OFFSET(start_scale), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=3.0},  0, FLT_MAX, FLAGS },
98     {"end_scale",   "set the terminal scale value",  OFFSET(end_scale), AV_OPT_TYPE_DOUBLE,   {.dbl=0.3},  0, FLT_MAX, FLAGS },
99     {"end_pts",     "set the terminal pts value",    OFFSET(end_pts), AV_OPT_TYPE_DOUBLE,     {.dbl=400},  0, INT64_MAX, FLAGS },
100     {"bailout",     "set the bailout value",         OFFSET(bailout), AV_OPT_TYPE_DOUBLE,     {.dbl=10},   0, FLT_MAX, FLAGS },
101     {"morphxf",     "set morph x frequency",         OFFSET(morphxf), AV_OPT_TYPE_DOUBLE,     {.dbl=0.01},   -FLT_MAX, FLT_MAX, FLAGS },
102     {"morphyf",     "set morph y frequency",         OFFSET(morphyf), AV_OPT_TYPE_DOUBLE,     {.dbl=0.0123}, -FLT_MAX, FLT_MAX, FLAGS },
103     {"morphamp",    "set morph amplitude",           OFFSET(morphamp), AV_OPT_TYPE_DOUBLE,    {.dbl=0},      -FLT_MAX, FLT_MAX, FLAGS },
104
105     {"outer",       "set outer coloring mode",       OFFSET(outer), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=NORMALIZED_ITERATION_COUNT}, 0, INT_MAX, FLAGS, "outer" },
106     {"iteration_count", "set iteration count mode",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=ITERATION_COUNT}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "outer" },
107     {"normalized_iteration_count", "set normalized iteration count mode",   0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NORMALIZED_ITERATION_COUNT}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "outer" },
108     {"white", "set white mode",                      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WHITE}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "outer" },
109     {"outz",        "set outz mode",                 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=OUTZ}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "outer" },
110
111     {"inner",       "set inner coloring mode",       OFFSET(inner), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=MINCOL}, 0, INT_MAX, FLAGS, "inner" },
112     {"black",       "set black mode",                0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=BLACK}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "inner"},
113     {"period",      "set period mode",               0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=PERIOD}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "inner"},
114     {"convergence", "show time until convergence",   0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CONVTIME}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "inner"},
115     {"mincol",      "color based on point closest to the origin of the iterations",   0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MINCOL}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "inner"},
116
117     {NULL},
118 };
119
120 AVFILTER_DEFINE_CLASS(mandelbrot);
121
122 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx, const char *args)
123 {
124     MBContext *mb = ctx->priv;
125     int err;
126
127     mb->class = &mandelbrot_class;
128     av_opt_set_defaults(mb);
129
130     if ((err = (av_set_options_string(mb, args, "=", ":"))) < 0)
131         return err;
132     mb->bailout *= mb->bailout;
133
134     mb->start_scale /=mb->h;
135     mb->end_scale /=mb->h;
136
137     mb->cache_allocated = mb->w * mb->h * 3;
138     mb->cache_used = 0;
139     mb->point_cache= av_malloc(sizeof(*mb->point_cache)*mb->cache_allocated);
140     mb-> next_cache= av_malloc(sizeof(*mb-> next_cache)*mb->cache_allocated);
141     mb-> zyklus    = av_malloc(sizeof(*mb->zyklus) * (mb->maxiter+16));
142
143     return 0;
144 }
145
146 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
147 {
