avfilter/avf_showspectrum: store win_size in private context and calculate it only...
[ffmpeg.git] / libavfilter / avf_showspectrum.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2012-2013 Clément Bœsch
3  * Copyright (c) 2013 Rudolf Polzer <divverent@xonotic.org>
4  * Copyright (c) 2015 Paul B Mahol
5  *
6  * This file is part of FFmpeg.
7  *
8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
10  * License as published by the Free Software Foundation; either
11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
12  *
13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
16  * Lesser General Public License for more details.
17  *
18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
21  */
22
23 /**
24  * @file
25  * audio to spectrum (video) transmedia filter, based on ffplay rdft showmode
26  * (by Michael Niedermayer) and lavfi/avf_showwaves (by Stefano Sabatini).
27  */
28
29 #include <math.h>
30
31 #include "libavcodec/avfft.h"
32 #include "libavutil/audio_fifo.h"
33 #include "libavutil/avassert.h"
34 #include "libavutil/channel_layout.h"
35 #include "libavutil/opt.h"
36 #include "audio.h"
37 #include "video.h"
38 #include "avfilter.h"
39 #include "internal.h"
40 #include "window_func.h"
41
42 enum DisplayMode  { COMBINED, SEPARATE, NB_MODES };
43 enum DisplayScale { LINEAR, SQRT, CBRT, LOG, NB_SCALES };
44 enum ColorMode    { CHANNEL, INTENSITY, RAINBOW, MORELAND, NEBULAE, FIRE, NB_CLMODES };
45 enum SlideMode    { REPLACE, SCROLL, FULLFRAME, RSCROLL, NB_SLIDES };
46 enum Orientation  { VERTICAL, HORIZONTAL, NB_ORIENTATIONS };
47
48 typedef struct {
49     const AVClass *class;
50     int w, h;
51     AVFrame *outpicref;
52     int nb_display_channels;
53     int orientation;
54     int channel_width;
55     int channel_height;
56     int sliding;                ///< 1 if sliding mode, 0 otherwise
57     int mode;                   ///< channel display mode
58     int color_mode;             ///< display color scheme
59     int scale;
60     float saturation;           ///< color saturation multiplier
61     int xpos;                   ///< x position (current column)
62     RDFTContext *rdft;          ///< Real Discrete Fourier Transform context
63     int rdft_bits;              ///< number of bits (RDFT window size = 1<<rdft_bits)
64     FFTSample **rdft_data;      ///< bins holder for each (displayed) channels
65     float *window_func_lut;     ///< Window function LUT
66     int win_func;
67     int win_size;
68     double win_scale;
69     float overlap;
70     int skip_samples;
71     float *combine_buffer;      ///< color combining buffer (3 * h items)
72     AVAudioFifo *fifo;
73     int64_t pts;
74 } ShowSpectrumContext;
75
76 #define OFFSET(x) offsetof(ShowSpectrumContext, x)
77 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
78
79 static const AVOption showspectrum_options[] = {
80     { "size", "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "640x512"}, 0, 0, FLAGS },
81     { "s",    "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "640x512"}, 0, 0, FLAGS },
82     { "slide", "set sliding mode", OFFSET(sliding), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, NB_SLIDES-1, FLAGS, "slide" },
83         { "replace", "replace old columns with new", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=REPLACE}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
84         { "scroll", "scroll from right to left", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SCROLL}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
85         { "rscroll", "scroll from left to right", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RSCROLL}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
86         { "fullframe", "return full frames", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FULLFRAME}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
87     { "mode", "set channel display mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=COMBINED}, COMBINED, NB_MODES-1, FLAGS, "mode" },
88         { "combined", "combined mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COMBINED}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
89         { "separate", "separate mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SEPARATE}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
90     { "color", "set channel coloring", OFFSET(color_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=CHANNEL}, CHANNEL, NB_CLMODES-1, FLAGS, "color" },
91         { "channel",   "separate color for each channel", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CHANNEL},   0, 0, FLAGS, "color" },
92         { "intensity", "intensity based coloring",        0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=INTENSITY}, 0, 0, FLAGS, "color" },
93         { "rainbow",   "rainbow based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RAINBOW},   0, 0, FLAGS, "color" },
94         { "moreland",  "moreland based coloring",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MORELAND},  0, 0, FLAGS, "color" },
95         { "nebulae",   "nebulae based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NEBULAE},   0, 0, FLAGS, "color" },
96         { "fire",      "fire based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIRE},      0, 0, FLAGS, "color" },
