git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavfilter/af_acrossover.c

   1 /*
   2  * This file is part of FFmpeg.
   3  *
   4  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   5  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   6  * License as published by the Free Software Foundation; either
   7  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
   8  *
   9  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  12  * Lesser General Public License for more details.
  13  *
  14  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  15  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  16  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  17  */
  18
  19 /**
  20  * @file
  21  * Crossover filter
  22  *
  23  * Split an audio stream into several bands.
  24  */
  25
  26 #include "libavutil/attributes.h"
  27 #include "libavutil/avstring.h"
  28 #include "libavutil/channel_layout.h"
  29 #include "libavutil/eval.h"
  30 #include "libavutil/internal.h"
  31 #include "libavutil/opt.h"
  32
  33 #include "audio.h"
  34 #include "avfilter.h"
  35 #include "formats.h"
  36 #include "internal.h"
  37
  38 #define MAX_SPLITS 16
  39 #define MAX_BANDS MAX_SPLITS + 1
  40
  41 typedef struct BiquadContext {
  42     double a0, a1, a2;
  43     double b1, b2;
  44     double i1, i2;
  45     double o1, o2;
  46 } BiquadContext;
  47
  48 typedef struct CrossoverChannel {
  49     BiquadContext lp[MAX_BANDS][4];
  50     BiquadContext hp[MAX_BANDS][4];
  51 } CrossoverChannel;
  52
  53 typedef struct AudioCrossoverContext {
  54     const AVClass *class;
  55
  56     char *splits_str;
  57     int order;
  58
  59     int filter_count;
  60     int nb_splits;
  61     float *splits;
  62
  63     CrossoverChannel *xover;
  64
  65     AVFrame *input_frame;
  66     AVFrame *frames[MAX_BANDS];
  67 } AudioCrossoverContext;
  68
  69 #define OFFSET(x) offsetof(AudioCrossoverContext, x)
  70 #define AF AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM | AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
  71
  72 static const AVOption acrossover_options[] = {
  73     { "split", "set split frequencies", OFFSET(splits_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="500"}, 0, 0, AF },
  74     { "order", "set order",             OFFSET(order),      AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=1},     0, 2, AF, "m" },
  75     { "2nd",   "2nd order",             0,                  AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=0},     0, 0, AF, "m" },
  76     { "4th",   "4th order",             0,                  AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=1},     0, 0, AF, "m" },
  77     { "8th",   "8th order",             0,                  AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=2},     0, 0, AF, "m" },
  78     { NULL }
  79 };
  80
  81 AVFILTER_DEFINE_CLASS(acrossover);
  82
  83 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
  84 {
  85     AudioCrossoverContext *s = ctx->priv;
  86     char *p, *arg, *saveptr = NULL;
  87     int i, ret = 0;
  88
  89     s->splits = av_calloc(MAX_SPLITS, sizeof(*s->splits));
  90     if (!s->splits)
  91         return AVERROR(ENOMEM);
  92
  93     p = s->splits_str;
  94     for (i = 0; i < MAX_SPLITS; i++) {
  95         float freq;
  96
  97         if (!(arg = av_strtok(p, " |", &saveptr)))
  98             break;
  99
 100         p = NULL;
 101
 102         if (av_sscanf(arg, "%f", &freq) != 1) {
 103             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid syntax for frequency[%d].\n", i);
 104             return AVERROR(EINVAL);
 105         }
 106         if (freq <= 0) {
 107             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Frequency %f must be positive number.\n", freq);
 108             return AVERROR(EINVAL);
 109         }
 110
 111         if (i > 0 && freq <= s->splits[i-1]) {
 112             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Frequency %f must be in increasing order.\n", freq);
 113             return AVERROR(EINVAL);
 114         }
 115
 116         s->splits[i] = freq;
 117     }
 118
 119     s->nb_splits = i;
 120
 121     for (i = 0; i <= s->nb_splits; i++) {