148     MBContext *mb = ctx->priv;
149
150     av_freep(&mb->point_cache);
151     av_freep(&mb-> next_cache);
152     av_freep(&mb->zyklus);
153 }
154
155 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
156 {
157     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
158         AV_PIX_FMT_BGR32,
159         AV_PIX_FMT_NONE
160     };
161
162     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
163     return 0;
164 }
165
166 static int config_props(AVFilterLink *inlink)
167 {
168     AVFilterContext *ctx = inlink->src;
169     MBContext *mb = ctx->priv;
170
171     if (av_image_check_size(mb->w, mb->h, 0, ctx) < 0)
172         return AVERROR(EINVAL);
173
174     inlink->w = mb->w;
175     inlink->h = mb->h;
176     inlink->time_base = av_inv_q(mb->frame_rate);
177
178     return 0;
179 }
180
181 static void fill_from_cache(AVFilterContext *ctx, uint32_t *color, int *in_cidx, int *out_cidx, double py, double scale){
182     MBContext *mb = ctx->priv;
183     if(mb->morphamp)
184         return;
185     for(; *in_cidx < mb->cache_used; (*in_cidx)++){
186         Point *p= &mb->point_cache[*in_cidx];
187         int x;
188         if(p->p[1] > py)
189             break;
190         x= round((p->p[0] - mb->start_x) / scale + mb->w/2);
191         if(x<0 || x >= mb->w)
192             continue;
193         if(color) color[x] = p->val;
194         if(out_cidx && *out_cidx < mb->cache_allocated)
195             mb->next_cache[(*out_cidx)++]= *p;
196     }
197 }
198
199 static int interpol(MBContext *mb, uint32_t *color, int x, int y, int linesize)
200 {
201     uint32_t a,b,c,d, i;
202     uint32_t ipol=0xFF000000;
203     int dist;
204
205     if(!x || !y || x+1==mb->w || y+1==mb->h)
206         return 0;
207
208     dist= FFMAX(FFABS(x-(mb->w>>1))*mb->h, FFABS(y-(mb->h>>1))*mb->w);
209
210     if(dist<(mb->w*mb->h>>3))
211         return 0;
212
213     a=color[(x+1) + (y+0)*linesize];
214     b=color[(x-1) + (y+1)*linesize];
215     c=color[(x+0) + (y+1)*linesize];
216     d=color[(x+1) + (y+1)*linesize];
217
218     if(a&&c){
219         b= color[(x-1) + (y+0)*linesize];
220         d= color[(x+0) + (y-1)*linesize];
221     }else if(b&&d){
222         a= color[(x+1) + (y-1)*linesize];
223         c= color[(x-1) + (y-1)*linesize];
224     }else if(c){
225         d= color[(x+0) + (y-1)*linesize];
226         a= color[(x-1) + (y+0)*linesize];
227         b= color[(x+1) + (y-1)*linesize];
228     }else if(d){
229         c= color[(x-1) + (y-1)*linesize];
230         a= color[(x-1) + (y+0)*linesize];
231         b= color[(x+1) + (y-1)*linesize];
232     }else
233         return 0;
234
235     for(i=0; i<3; i++){
236         int s= 8*i;
237         uint8_t ac= a>>s;
238         uint8_t bc= b>>s;
239         uint8_t cc= c>>s;
240         uint8_t dc= d>>s;
241         int ipolab= (ac + bc);
242         int ipolcd= (cc + dc);
243         if(FFABS(ipolab - ipolcd) > 5)
244             return 0;
245         if(FFABS(ac-bc)+FFABS(cc-dc) > 20)
246             return 0;
247         ipol |= ((ipolab + ipolcd + 2)/4)<<s;
248     }
249     color[x + y*linesize]= ipol;
250     return 1;
251 }
252
253 static void draw_mandelbrot(AVFilterContext *ctx, uint32_t *color, int linesize, int64_t pts)
254 {
255     MBContext *mb = ctx->priv;
256     int x,y,i, in_cidx=0, next_cidx=0, tmp_cidx;
257     double scale= mb->start_scale*pow(mb->end_scale/mb->start_scale, pts/mb->end_pts);
258     int use_zyklus=0;
259     fill_from_cache(ctx, NULL, &in_cidx, NULL, mb->start_y+scale*(-mb->h/2-0.5), scale);
260     tmp_cidx= in_cidx;
261     memset(color, 0, sizeof(*color)*mb->w);
262     for(y=0; y<mb->h; y++){
263         int y1= y+1;
264         const double ci=mb->start_y+scale*(y-mb->h/2);