97     { "scale", "set display scale", OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=SQRT}, LINEAR, NB_SCALES-1, FLAGS, "scale" },
98         { "sqrt", "square root", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SQRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
99         { "cbrt", "cubic root",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CBRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
100         { "log",  "logarithmic", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LOG},    0, 0, FLAGS, "scale" },
101         { "lin",  "linear",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LINEAR}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
102     { "saturation", "color saturation multiplier", OFFSET(saturation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, -10, 10, FLAGS },
103     { "win_func", "set window function", OFFSET(win_func), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = WFUNC_HANNING}, 0, NB_WFUNC-1, FLAGS, "win_func" },
104         { "rect",     "Rectangular",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_RECT},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
105         { "bartlett", "Bartlett",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BARTLETT}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
106         { "hann",     "Hann",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
107         { "hanning",  "Hanning",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
108         { "hamming",  "Hamming",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HAMMING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
109         { "blackman", "Blackman",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BLACKMAN}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
110         { "welch",    "Welch",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_WELCH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
111         { "flattop",  "Flat-top",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_FLATTOP},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
112         { "bharris",  "Blackman-Harris",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHARRIS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
113         { "bnuttall", "Blackman-Nuttall", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BNUTTALL}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
114         { "bhann",    "Bartlett-Hann",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHANN},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
115         { "sine",     "Sine",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_SINE},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
116         { "nuttall",  "Nuttall",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_NUTTALL},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
117         { "lanczos",  "Lanczos",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_LANCZOS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
118         { "gauss",    "Gauss",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_GAUSS},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
119     { "orientation", "set orientation", OFFSET(orientation), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=VERTICAL}, 0, NB_ORIENTATIONS-1, FLAGS, "orientation" },
120         { "vertical",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=VERTICAL},   0, 0, FLAGS, "orientation" },
121         { "horizontal", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=HORIZONTAL}, 0, 0, FLAGS, "orientation" },
122     { "overlap", "set window overlap", OFFSET(overlap), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 0}, 0, 1, FLAGS },
123     { NULL }
124 };
125
126 AVFILTER_DEFINE_CLASS(showspectrum);
127
128 static const struct ColorTable {
129     float a, y, u, v;
130 } color_table[][8] = {
131     [INTENSITY] = {
132     {    0,                  0,                  0,                   0 },
133     { 0.13, .03587126228984074,  .1573300977624594, -.02548747583751842 },
134     { 0.30, .18572281794568020,  .1772436246393981,  .17475554840414750 },
135     { 0.60, .28184980583656130, -.1593064119945782,  .47132074554608920 },
136     { 0.73, .65830621175547810, -.3716070802232764,  .24352759331252930 },
137     { 0.78, .76318535758242900, -.4307467689263783,  .16866496622310430 },
138     { 0.91, .95336363636363640, -.2045454545454546,  .03313636363636363 },
139     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
140     [RAINBOW] = {
141     {    0,                  0,                  0,                   0 },
142     { 0.13,            44/256.,     (189-128)/256.,      (138-128)/256. },
143     { 0.25,            29/256.,     (186-128)/256.,      (119-128)/256. },
144     { 0.38,           119/256.,     (194-128)/256.,       (53-128)/256. },
145     { 0.60,           111/256.,      (73-128)/256.,       (59-128)/256. },
146     { 0.73,           205/256.,      (19-128)/256.,      (149-128)/256. },
147     { 0.86,           135/256.,      (83-128)/256.,      (200-128)/256. },
148     {    1,            73/256.,      (95-128)/256.,      (225-128)/256. }},
149     [MORELAND] = {
150     {    0,            44/256.,     (181-128)/256.,      (112-128)/256. },
