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