265         fill_from_cache(ctx, NULL, &in_cidx, &next_cidx, ci, scale);
266         if(y1<mb->h){
267             memset(color+linesize*y1, 0, sizeof(*color)*mb->w);
268             fill_from_cache(ctx, color+linesize*y1, &tmp_cidx, NULL, ci + 3*scale/2, scale);
269         }
270
271         for(x=0; x<mb->w; x++){
272             float av_uninit(epsilon);
273             const double cr=mb->start_x+scale*(x-mb->w/2);
274             double zr=cr;
275             double zi=ci;
276             uint32_t c=0;
277             double dv= mb->dither / (double)(1LL<<32);
278             mb->dither= mb->dither*1664525+1013904223;
279
280             if(color[x + y*linesize] & 0xFF000000)
281                 continue;
282             if(!mb->morphamp){
283                 if(interpol(mb, color, x, y, linesize)){
284                     if(next_cidx < mb->cache_allocated){
285                         mb->next_cache[next_cidx  ].p[0]= cr;
286                         mb->next_cache[next_cidx  ].p[1]= ci;
287                         mb->next_cache[next_cidx++].val = color[x + y*linesize];
288                     }
289                     continue;
290                 }
291             }else{
292                 zr += cos(pts * mb->morphxf) * mb->morphamp;
293                 zi += sin(pts * mb->morphyf) * mb->morphamp;
294             }
295
296             use_zyklus= (x==0 || mb->inner!=BLACK ||color[x-1 + y*linesize] == 0xFF000000);
297             if(use_zyklus)
298                 epsilon= scale*1*sqrt(SQR(x-mb->w/2) + SQR(y-mb->h/2))/mb->w;
299
300 #define Z_Z2_C(outr,outi,inr,ini)\
301             outr= inr*inr - ini*ini + cr;\
302             outi= 2*inr*ini + ci;
303
304 #define Z_Z2_C_ZYKLUS(outr,outi,inr,ini, Z)\
305             Z_Z2_C(outr,outi,inr,ini)\
306             if(use_zyklus){\
307                 if(Z && fabs(mb->zyklus[i>>1][0]-outr)+fabs(mb->zyklus[i>>1][1]-outi) <= epsilon)\
308                     break;\
309             }\
310             mb->zyklus[i][0]= outr;\
311             mb->zyklus[i][1]= outi;\
312
313
314
315             for(i=0; i<mb->maxiter-8; i++){
316                 double t;
317                 Z_Z2_C_ZYKLUS(t, zi, zr, zi, 0)
318                 i++;
319                 Z_Z2_C_ZYKLUS(zr, zi, t, zi, 1)
320                 i++;
321                 Z_Z2_C_ZYKLUS(t, zi, zr, zi, 0)
322                 i++;
323                 Z_Z2_C_ZYKLUS(zr, zi, t, zi, 1)
324                 i++;
325                 Z_Z2_C_ZYKLUS(t, zi, zr, zi, 0)
326                 i++;
327                 Z_Z2_C_ZYKLUS(zr, zi, t, zi, 1)
328                 i++;
329                 Z_Z2_C_ZYKLUS(t, zi, zr, zi, 0)
330                 i++;
331                 Z_Z2_C_ZYKLUS(zr, zi, t, zi, 1)
332                 if(zr*zr + zi*zi > mb->bailout){
333                     i-= FFMIN(7, i);
334                     for(; i<mb->maxiter; i++){
335                         zr= mb->zyklus[i][0];
336                         zi= mb->zyklus[i][1];
337                         if(zr*zr + zi*zi > mb->bailout){
338                             switch(mb->outer){
339                             case            ITERATION_COUNT:
340                                 zr = i;
341                                 c = lrintf((sin(zr)+1)*127) + lrintf((sin(zr/1.234)+1)*127)*256*256 + lrintf((sin(zr/100)+1)*127)*256;
342                                 break;
343                             case NORMALIZED_ITERATION_COUNT:
344                                 zr = i + log2(log(mb->bailout) / log(zr*zr + zi*zi));
345                                 c = lrintf((sin(zr)+1)*127) + lrintf((sin(zr/1.234)+1)*127)*256*256 + lrintf((sin(zr/100)+1)*127)*256;
346                                 break;