151     { 0.13,           126/256.,     (177-128)/256.,      (106-128)/256. },
152     { 0.25,           164/256.,     (163-128)/256.,      (109-128)/256. },
153     { 0.38,           200/256.,     (140-128)/256.,      (120-128)/256. },
154     { 0.60,           201/256.,     (117-128)/256.,      (141-128)/256. },
155     { 0.73,           177/256.,     (103-128)/256.,      (165-128)/256. },
156     { 0.86,           136/256.,     (100-128)/256.,      (183-128)/256. },
157     {    1,            68/256.,     (117-128)/256.,      (203-128)/256. }},
158     [NEBULAE] = {
159     {    0,            10/256.,     (134-128)/256.,      (132-128)/256. },
160     { 0.23,            21/256.,     (137-128)/256.,      (130-128)/256. },
161     { 0.45,            35/256.,     (134-128)/256.,      (134-128)/256. },
162     { 0.57,            51/256.,     (130-128)/256.,      (139-128)/256. },
163     { 0.67,           104/256.,     (116-128)/256.,      (162-128)/256. },
164     { 0.77,           120/256.,     (105-128)/256.,      (188-128)/256. },
165     { 0.87,           140/256.,     (105-128)/256.,      (188-128)/256. },
166     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
167     [FIRE] = {
168     {    0,                  0,                  0,                   0 },
169     { 0.23,            44/256.,     (132-128)/256.,      (127-128)/256. },
170     { 0.45,            62/256.,     (116-128)/256.,      (140-128)/256. },
171     { 0.57,            75/256.,     (105-128)/256.,      (152-128)/256. },
172     { 0.67,            95/256.,      (91-128)/256.,      (166-128)/256. },
173     { 0.77,           126/256.,      (74-128)/256.,      (172-128)/256. },
174     { 0.87,           164/256.,      (73-128)/256.,      (162-128)/256. },
175     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
176 };
177
178 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
179 {
180     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
181     int i;
182
183     av_freep(&s->combine_buffer);
184     av_rdft_end(s->rdft);
185     for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
186         av_freep(&s->rdft_data[i]);
187     av_freep(&s->rdft_data);
188     av_freep(&s->window_func_lut);
189     av_frame_free(&s->outpicref);
190     av_audio_fifo_free(s->fifo);
191 }
192
193 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
194 {
195     AVFilterFormats *formats = NULL;
196     AVFilterChannelLayouts *layouts = NULL;
197     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
198     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
199     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = { AV_SAMPLE_FMT_S16P, AV_SAMPLE_FMT_NONE };
200     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = { AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_NONE };
201     int ret;
202
203     /* set input audio formats */
204     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
205     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &inlink->out_formats)) < 0)
206         return ret;
207
208     layouts = ff_all_channel_layouts();
209     if ((ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &inlink->out_channel_layouts)) < 0)
210         return ret;
211
212     formats = ff_all_samplerates();
213     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &inlink->out_samplerates)) < 0)
214         return ret;
215
216     /* set output video format */
217     formats = ff_make_format_list(pix_fmts);
218     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &outlink->in_formats)) < 0)
219         return ret;
220
221     return 0;
222 }
223
224 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
225 {
226     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
227     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
228     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
229     int i, rdft_bits, h, w;
230     float overlap;
231
232     outlink->w = s->w;
233     outlink->h = s->h;
234
235     h = (s->mode == COMBINED || s->orientation == HORIZONTAL) ? outlink->h : outlink->h / inlink->channels;
236     w = (s->mode == COMBINED || s->orientation == VERTICAL)   ? outlink->w : outlink->w / inlink->channels;
237     s->channel_height = h;
238     s->channel_width  = w;
239
240     if (s->orientation == VERTICAL) {
241         /* RDFT window size (precision) according to the requested output frame height */
242         for (rdft_bits = 1; 1 << rdft_bits < 2 * h; rdft_bits++);
243     } else {
244         /* RDFT window size (precision) according to the requested output frame width */
245         for (rdft_bits = 1; 1 << rdft_bits < 2 * w; rdft_bits++);
246     }
247     s->win_size = 1 << rdft_bits;
248
249     /* (re-)configuration if the video output changed (or first init) */
250     if (rdft_bits != s->rdft_bits) {
251         AVFrame *outpicref;
252
253         av_rdft_end(s->rdft);
254         s->rdft = av_rdft_init(rdft_bits, DFT_R2C);
255         if (!s->rdft) {
256             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unable to create RDFT context. "
257                    "The window size might be too high.\n");
258             return AVERROR(EINVAL);
259         }
260         s->rdft_bits = rdft_bits;
261
262         /* RDFT buffers: x2 for each (display) channel buffer.
