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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2018 Paul B Mahol
   3  *
   4  * This file is part of FFmpeg.
   5  *
   6  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   8  * License as published by the Free Software Foundation; either
   9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  10  *
  11  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  14  * Lesser General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  17  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  19  */
  20
  21 #include <float.h>
  22
  23 #include "libavutil/avassert.h"
  24 #include "libavutil/avstring.h"
  25 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  26 #include "libavutil/opt.h"
  27 #include "libavutil/xga_font_data.h"
  28 #include "audio.h"
  29 #include "avfilter.h"
  30 #include "internal.h"
  31
  32 typedef struct ThreadData {
  33     AVFrame *in, *out;
  34 } ThreadData;
  35
  36 typedef struct Pair {
  37     int a, b;
  38 } Pair;
  39
  40 typedef struct BiquadContext {
  41     double a[3];
  42     double b[3];
  43     double w1, w2;
  44 } BiquadContext;
  45
  46 typedef struct IIRChannel {
  47     int nb_ab[2];
  48     double *ab[2];
  49     double g;
  50     double *cache[2];
  51     double fir;
  52     BiquadContext *biquads;
  53     int clippings;
  54 } IIRChannel;
  55
  56 typedef struct AudioIIRContext {
  57     const AVClass *class;
  58     char *a_str, *b_str, *g_str;
  59     double dry_gain, wet_gain;
  60     double mix;
  61     int normalize;
  62     int format;
  63     int process;
  64     int precision;
  65     int response;
  66     int w, h;
  67     int ir_channel;
  68     AVRational rate;
  69
  70     AVFrame *video;
  71
  72     IIRChannel *iir;
  73     int channels;
  74     enum AVSampleFormat sample_format;
  75
  76     int (*iir_channel)(AVFilterContext *ctx, void *arg, int ch, int nb_jobs);
  77 } AudioIIRContext;
  78
  79 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
  80 {
  81     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
  82     AVFilterFormats *formats;
  83     AVFilterChannelLayouts *layouts;
  84     enum AVSampleFormat sample_fmts[] = {
  85         AV_SAMPLE_FMT_DBLP,
  86         AV_SAMPLE_FMT_NONE
  87     };
  88     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
  89         AV_PIX_FMT_RGB0,
  90         AV_PIX_FMT_NONE
  91     };
  92     int ret;
  93
  94     if (s->response) {
  95         AVFilterLink *videolink = ctx->outputs[1];
  96
  97         formats = ff_make_format_list(pix_fmts);
  98         if ((ret = ff_formats_ref(formats, &videolink->incfg.formats)) < 0)
  99             return ret;
 100     }
 101
 102     layouts = ff_all_channel_counts();
 103     if (!layouts)
 104         return AVERROR(ENOMEM);
 105     ret = ff_set_common_channel_layouts(ctx, layouts);
 106     if (ret < 0)
 107         return ret;
 108
 109     sample_fmts[0] = s->sample_format;
 110     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
 111     if (!formats)
 112         return AVERROR(ENOMEM);
 113     ret = ff_set_common_formats(ctx, formats);
 114     if (ret < 0)
 115         return ret;
 116
 117     formats = ff_all_samplerates();
 118     if (!formats)
 119         return AVERROR(ENOMEM);
 120     return ff_set_common_samplerates(ctx, formats);
 121 }
 122
 123 #define IIR_CH(name, type, min, max, need_clipping)                     \
 124 static int iir_ch_## name(AVFilterContext *ctx, void *arg, int ch, int nb_jobs)  \
 125 {                                                                       \
 126     AudioIIRContext *s = ctx->priv;                                     \
 127     const double ig = s->dry_gain;                                      \
 128     const double og = s->wet_gain;                                      \
 129     const double mix = s->mix;                                          \
 130     ThreadData *td = arg;                                               \
 131     AVFrame *in = td->in, *out = td->out;                               \
 132     const type *src = (const type *)in->extended_data[ch];              \
 133     double *oc = (double *)s->iir[ch].cache[0];                         \
 134     double *ic = (double *)s->iir[ch].cache[1];                         \
 135     const int nb_a = s->iir[ch].nb_ab[0];                               \
 136     const int nb_b = s->iir[ch].nb_ab[1];                               \
 137     const double *a = s->iir[ch].ab[0];                                 \
 138     const double *b = s->iir[ch].ab[1];                                 \
 139     const double g = s->iir[ch].g;                                      \
 140     int *clippings = &s->iir[ch].clippings;                             \
 141     type *dst = (type *)out->extended_data[ch];                         \
 142     int n;                                                              \
 143                                                                         \
 144     for (n = 0; n < in->nb_samples; n++) {                              \
 145         double sample = 0.;                                             \
