961b1406f6b8142418370fd9b9a2e7010d12f031
[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     float **magnitudes;
67     int win_func;
68     int win_size;
69     double win_scale;
70     float overlap;
71     int skip_samples;
72     float *combine_buffer;      ///< color combining buffer (3 * h items)
73     AVAudioFifo *fifo;
74     int64_t pts;
75     int single_pic;
76 } ShowSpectrumContext;
77
78 #define OFFSET(x) offsetof(ShowSpectrumContext, x)
79 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
80
81 static const AVOption showspectrum_options[] = {
82     { "size", "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "640x512"}, 0, 0, FLAGS },
83     { "s",    "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "640x512"}, 0, 0, FLAGS },
84     { "slide", "set sliding mode", OFFSET(sliding), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, NB_SLIDES-1, FLAGS, "slide" },
85         { "replace", "replace old columns with new", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=REPLACE}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
86         { "scroll", "scroll from right to left", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SCROLL}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
87         { "rscroll", "scroll from left to right", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RSCROLL}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
88         { "fullframe", "return full frames", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FULLFRAME}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
89     { "mode", "set channel display mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=COMBINED}, COMBINED, NB_MODES-1, FLAGS, "mode" },
90         { "combined", "combined mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COMBINED}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
91         { "separate", "separate mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SEPARATE}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
92     { "color", "set channel coloring", OFFSET(color_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=CHANNEL}, CHANNEL, NB_CLMODES-1, FLAGS, "color" },
93         { "channel",   "separate color for each channel", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CHANNEL},   0, 0, FLAGS, "color" },
94         { "intensity", "intensity based coloring",        0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=INTENSITY}, 0, 0, FLAGS, "color" },
95         { "rainbow",   "rainbow based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RAINBOW},   0, 0, FLAGS, "color" },
96         { "moreland",  "moreland based coloring",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MORELAND},  0, 0, FLAGS, "color" },
97         { "nebulae",   "nebulae based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NEBULAE},   0, 0, FLAGS, "color" },
98         { "fire",      "fire based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIRE},      0, 0, FLAGS, "color" },
99     { "scale", "set display scale", OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=SQRT}, LINEAR, NB_SCALES-1, FLAGS, "scale" },
100         { "sqrt", "square root", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SQRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
101         { "cbrt", "cubic root",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CBRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
102         { "log",  "logarithmic", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LOG},    0, 0, FLAGS, "scale" },
103         { "lin",  "linear",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LINEAR}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
104     { "saturation", "color saturation multiplier", OFFSET(saturation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, -10, 10, FLAGS },
105     { "win_func", "set window function", OFFSET(win_func), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = WFUNC_HANNING}, 0, NB_WFUNC-1, FLAGS, "win_func" },
106         { "rect",     "Rectangular",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_RECT},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
107         { "bartlett", "Bartlett",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BARTLETT}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
108         { "hann",     "Hann",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
109         { "hanning",  "Hanning",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
110         { "hamming",  "Hamming",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HAMMING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
111         { "blackman", "Blackman",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BLACKMAN}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
112         { "welch",    "Welch",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_WELCH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
113         { "flattop",  "Flat-top",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_FLATTOP},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
114         { "bharris",  "Blackman-Harris",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHARRIS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