263          * Note: we use free and malloc instead of a realloc-like function to
264          * make sure the buffer is aligned in memory for the FFT functions. */
265         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
266             av_freep(&s->rdft_data[i]);
267         av_freep(&s->rdft_data);
268         s->nb_display_channels = inlink->channels;
269
270         s->rdft_data = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->rdft_data));
271         if (!s->rdft_data)
272             return AVERROR(ENOMEM);
273         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
274             s->rdft_data[i] = av_calloc(s->win_size, sizeof(**s->rdft_data));
275             if (!s->rdft_data[i])
276                 return AVERROR(ENOMEM);
277         }
278
279         /* pre-calc windowing function */
280         s->window_func_lut =
281             av_realloc_f(s->window_func_lut, s->win_size,
282                          sizeof(*s->window_func_lut));
283         if (!s->window_func_lut)
284             return AVERROR(ENOMEM);
285         ff_generate_window_func(s->window_func_lut, s->win_size, s->win_func, &overlap);
286         if (s->overlap == 1)
287             s->overlap = overlap;
288         s->skip_samples = (1. - s->overlap) * s->win_size;
289         if (s->skip_samples < 1) {
290             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "overlap %f too big\n", s->overlap);
291             return AVERROR(EINVAL);
292         }
293
294         for (s->win_scale = 0, i = 0; i < s->win_size; i++) {
295             s->win_scale += s->window_func_lut[i] * s->window_func_lut[i];
296         }
297         s->win_scale = 1. / (sqrt(s->win_scale) * 32768.);
298
299         /* prepare the initial picref buffer (black frame) */
300         av_frame_free(&s->outpicref);
301         s->outpicref = outpicref =
302             ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
303         if (!outpicref)
304             return AVERROR(ENOMEM);
305         outlink->sample_aspect_ratio = (AVRational){1,1};
306         for (i = 0; i < outlink->h; i++) {
307             memset(outpicref->data[0] + i * outpicref->linesize[0],   0, outlink->w);
308             memset(outpicref->data[1] + i * outpicref->linesize[1], 128, outlink->w);
309             memset(outpicref->data[2] + i * outpicref->linesize[2], 128, outlink->w);
310         }
311     }
312
313     if ((s->orientation == VERTICAL   && s->xpos >= outlink->w) ||
314         (s->orientation == HORIZONTAL && s->xpos >= outlink->h))
315         s->xpos = 0;
316
317     outlink->frame_rate = av_make_q(inlink->sample_rate, s->win_size * (1.-s->overlap));
318     if (s->orientation == VERTICAL && s->sliding == FULLFRAME)
319         outlink->frame_rate.den *= outlink->w;
320     if (s->orientation == HORIZONTAL && s->sliding == FULLFRAME)
321         outlink->frame_rate.den *= outlink->h;
322
323     if (s->orientation == VERTICAL) {
324         s->combine_buffer =
325             av_realloc_f(s->combine_buffer, outlink->h * 3,
326                          sizeof(*s->combine_buffer));
327     } else {
328         s->combine_buffer =
329             av_realloc_f(s->combine_buffer, outlink->w * 3,
330                          sizeof(*s->combine_buffer));
331     }
332
333     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "s:%dx%d RDFT window size:%d\n",
334            s->w, s->h, s->win_size);
335
336     av_audio_fifo_free(s->fifo);
337     s->fifo = av_audio_fifo_alloc(inlink->format, inlink->channels, s->win_size);
338     if (!s->fifo)
339         return AVERROR(ENOMEM);
340     return 0;
341 }
342
343 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
344 {
345     ShowSpectrumContext *s = outlink->src->priv;
346     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
347     unsigned i;
348     int ret;
349
350     ret = ff_request_frame(inlink);
351     if (ret == AVERROR_EOF && s->sliding == FULLFRAME && s->xpos > 0 &&
352         s->outpicref) {
353         if (s->orientation == VERTICAL) {
354             for (i = 0; i < outlink->h; i++) {
355                 memset(s->outpicref->data[0] + i * s->outpicref->linesize[0] + s->xpos,   0, outlink->w - s->xpos);