 146         int x;                                                          \
 147                                                                         \
 148         memmove(&ic[1], &ic[0], (nb_b - 1) * sizeof(*ic));              \
 149         memmove(&oc[1], &oc[0], (nb_a - 1) * sizeof(*oc));              \
 150         ic[0] = src[n] * ig;                                            \
 151         for (x = 0; x < nb_b; x++)                                      \
 152             sample += b[x] * ic[x];                                     \
 153                                                                         \
 154         for (x = 1; x < nb_a; x++)                                      \
 155             sample -= a[x] * oc[x];                                     \
 156                                                                         \
 157         oc[0] = sample;                                                 \
 158         sample *= og * g;                                               \
 159         sample = sample * mix + ic[0] * (1. - mix);                     \
 160         if (need_clipping && sample < min) {                            \
 161             (*clippings)++;                                             \
 162             dst[n] = min;                                               \
 163         } else if (need_clipping && sample > max) {                     \
 164             (*clippings)++;                                             \
 165             dst[n] = max;                                               \
 166         } else {                                                        \
 167             dst[n] = sample;                                            \
 168         }                                                               \
 169     }                                                                   \
 170                                                                         \
 171     return 0;                                                           \
 172 }
 173
 174 IIR_CH(s16p, int16_t, INT16_MIN, INT16_MAX, 1)
 175 IIR_CH(s32p, int32_t, INT32_MIN, INT32_MAX, 1)
 176 IIR_CH(fltp, float,         -1.,        1., 0)
 177 IIR_CH(dblp, double,        -1.,        1., 0)
 178
 179 #define SERIAL_IIR_CH(name, type, min, max, need_clipping)              \
 180 static int iir_ch_serial_## name(AVFilterContext *ctx, void *arg,       \
 181                                  int ch, int nb_jobs)                   \
 182 {                                                                       \
 183     AudioIIRContext *s = ctx->priv;                                     \
 184     const double ig = s->dry_gain;                                      \
 185     const double og = s->wet_gain;                                      \
 186     const double mix = s->mix;                                          \
 187     const double imix = 1. - mix;                                       \
 188     ThreadData *td = arg;                                               \
 189     AVFrame *in = td->in, *out = td->out;                               \
 190     const type *src = (const type *)in->extended_data[ch];              \
 191     type *dst = (type *)out->extended_data[ch];                         \
 192     IIRChannel *iir = &s->iir[ch];                                      \
 193     const double g = iir->g;                                            \
 194     int *clippings = &iir->clippings;                                   \
 195     int nb_biquads = (FFMAX(iir->nb_ab[0], iir->nb_ab[1]) + 1) / 2;     \
 196     int n, i;                                                           \
 197                                                                         \
 198     for (i = nb_biquads - 1; i >= 0; i--) {                             \
 199         const double a1 = -iir->biquads[i].a[1];                        \
 200         const double a2 = -iir->biquads[i].a[2];                        \
 201         const double b0 = iir->biquads[i].b[0];                         \
 202         const double b1 = iir->biquads[i].b[1];                         \
 203         const double b2 = iir->biquads[i].b[2];                         \
 204         double w1 = iir->biquads[i].w1;                                 \
 205         double w2 = iir->biquads[i].w2;                                 \
 206                                                                         \
 207         for (n = 0; n < in->nb_samples; n++) {                          \
 208             double i0 = ig * (i ? dst[n] : src[n]);                     \
 209             double o0 = i0 * b0 + w1;                                   \
 210                                                                         \
 211             w1 = b1 * i0 + w2 + a1 * o0;                                \
 212             w2 = b2 * i0 + a2 * o0;                                     \
 213             o0 *= og * g;                                               \
 214                                                                         \
 215             o0 = o0 * mix + imix * i0;                                  \
 216             if (need_clipping && o0 < min) {                            \