115         { "bnuttall", "Blackman-Nuttall", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BNUTTALL}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
116         { "bhann",    "Bartlett-Hann",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHANN},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
117         { "sine",     "Sine",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_SINE},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
118         { "nuttall",  "Nuttall",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_NUTTALL},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
119         { "lanczos",  "Lanczos",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_LANCZOS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
120         { "gauss",    "Gauss",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_GAUSS},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
121     { "orientation", "set orientation", OFFSET(orientation), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=VERTICAL}, 0, NB_ORIENTATIONS-1, FLAGS, "orientation" },
122         { "vertical",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=VERTICAL},   0, 0, FLAGS, "orientation" },
123         { "horizontal", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=HORIZONTAL}, 0, 0, FLAGS, "orientation" },
124     { "overlap", "set window overlap", OFFSET(overlap), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 0}, 0, 1, FLAGS },
125     { NULL }
126 };
127
128 AVFILTER_DEFINE_CLASS(showspectrum);
129
130 static const struct ColorTable {
131     float a, y, u, v;
132 } color_table[][8] = {
133     [INTENSITY] = {
134     {    0,                  0,                  0,                   0 },
135     { 0.13, .03587126228984074,  .1573300977624594, -.02548747583751842 },
136     { 0.30, .18572281794568020,  .1772436246393981,  .17475554840414750 },
137     { 0.60, .28184980583656130, -.1593064119945782,  .47132074554608920 },
138     { 0.73, .65830621175547810, -.3716070802232764,  .24352759331252930 },
139     { 0.78, .76318535758242900, -.4307467689263783,  .16866496622310430 },
140     { 0.91, .95336363636363640, -.2045454545454546,  .03313636363636363 },
141     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
142     [RAINBOW] = {
143     {    0,                  0,                  0,                   0 },
144     { 0.13,            44/256.,     (189-128)/256.,      (138-128)/256. },
145     { 0.25,            29/256.,     (186-128)/256.,      (119-128)/256. },
146     { 0.38,           119/256.,     (194-128)/256.,       (53-128)/256. },
147     { 0.60,           111/256.,      (73-128)/256.,       (59-128)/256. },
148     { 0.73,           205/256.,      (19-128)/256.,      (149-128)/256. },
149     { 0.86,           135/256.,      (83-128)/256.,      (200-128)/256. },
150     {    1,            73/256.,      (95-128)/256.,      (225-128)/256. }},
151     [MORELAND] = {
152     {    0,            44/256.,     (181-128)/256.,      (112-128)/256. },
153     { 0.13,           126/256.,     (177-128)/256.,      (106-128)/256. },
154     { 0.25,           164/256.,     (163-128)/256.,      (109-128)/256. },
155     { 0.38,           200/256.,     (140-128)/256.,      (120-128)/256. },
156     { 0.60,           201/256.,     (117-128)/256.,      (141-128)/256. },
157     { 0.73,           177/256.,     (103-128)/256.,      (165-128)/256. },
158     { 0.86,           136/256.,     (100-128)/256.,      (183-128)/256. },
159     {    1,            68/256.,     (117-128)/256.,      (203-128)/256. }},
160     [NEBULAE] = {
161     {    0,            10/256.,     (134-128)/256.,      (132-128)/256. },
162     { 0.23,            21/256.,     (137-128)/256.,      (130-128)/256. },
163     { 0.45,            35/256.,     (134-128)/256.,      (134-128)/256. },
164     { 0.57,            51/256.,     (130-128)/256.,      (139-128)/256. },
165     { 0.67,           104/256.,     (116-128)/256.,      (162-128)/256. },
166     { 0.77,           120/256.,     (105-128)/256.,      (188-128)/256. },
167     { 0.87,           140/256.,     (105-128)/256.,      (188-128)/256. },
168     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
169     [FIRE] = {
170     {    0,                  0,                  0,                   0 },
171     { 0.23,            44/256.,     (132-128)/256.,      (127-128)/256. },
172     { 0.45,            62/256.,     (116-128)/256.,      (140-128)/256. },
173     { 0.57,            75/256.,     (105-128)/256.,      (152-128)/256. },
174     { 0.67,            95/256.,      (91-128)/256.,      (166-128)/256. },
175     { 0.77,           126/256.,      (74-128)/256.,      (172-128)/256. },
176     { 0.87,           164/256.,      (73-128)/256.,      (162-128)/256. },
177     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
178 };
179
180 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
181 {
182     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
183     int i;
184
185     av_freep(&s->combine_buffer);
186     av_rdft_end(s->rdft);
187     for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