356                 memset(s->outpicref->data[1] + i * s->outpicref->linesize[1] + s->xpos, 128, outlink->w - s->xpos);
357                 memset(s->outpicref->data[2] + i * s->outpicref->linesize[2] + s->xpos, 128, outlink->w - s->xpos);
358             }
359         } else {
360             for (i = s->xpos; i < outlink->h; i++) {
361                 memset(s->outpicref->data[0] + i * s->outpicref->linesize[0],   0, outlink->w);
362                 memset(s->outpicref->data[1] + i * s->outpicref->linesize[1], 128, outlink->w);
363                 memset(s->outpicref->data[2] + i * s->outpicref->linesize[2], 128, outlink->w);
364             }
365         }
366         ret = ff_filter_frame(outlink, s->outpicref);
367         s->outpicref = NULL;
368     }
369
370     return ret;
371 }
372
373 static int plot_spectrum_column(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
374 {
375     int ret;
376     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
377     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
378     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
379     AVFrame *outpicref = s->outpicref;
380     const double w = s->win_scale;
381     int h = s->orientation == VERTICAL ? s->channel_height : s->channel_width;
382
383     int ch, plane, n, x, y;
384
385     av_assert0(insamples->nb_samples == s->win_size);
386
387     /* fill RDFT input with the number of samples available */
388     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
389         const int16_t *p = (int16_t *)insamples->extended_data[ch];
390
391         for (n = 0; n < s->win_size; n++)
392             s->rdft_data[ch][n] = p[n] * s->window_func_lut[n];
393     }
394
395     /* run RDFT on each samples set */
396     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++)
397         av_rdft_calc(s->rdft, s->rdft_data[ch]);
398
399     /* fill a new spectrum column */
400 #define RE(y, ch) s->rdft_data[ch][2 * (y) + 0]
401 #define IM(y, ch) s->rdft_data[ch][2 * (y) + 1]
402 #define MAGNITUDE(y, ch) hypot(RE(y, ch), IM(y, ch))
403
404     /* initialize buffer for combining to black */
405     if (s->orientation == VERTICAL) {
406         for (y = 0; y < outlink->h; y++) {
407             s->combine_buffer[3 * y    ] = 0;
408             s->combine_buffer[3 * y + 1] = 127.5;
409             s->combine_buffer[3 * y + 2] = 127.5;
410         }
411     } else {
412         for (y = 0; y < outlink->w; y++) {
413             s->combine_buffer[3 * y    ] = 0;
414             s->combine_buffer[3 * y + 1] = 127.5;
415             s->combine_buffer[3 * y + 2] = 127.5;
416         }
417     }
418
419     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
420         float yf, uf, vf;
421
422         /* decide color range */
423         switch (s->mode) {
424         case COMBINED:
425             // reduce range by channel count
426             yf = 256.0f / s->nb_display_channels;
427             switch (s->color_mode) {
428             case RAINBOW:
429             case MORELAND:
430             case NEBULAE:
431             case FIRE:
432             case INTENSITY:
433                 uf = yf;
434                 vf = yf;
435                 break;
436             case CHANNEL:
437                 /* adjust saturation for mixed UV coloring */
438                 /* this factor is correct for infinite channels, an approximation otherwise */
439                 uf = yf * M_PI;
440                 vf = yf * M_PI;
441                 break;
442             default:
443                 av_assert0(0);
444             }
445             break;
446         case SEPARATE:
447             // full range
448             yf = 256.0f;
449             uf = 256.0f;
450             vf = 256.0f;
451             break;
452         default:
453             av_assert0(0);
454         }
455
456         if (s->color_mode == CHANNEL) {
457             if (s->nb_display_channels > 1) {
458                 uf *= 0.5 * sin((2 * M_PI * ch) / s->nb_display_channels);
459                 vf *= 0.5 * cos((2 * M_PI * ch) / s->nb_display_channels);
460             } else {