 122         AVFilterPad pad  = { 0 };
 123         char *name;
 124
 125         pad.type = AVMEDIA_TYPE_AUDIO;
 126         name = av_asprintf("out%d", ctx->nb_outputs);
 127         if (!name)
 128             return AVERROR(ENOMEM);
 129         pad.name = name;
 130
 131         if ((ret = ff_insert_outpad(ctx, i, &pad)) < 0) {
 132             av_freep(&pad.name);
 133             return ret;
 134         }
 135     }
 136
 137     return ret;
 138 }
 139
 140 static void set_lp(BiquadContext *b, double fc, double q, double sr)
 141 {
 142     double omega = 2.0 * M_PI * fc / sr;
 143     double sn = sin(omega);
 144     double cs = cos(omega);
 145     double alpha = sn / (2. * q);
 146     double inv = 1.0 / (1.0 + alpha);
 147
 148     b->a0 = (1. - cs) * 0.5 * inv;
 149     b->a1 = (1. - cs) * inv;
 150     b->a2 = b->a0;
 151     b->b1 = -2. * cs * inv;
 152     b->b2 = (1. - alpha) * inv;
 153 }
 154
 155 static void set_hp(BiquadContext *b, double fc, double q, double sr)
 156 {
 157     double omega = 2 * M_PI * fc / sr;
 158     double sn = sin(omega);
 159     double cs = cos(omega);
 160     double alpha = sn / (2 * q);
 161     double inv = 1.0 / (1.0 + alpha);
 162
 163     b->a0 = inv * (1. + cs) / 2.;
 164     b->a1 = -2. * b->a0;
 165     b->a2 = b->a0;
 166     b->b1 = -2. * cs * inv;
 167     b->b2 = (1. - alpha) * inv;
 168 }
 169
 170 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 171 {
 172     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 173     AudioCrossoverContext *s = ctx->priv;
 174     int ch, band, sample_rate = inlink->sample_rate;
 175     double q;
 176
 177     s->xover = av_calloc(inlink->channels, sizeof(*s->xover));
 178     if (!s->xover)
 179         return AVERROR(ENOMEM);
 180
 181     switch (s->order) {
 182     case 0:
 183         q = 0.5;
 184         s->filter_count = 1;
 185         break;
 186     case 1:
 187         q = M_SQRT1_2;
 188         s->filter_count = 2;
 189         break;
 190     case 2:
 191         q = 0.54;
 192         s->filter_count = 4;
 193         break;
 194     }
 195
 196     for (ch = 0; ch < inlink->channels; ch++) {
 197         for (band = 0; band <= s->nb_splits; band++) {
 198             set_lp(&s->xover[ch].lp[band][0], s->splits[band], q, sample_rate);
 199             set_hp(&s->xover[ch].hp[band][0], s->splits[band], q, sample_rate);
 200
 201             if (s->order > 1) {
 202                 set_lp(&s->xover[ch].lp[band][1], s->splits[band], 1.34, sample_rate);
 203                 set_hp(&s->xover[ch].hp[band][1], s->splits[band], 1.34, sample_rate);
 204                 set_lp(&s->xover[ch].lp[band][2], s->splits[band],    q, sample_rate);
 205                 set_hp(&s->xover[ch].hp[band][2], s->splits[band],    q, sample_rate);
 206                 set_lp(&s->xover[ch].lp[band][3], s->splits[band], 1.34, sample_rate);
 207                 set_hp(&s->xover[ch].hp[band][3], s->splits[band], 1.34, sample_rate);
 208             } else {
 209                 set_lp(&s->xover[ch].lp[band][1], s->splits[band], q, sample_rate);
 210                 set_hp(&s->xover[ch].hp[band][1], s->splits[band], q, sample_rate);
 211             }
 212         }
 213     }
 214
 215     return 0;
 216 }
 217
 218 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 219 {
 220     AVFilterFormats *formats;
 221     AVFilterChannelLayouts *layouts;
 222     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = {
 223         AV_SAMPLE_FMT_DBLP,
 224         AV_SAMPLE_FMT_NONE
 225     };
 226     int ret;
 227
 228     layouts = ff_all_channel_counts();
 229     if (!layouts)
 230         return AVERROR(ENOMEM);
 231     ret = ff_set_common_channel_layouts(ctx, layouts);
 232     if (ret < 0)
 233         return ret;
 234
 235     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
 236     if (!formats)
 237         return AVERROR(ENOMEM);
 238     ret = ff_set_common_formats(ctx, formats);
 239     if (ret < 0)
 240         return ret;
 241
 242     formats = ff_all_samplerates();
 243     if (!formats)
 244         return AVERROR(ENOMEM);
 245     return ff_set_common_samplerates(ctx, formats);
 246 }
 247
 248 static double biquad_process(BiquadContext *b, double in)