188         av_freep(&s->rdft_data[i]);
189     av_freep(&s->rdft_data);
190     av_freep(&s->window_func_lut);
191     for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
192         av_freep(&s->magnitudes[i]);
193     av_freep(&s->magnitudes);
194     av_frame_free(&s->outpicref);
195     av_audio_fifo_free(s->fifo);
196 }
197
198 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
199 {
200     AVFilterFormats *formats = NULL;
201     AVFilterChannelLayouts *layouts = NULL;
202     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
203     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
204     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = { AV_SAMPLE_FMT_S16P, AV_SAMPLE_FMT_NONE };
205     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = { AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_NONE };
206     int ret;
207
208     /* set input audio formats */
209     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
210     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &inlink->out_formats)) < 0)
211         return ret;
212
213     layouts = ff_all_channel_layouts();
214     if ((ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &inlink->out_channel_layouts)) < 0)
215         return ret;
216
217     formats = ff_all_samplerates();
218     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &inlink->out_samplerates)) < 0)
219         return ret;
220
221     /* set output video format */
222     formats = ff_make_format_list(pix_fmts);
223     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &outlink->in_formats)) < 0)
224         return ret;
225
226     return 0;
227 }
228
229 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
230 {
231     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
232     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
233     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
234     int i, rdft_bits, h, w;
235     float overlap;
236
237     if (!strcmp(ctx->filter->name, "showspectrumpic"))
238         s->single_pic = 1;
239
240     outlink->w = s->w;
241     outlink->h = s->h;
242
243     h = (s->mode == COMBINED || s->orientation == HORIZONTAL) ? outlink->h : outlink->h / inlink->channels;
244     w = (s->mode == COMBINED || s->orientation == VERTICAL)   ? outlink->w : outlink->w / inlink->channels;
245     s->channel_height = h;
246     s->channel_width  = w;
247
248     if (s->orientation == VERTICAL) {
249         /* RDFT window size (precision) according to the requested output frame height */
250         for (rdft_bits = 1; 1 << rdft_bits < 2 * h; rdft_bits++);
251     } else {
252         /* RDFT window size (precision) according to the requested output frame width */
253         for (rdft_bits = 1; 1 << rdft_bits < 2 * w; rdft_bits++);
254     }
255     s->win_size = 1 << rdft_bits;
256
257     /* (re-)configuration if the video output changed (or first init) */
258     if (rdft_bits != s->rdft_bits) {
259         AVFrame *outpicref;
260
261         av_rdft_end(s->rdft);
262         s->rdft = av_rdft_init(rdft_bits, DFT_R2C);
263         if (!s->rdft) {
264             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unable to create RDFT context. "
265                    "The window size might be too high.\n");
266             return AVERROR(EINVAL);
267         }
268         s->rdft_bits = rdft_bits;
269
270         /* RDFT buffers: x2 for each (display) channel buffer.
271          * Note: we use free and malloc instead of a realloc-like function to
272          * make sure the buffer is aligned in memory for the FFT functions. */
273         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
274             av_freep(&s->rdft_data[i]);
275         av_freep(&s->rdft_data);
276         s->nb_display_channels = inlink->channels;
277
278         s->magnitudes = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->magnitudes));
279         if (!s->magnitudes)
280             return AVERROR(ENOMEM);
281         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
282             s->magnitudes[i] = av_calloc(s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w, sizeof(**s->magnitudes));
283             if (!s->magnitudes[i])
284                 return AVERROR(ENOMEM);
285         }
286
287         s->rdft_data = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->rdft_data));
288         if (!s->rdft_data)
289             return AVERROR(ENOMEM);
290         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
291             s->rdft_data[i] = av_calloc(s->win_size, sizeof(**s->rdft_data));
292             if (!s->rdft_data[i])
293                 return AVERROR(ENOMEM);
294         }
295
296         /* pre-calc windowing function */
297         s->window_func_lut =
298             av_realloc_f(s->window_func_lut, s->win_size,
299                          sizeof(*s->window_func_lut));
300         if (!s->window_func_lut)
301             return AVERROR(ENOMEM);
302         ff_generate_window_func(s->window_func_lut, s->win_size, s->win_func, &overlap);
303         if (s->overlap == 1)
304             s->overlap = overlap;
305         s->skip_samples = (1. - s->overlap) * s->win_size;