461                 uf = 0.0f;
462                 vf = 0.0f;
463             }
464         }
465         uf *= s->saturation;
466         vf *= s->saturation;
467
468         /* draw the channel */
469         for (y = 0; y < h; y++) {
470             int row = (s->mode == COMBINED) ? y : ch * h + y;
471             float *out = &s->combine_buffer[3 * row];
472
473             /* get magnitude */
474             float a = w * MAGNITUDE(y, ch);
475
476             /* apply scale */
477             switch (s->scale) {
478             case LINEAR:
479                 break;
480             case SQRT:
481                 a = sqrt(a);
482                 break;
483             case CBRT:
484                 a = cbrt(a);
485                 break;
486             case LOG:
487                 a = 1 + log10(FFMAX(FFMIN(1, a), 1e-6)) / 5; // zero = -120dBFS
488                 break;
489             default:
490                 av_assert0(0);
491             }
492
493             if (s->color_mode > CHANNEL) {
494                 const int cm = s->color_mode;
495                 float y, u, v;
496                 int i;
497
498                 for (i = 1; i < FF_ARRAY_ELEMS(color_table[cm]) - 1; i++)
499                     if (color_table[cm][i].a >= a)
500                         break;
501                 // i now is the first item >= the color
502                 // now we know to interpolate between item i - 1 and i
503                 if (a <= color_table[cm][i - 1].a) {
504                     y = color_table[cm][i - 1].y;
505                     u = color_table[cm][i - 1].u;
506                     v = color_table[cm][i - 1].v;
507                 } else if (a >= color_table[cm][i].a) {
508                     y = color_table[cm][i].y;
509                     u = color_table[cm][i].u;
510                     v = color_table[cm][i].v;
511                 } else {
512                     float start = color_table[cm][i - 1].a;
513                     float end = color_table[cm][i].a;
514                     float lerpfrac = (a - start) / (end - start);
515                     y = color_table[cm][i - 1].y * (1.0f - lerpfrac)
516                       + color_table[cm][i].y * lerpfrac;
517                     u = color_table[cm][i - 1].u * (1.0f - lerpfrac)
518                       + color_table[cm][i].u * lerpfrac;
519                     v = color_table[cm][i - 1].v * (1.0f - lerpfrac)
520                       + color_table[cm][i].v * lerpfrac;
521                 }
522
523                 out[0] += y * yf;
524                 out[1] += u * uf;
525                 out[2] += v * vf;
526             } else {
527                 out[0] += a * yf;
528                 out[1] += a * uf;
529                 out[2] += a * vf;
530             }
531         }
532     }
533
534     av_frame_make_writable(s->outpicref);
535     /* copy to output */
536     if (s->orientation == VERTICAL) {
537         if (s->sliding == SCROLL) {
538             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
539                 for (y = 0; y < outlink->h; y++) {
540                     uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
541                                  y * outpicref->linesize[plane];
542                     memmove(p, p + 1, outlink->w - 1);
543                 }
544             }
545             s->xpos = outlink->w - 1;
546         } else if (s->sliding == RSCROLL) {
547             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
548                 for (y = 0; y < outlink->h; y++) {
549                     uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
550                                  y * outpicref->linesize[plane];
551                     memmove(p + 1, p, outlink->w - 1);
552                 }
553             }
554             s->xpos = 0;
555         }
556         for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
557             uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
558                          (outlink->h - 1) * outpicref->linesize[plane] +
559                          s->xpos;
560             for (y = 0; y < outlink->h; y++) {