 249 {
 250     double out = in * b->a0 + b->i1 * b->a1 + b->i2 * b->a2 - b->o1 * b->b1 - b->o2 * b->b2;
 251
 252     b->i2 = b->i1;
 253     b->o2 = b->o1;
 254     b->i1 = in;
 255     b->o1 = out;
 256
 257     return out;
 258 }
 259
 260 static int filter_channels(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 261 {
 262     AudioCrossoverContext *s = ctx->priv;
 263     AVFrame *in = s->input_frame;
 264     AVFrame **frames = s->frames;
 265     const int start = (in->channels * jobnr) / nb_jobs;
 266     const int end = (in->channels * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 267     int f, band;
 268
 269     for (int ch = start; ch < end; ch++) {
 270         const double *src = (const double *)in->extended_data[ch];
 271         CrossoverChannel *xover = &s->xover[ch];
 272
 273         for (int i = 0; i < in->nb_samples; i++) {
 274             double sample = src[i], lo, hi;
 275
 276             for (band = 0; band < ctx->nb_outputs; band++) {
 277                 double *dst = (double *)frames[band]->extended_data[ch];
 278
 279                 lo = sample;
 280                 hi = sample;
 281                 for (f = 0; band + 1 < ctx->nb_outputs && f < s->filter_count; f++) {
 282                     BiquadContext *lp = &xover->lp[band][f];
 283                     lo = biquad_process(lp, lo);
 284                 }
 285
 286                 for (f = 0; band + 1 < ctx->nb_outputs && f < s->filter_count; f++) {
 287                     BiquadContext *hp = &xover->hp[band][f];
 288                     hi = biquad_process(hp, hi);
 289                 }
 290
 291                 dst[i] = lo;
 292
 293                 sample = hi;
 294             }
 295         }
 296     }
 297
 298     return 0;
 299 }
 300
 301 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 302 {
 303     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 304     AudioCrossoverContext *s = ctx->priv;
 305     AVFrame **frames = s->frames;
 306     int i, ret = 0;
 307
 308     for (i = 0; i < ctx->nb_outputs; i++) {
 309         frames[i] = ff_get_audio_buffer(ctx->outputs[i], in->nb_samples);
 310
 311         if (!frames[i]) {
 312             ret = AVERROR(ENOMEM);
 313             break;
 314         }
 315
 316         frames[i]->pts = in->pts;
 317     }
 318
 319     if (ret < 0)
 320         goto fail;
 321
 322     s->input_frame = in;
 323     ctx->internal->execute(ctx, filter_channels, NULL, NULL, FFMIN(inlink->channels,
 324                                                                    ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
 325
 326     for (i = 0; i < ctx->nb_outputs; i++) {
 327         ret = ff_filter_frame(ctx->outputs[i], frames[i]);
 328         frames[i] = NULL;
 329         if (ret < 0)
 330             break;
 331     }
 332
 333 fail:
 334     for (i = 0; i < ctx->nb_outputs; i++)
 335         av_frame_free(&frames[i]);
 336     av_frame_free(&in);
 337     s->input_frame = NULL;
 338
 339     return ret;
 340 }
 341
 342 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 343 {
 344     AudioCrossoverContext *s = ctx->priv;
 345     int i;
 346
 347     av_freep(&s->splits);
 348     av_freep(&s->xover);
 349
 350     for (i = 0; i < ctx->nb_outputs; i++)
 351         av_freep(&ctx->output_pads[i].name);
 352 }
 353
 354 static const AVFilterPad inputs[] = {
 355     {
 356         .name         = "default",
 357         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 358         .filter_frame = filter_frame,
 359         .config_props = config_input,
 360     },
 361     { NULL }
 362 };
 363
 364 AVFilter ff_af_acrossover = {
 365     .name           = "acrossover",
 366     .description    = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Split audio into per-bands streams."),
 367     .priv_size      = sizeof(AudioCrossoverContext),
 368     .priv_class     = &acrossover_class,
 369     .init           = init,
 370     .uninit         = uninit,
 371     .query_formats  = query_formats,
 372     .inputs         = inputs,
 373     .outputs        = NULL,
 374     .flags          = AVFILTER_FLAG_DYNAMIC_OUTPUTS |
 375                       AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 376 };