306         if (s->skip_samples < 1) {
307             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "overlap %f too big\n", s->overlap);
308             return AVERROR(EINVAL);
309         }
310
311         for (s->win_scale = 0, i = 0; i < s->win_size; i++) {
312             s->win_scale += s->window_func_lut[i] * s->window_func_lut[i];
313         }
314         s->win_scale = 1. / (sqrt(s->win_scale) * 32768.);
315
316         /* prepare the initial picref buffer (black frame) */
317         av_frame_free(&s->outpicref);
318         s->outpicref = outpicref =
319             ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
320         if (!outpicref)
321             return AVERROR(ENOMEM);
322         outlink->sample_aspect_ratio = (AVRational){1,1};
323         for (i = 0; i < outlink->h; i++) {
324             memset(outpicref->data[0] + i * outpicref->linesize[0],   0, outlink->w);
325             memset(outpicref->data[1] + i * outpicref->linesize[1], 128, outlink->w);
326             memset(outpicref->data[2] + i * outpicref->linesize[2], 128, outlink->w);
327         }
328     }
329
330     if ((s->orientation == VERTICAL   && s->xpos >= outlink->w) ||
331         (s->orientation == HORIZONTAL && s->xpos >= outlink->h))
332         s->xpos = 0;
333
334     outlink->frame_rate = av_make_q(inlink->sample_rate, s->win_size * (1.-s->overlap));
335     if (s->orientation == VERTICAL && s->sliding == FULLFRAME)
336         outlink->frame_rate.den *= outlink->w;
337     if (s->orientation == HORIZONTAL && s->sliding == FULLFRAME)
338         outlink->frame_rate.den *= outlink->h;
339
340     if (s->orientation == VERTICAL) {
341         s->combine_buffer =
342             av_realloc_f(s->combine_buffer, outlink->h * 3,
343                          sizeof(*s->combine_buffer));
344     } else {
345         s->combine_buffer =
346             av_realloc_f(s->combine_buffer, outlink->w * 3,
347                          sizeof(*s->combine_buffer));
348     }
349
350     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "s:%dx%d RDFT window size:%d\n",
351            s->w, s->h, s->win_size);
352
353     av_audio_fifo_free(s->fifo);
354     s->fifo = av_audio_fifo_alloc(inlink->format, inlink->channels, s->win_size);
355     if (!s->fifo)
356         return AVERROR(ENOMEM);
357     return 0;
358 }
359
360 static void run_rdft(ShowSpectrumContext *s, AVFrame *fin)
361 {
362     int ch, n;
363
364     /* fill RDFT input with the number of samples available */
365     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
366         const int16_t *p = (int16_t *)fin->extended_data[ch];
367
368         for (n = 0; n < s->win_size; n++)
369             s->rdft_data[ch][n] = p[n] * s->window_func_lut[n];
370     }
371
372     /* run RDFT on each samples set */
373     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++)
374         av_rdft_calc(s->rdft, s->rdft_data[ch]);
375 }
376
377 #define RE(y, ch) s->rdft_data[ch][2 * (y) + 0]
378 #define IM(y, ch) s->rdft_data[ch][2 * (y) + 1]
379 #define MAGNITUDE(y, ch) hypot(RE(y, ch), IM(y, ch))
380
381 static void calc_magnitudes(ShowSpectrumContext *s)
382 {
383     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
384
385     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
386         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
387
388         for (y = 0; y < h; y++)
389             magnitudes[y] = MAGNITUDE(y, ch);
390     }
391 }
392
393 static void acalc_magnitudes(ShowSpectrumContext *s)
394 {
395     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
396
397     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
398         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
399
400         for (y = 0; y < h; y++)
401             magnitudes[y] += MAGNITUDE(y, ch);
402     }
403 }
404
405 static void scale_magnitudes(ShowSpectrumContext *s, float scale)
406 {
407     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
408
409     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
410         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
411
412         for (y = 0; y < h; y++)
413             magnitudes[y] *= scale;
414     }
415 }
416
417 static int plot_spectrum_column(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
418 {
419     int ret;
420     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
421     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
422     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
423     AVFrame *outpicref = s->outpicref;
424     const double w = s->win_scale;
425     int h = s->orientation == VERTICAL ? s->channel_height : s->channel_width;
426
427     int ch, plane, x, y;
428
429     /* fill a new spectrum column */
430     /* initialize buffer for combining to black */
431     if (s->orientation == VERTICAL) {
432         for (y = 0; y < outlink->h; y++) {
433             s->combine_buffer[3 * y    ] = 0;
434             s->combine_buffer[3 * y + 1] = 127.5;
435             s->combine_buffer[3 * y + 2] = 127.5;
436         }
437     } else {
438         for (y = 0; y < outlink->w; y++) {
439             s->combine_buffer[3 * y    ] = 0;