561                 *p = lrint(FFMAX(0, FFMIN(s->combine_buffer[3 * y + plane], 255)));
562                 p -= outpicref->linesize[plane];
563             }
564         }
565     } else {
566         if (s->sliding == SCROLL) {
567             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
568                 for (y = 1; y < outlink->h; y++) {
569                     memmove(outpicref->data[plane] + (y-1) * outpicref->linesize[plane],
570                             outpicref->data[plane] + (y  ) * outpicref->linesize[plane],
571                             outlink->w);
572                 }
573             }
574             s->xpos = outlink->h - 1;
575         } else if (s->sliding == RSCROLL) {
576             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
577                 for (y = outlink->h - 1; y >= 1; y--) {
578                     memmove(outpicref->data[plane] + (y  ) * outpicref->linesize[plane],
579                             outpicref->data[plane] + (y-1) * outpicref->linesize[plane],
580                             outlink->w);
581                 }
582             }
583             s->xpos = 0;
584         }
585         for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
586             uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
587                          s->xpos * outpicref->linesize[plane];
588             for (x = 0; x < outlink->w; x++) {
589                 *p = lrint(FFMAX(0, FFMIN(s->combine_buffer[3 * x + plane], 255)));
590                 p++;
591             }
592         }
593     }
594
595     if (s->sliding != FULLFRAME || s->xpos == 0)
596         outpicref->pts = insamples->pts;
597
598     s->xpos++;
599     if (s->orientation == VERTICAL && s->xpos >= outlink->w)
600         s->xpos = 0;
601     if (s->orientation == HORIZONTAL && s->xpos >= outlink->h)
602         s->xpos = 0;
603     if (s->sliding != FULLFRAME || s->xpos == 0) {
604         ret = ff_filter_frame(outlink, av_frame_clone(s->outpicref));
605         if (ret < 0)
606             return ret;
607     }
608
609     return s->win_size;
610 }
611
612 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
613 {
614     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
615     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
616     AVFrame *fin = NULL;
617     int ret = 0;
618
619     av_audio_fifo_write(s->fifo, (void **)insamples->extended_data, insamples->nb_samples);
620     av_frame_free(&insamples);
621     while (av_audio_fifo_size(s->fifo) >= s->win_size) {
622         fin = ff_get_audio_buffer(inlink, s->win_size);
623         if (!fin) {
624             ret = AVERROR(ENOMEM);
625             goto fail;
626         }
627
628         fin->pts = s->pts;
629         s->pts += s->skip_samples;
630         ret = av_audio_fifo_peek(s->fifo, (void **)fin->extended_data, s->win_size);
631         if (ret < 0)
632             goto fail;
633
634         ret = plot_spectrum_column(inlink, fin);
635         av_frame_free(&fin);
636         av_audio_fifo_drain(s->fifo, s->skip_samples);
637         if (ret < 0)
638             goto fail;
639     }
640
641 fail:
642     av_frame_free(&fin);
643     return ret;
644 }
645
646 static const AVFilterPad showspectrum_inputs[] = {
647     {
648         .name         = "default",
649         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
650         .filter_frame = filter_frame,
651     },
652     { NULL }
653 };
654
655 static const AVFilterPad showspectrum_outputs[] = {
656     {
657         .name          = "default",
658         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
659         .config_props  = config_output,
660         .request_frame = request_frame,
661     },
662     { NULL }
663 };
664
665 AVFilter ff_avf_showspectrum = {
666     .name          = "showspectrum",
667     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a spectrum video output."),
668     .uninit        = uninit,
669     .query_formats = query_formats,
670     .priv_size     = sizeof(ShowSpectrumContext),
671     .inputs        = showspectrum_inputs,
672     .outputs       = showspectrum_outputs,
673     .priv_class    = &showspectrum_class,
674 };