347                             case                      WHITE:
348                                 c = 0xFFFFFF;
349                                 break;
350                             case                      OUTZ:
351                                 zr /= mb->bailout;
352                                 zi /= mb->bailout;
353                                 c = (((int)(zr*128+128))&0xFF)*256 + (((int)(zi*128+128))&0xFF);
354                             }
355                             break;
356                         }
357                     }
358                     break;
359                 }
360             }
361             if(!c){
362                 if(mb->inner==PERIOD){
363                 int j;
364                 for(j=i-1; j; j--)
365                     if(SQR(mb->zyklus[j][0]-zr) + SQR(mb->zyklus[j][1]-zi) < epsilon*epsilon*10)
366                         break;
367                 if(j){
368                     c= i-j;
369                     c= ((c<<5)&0xE0) + ((c<<10)&0xE000) + ((c<<15)&0xE00000);
370                 }
371                 }else if(mb->inner==CONVTIME){
372                     c= floor(i*255.0/mb->maxiter+dv)*0x010101;
373                 } else if(mb->inner==MINCOL){
374                     int j;
375                     double closest=9999;
376                     int closest_index=0;
377                     for(j=i-1; j>=0; j--)
378                         if(SQR(mb->zyklus[j][0]) + SQR(mb->zyklus[j][1]) < closest){
379                             closest= SQR(mb->zyklus[j][0]) + SQR(mb->zyklus[j][1]);
380                             closest_index= j;
381                         }
382                     closest = sqrt(closest);
383                     c= lrintf((mb->zyklus[closest_index][0]/closest+1)*127+dv) + lrintf((mb->zyklus[closest_index][1]/closest+1)*127+dv)*256;
384                 }
385             }
386             c |= 0xFF000000;
387             color[x + y*linesize]= c;
388             if(next_cidx < mb->cache_allocated){
389                 mb->next_cache[next_cidx  ].p[0]= cr;
390                 mb->next_cache[next_cidx  ].p[1]= ci;
391                 mb->next_cache[next_cidx++].val = c;
392             }
393         }
394         fill_from_cache(ctx, NULL, &in_cidx, &next_cidx, ci + scale/2, scale);
395     }
396     FFSWAP(void*, mb->next_cache, mb->point_cache);
397     mb->cache_used = next_cidx;
398     if(mb->cache_used == mb->cache_allocated)
399         av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "Mandelbrot cache is too small!\n");
400 }
401
402 static int request_frame(AVFilterLink *link)
403 {
404     MBContext *mb = link->src->priv;
405     AVFrame *picref = ff_get_video_buffer(link, mb->w, mb->h);
406     picref->sample_aspect_ratio = (AVRational) {1, 1};
407     picref->pts = mb->pts++;
408
409     draw_mandelbrot(link->src, (uint32_t*)picref->data[0], picref->linesize[0]/4, picref->pts);
410     return ff_filter_frame(link, picref);
411 }
412
413 static const AVFilterPad mandelbrot_outputs[] = {
414     {
415         .name          = "default",
416         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
417         .request_frame = request_frame,
418         .config_props  = config_props,
419     },
420     { NULL },
421 };
422
423 AVFilter avfilter_vsrc_mandelbrot = {
424     .name        = "mandelbrot",
425     .description = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Render a Mandelbrot fractal."),
426
427     .priv_size = sizeof(MBContext),
428     .init      = init,
429     .uninit    = uninit,
430
431     .query_formats = query_formats,
432     .inputs        = NULL,
433     .outputs       = mandelbrot_outputs,
434     .priv_class    = &mandelbrot_class,
435 };