440             s->combine_buffer[3 * y + 1] = 127.5;
441             s->combine_buffer[3 * y + 2] = 127.5;
442         }
443     }
444
445     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
446         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
447         float yf, uf, vf;
448
449         /* decide color range */
450         switch (s->mode) {
451         case COMBINED:
452             // reduce range by channel count
453             yf = 256.0f / s->nb_display_channels;
454             switch (s->color_mode) {
455             case RAINBOW:
456             case MORELAND:
457             case NEBULAE:
458             case FIRE:
459             case INTENSITY:
460                 uf = yf;
461                 vf = yf;
462                 break;
463             case CHANNEL:
464                 /* adjust saturation for mixed UV coloring */
465                 /* this factor is correct for infinite channels, an approximation otherwise */
466                 uf = yf * M_PI;
467                 vf = yf * M_PI;
468                 break;
469             default:
470                 av_assert0(0);
471             }
472             break;
473         case SEPARATE:
474             // full range
475             yf = 256.0f;
476             uf = 256.0f;
477             vf = 256.0f;
478             break;
479         default:
480             av_assert0(0);
481         }
482
483         if (s->color_mode == CHANNEL) {
484             if (s->nb_display_channels > 1) {
485                 uf *= 0.5 * sin((2 * M_PI * ch) / s->nb_display_channels);
486                 vf *= 0.5 * cos((2 * M_PI * ch) / s->nb_display_channels);
487             } else {
488                 uf = 0.0f;
489                 vf = 0.0f;
490             }
491         }
492         uf *= s->saturation;
493         vf *= s->saturation;
494
495         /* draw the channel */
496         for (y = 0; y < h; y++) {
497             int row = (s->mode == COMBINED) ? y : ch * h + y;
498             float *out = &s->combine_buffer[3 * row];
499
500             /* get magnitude */
501             float a = w * magnitudes[y];
502
503             /* apply scale */
504             switch (s->scale) {
505             case LINEAR:
506                 break;
507             case SQRT:
508                 a = sqrt(a);
509                 break;
510             case CBRT:
511                 a = cbrt(a);
512                 break;
513             case LOG:
514                 a = 1 + log10(FFMAX(FFMIN(1, a), 1e-6)) / 5; // zero = -120dBFS
515                 break;
516             default:
517                 av_assert0(0);
518             }
519
520             if (s->color_mode > CHANNEL) {
521                 const int cm = s->color_mode;
522                 float y, u, v;
523                 int i;
524
525                 for (i = 1; i < FF_ARRAY_ELEMS(color_table[cm]) - 1; i++)
526                     if (color_table[cm][i].a >= a)
527                         break;
528                 // i now is the first item >= the color
529                 // now we know to interpolate between item i - 1 and i
530                 if (a <= color_table[cm][i - 1].a) {
531                     y = color_table[cm][i - 1].y;
532                     u = color_table[cm][i - 1].u;
533                     v = color_table[cm][i - 1].v;
534                 } else if (a >= color_table[cm][i].a) {
535                     y = color_table[cm][i].y;
536                     u = color_table[cm][i].u;
537                     v = color_table[cm][i].v;
538                 } else {
539                     float start = color_table[cm][i - 1].a;
540                     float end = color_table[cm][i].a;
541                     float lerpfrac = (a - start) / (end - start);
542                     y = color_table[cm][i - 1].y * (1.0f - lerpfrac)
543                       + color_table[cm][i].y * lerpfrac;
544                     u = color_table[cm][i - 1].u * (1.0f - lerpfrac)
545                       + color_table[cm][i].u * lerpfrac;
546                     v = color_table[cm][i - 1].v * (1.0f - lerpfrac)
547                       + color_table[cm][i].v * lerpfrac;
548                 }
549
550                 out[0] += y * yf;
551                 out[1] += u * uf;
552                 out[2] += v * vf;
553             } else {
554                 out[0] += a * yf;
555                 out[1] += a * uf;
556                 out[2] += a * vf;
557             }
558         }
559     }
560
561     av_frame_make_writable(s->outpicref);
562     /* copy to output */
563     if (s->orientation == VERTICAL) {
564         if (s->sliding == SCROLL) {
565             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
566                 for (y = 0; y < outlink->h; y++) {
567                     uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
568                                  y * outpicref->linesize[plane];
569                     memmove(p, p + 1, outlink->w - 1);
570                 }
571             }
572             s->xpos = outlink->w - 1;
573         } else if (s->sliding == RSCROLL) {
574             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
575                 for (y = 0; y < outlink->h; y++) {
576                     uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
577                                  y * outpicref->linesize[plane];
578                     memmove(p + 1, p, outlink->w - 1);
579                 }
580             }
581             s->xpos = 0;
582         }
583         for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
584             uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
585                          (outlink->h - 1) * outpicref->linesize[plane] +
586                          s->xpos;
587             for (y = 0; y < outlink->h; y++) {
588                 *p = lrint(FFMAX(0, FFMIN(s->combine_buffer[3 * y + plane], 255)));
589                 p -= outpicref->linesize[plane];
590             }
591         }
592     } else {
593         if (s->sliding == SCROLL) {
594             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
595                 for (y = 1; y < outlink->h; y++) {
596                     memmove(outpicref->data[plane] + (y-1) * outpicref->linesize[plane],
597                             outpicref->data[plane] + (y  ) * outpicref->linesize[plane],
598                             outlink->w);
599                 }
600             }
601             s->xpos = outlink->h - 1;
602         } else if (s->sliding == RSCROLL) {
603             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
604                 for (y = outlink->h - 1; y >= 1; y--) {
605                     memmove(outpicref->data[plane] + (y  ) * outpicref->linesize[plane],
606                             outpicref->data[plane] + (y-1) * outpicref->linesize[plane],
607                             outlink->w);
608                 }
609             }
610             s->xpos = 0;
611         }
612         for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
613             uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
614                          s->xpos * outpicref->linesize[plane];
615             for (x = 0; x < outlink->w; x++) {
616                 *p = lrint(FFMAX(0, FFMIN(s->combine_buffer[3 * x + plane], 255)));
617                 p++;
618             }
619         }
620     }
621
622     if (s->sliding != FULLFRAME || s->xpos == 0)
623         outpicref->pts = insamples->pts;
624
625     s->xpos++;
626     if (s->orientation == VERTICAL && s->xpos >= outlink->w)
627         s->xpos = 0;
628     if (s->orientation == HORIZONTAL && s->xpos >= outlink->h)
629         s->xpos = 0;
630     if (!s->single_pic && (s->sliding != FULLFRAME || s->xpos == 0)) {
631         ret = ff_filter_frame(outlink, av_frame_clone(s->outpicref));
632         if (ret < 0)
633             return ret;
634     }
635
636     return s->win_size;
637 }
638
639 #if CONFIG_SHOWSPECTRUM_FILTER
640
641 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
642 {
643     ShowSpectrumContext *s = outlink->src->priv;
644     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
645     unsigned i;
646     int ret;
647
648     ret = ff_request_frame(inlink);
649     if (ret == AVERROR_EOF && s->sliding == FULLFRAME && s->xpos > 0 &&
650         s->outpicref) {
651         if (s->orientation == VERTICAL) {
652             for (i = 0; i < outlink->h; i++) {
653                 memset(s->outpicref->data[0] + i * s->outpicref->linesize[0] + s->xpos,   0, outlink->w - s->xpos);
654                 memset(s->outpicref->data[1] + i * s->outpicref->linesize[1] + s->xpos, 128, outlink->w - s->xpos);
655                 memset(s->outpicref->data[2] + i * s->outpicref->linesize[2] + s->xpos, 128, outlink->w - s->xpos);
656             }
657         } else {
658             for (i = s->xpos; i < outlink->h; i++) {
659                 memset(s->outpicref->data[0] + i * s->outpicref->linesize[0],   0, outlink->w);
660                 memset(s->outpicref->data[1] + i * s->outpicref->linesize[1], 128, outlink->w);
661                 memset(s->outpicref->data[2] + i * s->outpicref->linesize[2], 128, outlink->w);
662             }
663         }
664         ret = ff_filter_frame(outlink, s->outpicref);
665         s->outpicref = NULL;
666     }
667
668     return ret;
669 }
670
671 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
672 {
673     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
674     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
675     AVFrame *fin = NULL;
676     int ret = 0;
677
678     av_audio_fifo_write(s->fifo, (void **)insamples->extended_data, insamples->nb_samples);
679     av_frame_free(&insamples);
680     while (av_audio_fifo_size(s->fifo) >= s->win_size) {
681         fin = ff_get_audio_buffer(inlink, s->win_size);
682         if (!fin) {
683             ret = AVERROR(ENOMEM);
684             goto fail;
685         }
686
687         fin->pts = s->pts;
688         s->pts += s->skip_samples;
689         ret = av_audio_fifo_peek(s->fifo, (void **)fin->extended_data, s->win_size);
690         if (ret < 0)
691             goto fail;
692
693         av_assert0(fin->nb_samples == s->win_size);
694
695         run_rdft(s, fin);
696         calc_magnitudes(s);
697
698         ret = plot_spectrum_column(inlink, fin);
699         av_frame_free(&fin);
700         av_audio_fifo_drain(s->fifo, s->skip_samples);
701         if (ret < 0)
702             goto fail;
703     }
704
705 fail:
706     av_frame_free(&fin);
707     return ret;
708 }
709
710 static const AVFilterPad showspectrum_inputs[] = {
711     {
712         .name         = "default",
713         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
714         .filter_frame = filter_frame,
715     },
716     { NULL }
717 };
718
719 static const AVFilterPad showspectrum_outputs[] = {
720     {
721         .name          = "default",
722         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
723         .config_props  = config_output,
724         .request_frame = request_frame,
725     },
726     { NULL }
727 };
728
729 AVFilter ff_avf_showspectrum = {
730     .name          = "showspectrum",
731     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a spectrum video output."),
732     .uninit        = uninit,
733     .query_formats = query_formats,
734     .priv_size     = sizeof(ShowSpectrumContext),
735     .inputs        = showspectrum_inputs,
736     .outputs       = showspectrum_outputs,
737     .priv_class    = &showspectrum_class,
738 };
739 #endif // CONFIG_SHOWSPECTRUM_FILTER
740
741 #if CONFIG_SHOWSPECTRUMPIC_FILTER
742
743 static const AVOption showspectrumpic_options[] = {
744     { "size", "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "4096x2048"}, 0, 0, FLAGS },
745     { "s",    "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "4096x2048"}, 0, 0, FLAGS },
746     { "mode", "set channel display mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=COMBINED}, 0, NB_MODES-1, FLAGS, "mode" },
747         { "combined", "combined mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COMBINED}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
748         { "separate", "separate mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SEPARATE}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
749     { "color", "set channel coloring", OFFSET(color_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=INTENSITY}, 0, NB_CLMODES-1, FLAGS, "color" },
750         { "channel",   "separate color for each channel", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CHANNEL},   0, 0, FLAGS, "color" },
751         { "intensity", "intensity based coloring",        0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=INTENSITY}, 0, 0, FLAGS, "color" },
752         { "rainbow",   "rainbow based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RAINBOW},   0, 0, FLAGS, "color" },
753         { "moreland",  "moreland based coloring",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MORELAND},  0, 0, FLAGS, "color" },
754         { "nebulae",   "nebulae based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NEBULAE},   0, 0, FLAGS, "color" },
755         { "fire",      "fire based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIRE},      0, 0, FLAGS, "color" },
756     { "scale", "set display scale", OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=LOG}, 0, NB_SCALES-1, FLAGS, "scale" },
757         { "sqrt", "square root", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SQRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
758         { "cbrt", "cubic root",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CBRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
759         { "log",  "logarithmic", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LOG},    0, 0, FLAGS, "scale" },
760         { "lin",  "linear",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LINEAR}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
761     { "saturation", "color saturation multiplier", OFFSET(saturation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, -10, 10, FLAGS },
762     { "win_func", "set window function", OFFSET(win_func), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = WFUNC_HANNING}, 0, NB_WFUNC-1, FLAGS, "win_func" },
763         { "rect",     "Rectangular",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_RECT},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
764         { "bartlett", "Bartlett",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BARTLETT}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
765         { "hann",     "Hann",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
766         { "hanning",  "Hanning",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
767         { "hamming",  "Hamming",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HAMMING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
768         { "blackman", "Blackman",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BLACKMAN}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
769         { "welch",    "Welch",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_WELCH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
770         { "flattop",  "Flat-top",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_FLATTOP},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
771         { "bharris",  "Blackman-Harris",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHARRIS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
772         { "bnuttall", "Blackman-Nuttall", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BNUTTALL}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
773         { "bhann",    "Bartlett-Hann",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHANN},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
774         { "sine",     "Sine",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_SINE},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
775         { "nuttall",  "Nuttall",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_NUTTALL},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
776         { "lanczos",  "Lanczos",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_LANCZOS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
777         { "gauss",    "Gauss",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_GAUSS},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
778     { "orientation", "set orientation", OFFSET(orientation), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=VERTICAL}, 0, NB_ORIENTATIONS-1, FLAGS, "orientation" },
779         { "vertical",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=VERTICAL},   0, 0, FLAGS, "orientation" },
780         { "horizontal", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=HORIZONTAL}, 0, 0, FLAGS, "orientation" },
781     { NULL }
782 };
783
784 AVFILTER_DEFINE_CLASS(showspectrumpic);
785
786 static int showspectrumpic_request_frame(AVFilterLink *outlink)
787 {
788     ShowSpectrumContext *s = outlink->src->priv;
789     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
790     int ret;
791
792     ret = ff_request_frame(inlink);
793     if (ret == AVERROR_EOF && s->outpicref) {
794         int samples = av_audio_fifo_size(s->fifo);
795         int consumed = 0;
796         int x = 0, sz = s->orientation == VERTICAL ? s->w : s->h;
797         int ch, spf, spb;
798         AVFrame *fin;
799
800         spf = s->win_size * (samples / ((s->win_size * sz) * ceil(samples / (float)(s->win_size * sz))));
801         spb = (samples / (spf * sz)) * spf;
802
803         fin = ff_get_audio_buffer(inlink, s->win_size);
804         if (!fin)
805             return AVERROR(ENOMEM);
806
807         while (x < sz) {
808             ret = av_audio_fifo_peek(s->fifo, (void **)fin->extended_data, s->win_size);
809             if (ret < 0) {
810                 av_frame_free(&fin);
811                 return ret;
812             }
813
814             av_audio_fifo_drain(s->fifo, spf);
815
816             if (ret < s->win_size) {
817                 for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
818                     memset(fin->extended_data[ch] + ret * sizeof(int16_t), 0,
819                            (s->win_size - ret) * sizeof(int16_t));
820                 }
821             }
822
823             run_rdft(s, fin);
824             acalc_magnitudes(s);
825
826             consumed += spf;
827             if (consumed >= spb) {
828                 int h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
829
830                 scale_magnitudes(s, 1. / (consumed / spf));
831                 plot_spectrum_column(inlink, fin);
832                 consumed = 0;
833                 x++;
834                 for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++)
835                     memset(s->magnitudes[ch], 0, h * sizeof(float));
836             }
837         }
838
839         av_frame_free(&fin);
840         s->outpicref->pts = 0;
841         ret = ff_filter_frame(outlink, s->outpicref);
842         s->outpicref = NULL;
843     }
844
845     return ret;
846 }
847
848 static int showspectrumpic_filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
849 {
850     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
851     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
852     int ret;
853
854     ret = av_audio_fifo_write(s->fifo, (void **)insamples->extended_data, insamples->nb_samples);
855     av_frame_free(&insamples);
856     return ret;
857 }
858
859 static const AVFilterPad showspectrumpic_inputs[] = {
860     {
861         .name         = "default",
862         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
863         .filter_frame = showspectrumpic_filter_frame,
864     },
865     { NULL }
866 };
867
868 static const AVFilterPad showspectrumpic_outputs[] = {
869     {
870         .name          = "default",
871         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
872         .config_props  = config_output,
873         .request_frame = showspectrumpic_request_frame,
874     },
875     { NULL }
876 };
877
878 AVFilter ff_avf_showspectrumpic = {
879     .name          = "showspectrumpic",
880     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a spectrum video output single picture."),
881     .uninit        = uninit,
882     .query_formats = query_formats,
883     .priv_size     = sizeof(ShowSpectrumContext),
884     .inputs        = showspectrumpic_inputs,
885     .outputs       = showspectrumpic_outputs,
886     .priv_class    = &showspectrumpic_class,
887 };
888
889 #endif // CONFIG_SHOWSPECTRUMPIC_FILTER