 217                 (*clippings)++;                                         \
 218                 dst[n] = min;                                           \
 219             } else if (need_clipping && o0 > max) {                     \
 220                 (*clippings)++;                                         \
 221                 dst[n] = max;                                           \
 222             } else {                                                    \
 223                 dst[n] = o0;                                            \
 224             }                                                           \
 225         }                                                               \
 226         iir->biquads[i].w1 = w1;                                        \
 227         iir->biquads[i].w2 = w2;                                        \
 228     }                                                                   \
 229                                                                         \
 230     return 0;                                                           \
 231 }
 232
 233 SERIAL_IIR_CH(s16p, int16_t, INT16_MIN, INT16_MAX, 1)
 234 SERIAL_IIR_CH(s32p, int32_t, INT32_MIN, INT32_MAX, 1)
 235 SERIAL_IIR_CH(fltp, float,         -1.,        1., 0)
 236 SERIAL_IIR_CH(dblp, double,        -1.,        1., 0)
 237
 238 #define PARALLEL_IIR_CH(name, type, min, max, need_clipping)            \
 239 static int iir_ch_parallel_## name(AVFilterContext *ctx, void *arg,     \
 240                                    int ch, int nb_jobs)                 \
 241 {                                                                       \
 242     AudioIIRContext *s = ctx->priv;                                     \
 243     const double ig = s->dry_gain;                                      \
 244     const double og = s->wet_gain;                                      \
 245     const double mix = s->mix;                                          \
 246     const double imix = 1. - mix;                                       \
 247     ThreadData *td = arg;                                               \
 248     AVFrame *in = td->in, *out = td->out;                               \
 249     const type *src = (const type *)in->extended_data[ch];              \
 250     type *dst = (type *)out->extended_data[ch];                         \
 251     IIRChannel *iir = &s->iir[ch];                                      \
 252     const double g = iir->g;                                            \
 253     const double fir = iir->fir;                                        \
 254     int *clippings = &iir->clippings;                                   \
 255     int nb_biquads = (FFMAX(iir->nb_ab[0], iir->nb_ab[1]) + 1) / 2;     \
 256     int n, i;                                                           \
 257                                                                         \
 258     for (i = 0; i < nb_biquads; i++) {                                  \
 259         const double a1 = -iir->biquads[i].a[1];                        \
 260         const double a2 = -iir->biquads[i].a[2];                        \
 261         const double b1 = iir->biquads[i].b[1];                         \
 262         const double b2 = iir->biquads[i].b[2];                         \
 263         double w1 = iir->biquads[i].w1;                                 \
 264         double w2 = iir->biquads[i].w2;                                 \
 265                                                                         \
 266         for (n = 0; n < in->nb_samples; n++) {                          \
 267             double i0 = ig * src[n];                                    \
 268             double o0 = w1;                                             \
 269                                                                         \
 270             w1 = b1 * i0 + w2 + a1 * o0;                                \
 271             w2 = b2 * i0 + a2 * o0;                                     \
 272             o0 *= og * g;                                               \
 273             o0 += dst[n];                                               \
 274                                                                         \
 275             if (need_clipping && o0 < min) {                            \
 276                 (*clippings)++;                                         \
 277                 dst[n] = min;                                           \
 278             } else if (need_clipping && o0 > max) {                     \
 279                 (*clippings)++;                                         \
 280                 dst[n] = max;                                           \
 281             } else {                                                    \
 282                 dst[n] = o0;                                            \
 283             }                                                           \
 284         }                                                               \
 285         iir->biquads[i].w1 = w1;                                        \
 286         iir->biquads[i].w2 = w2;                                        \
 287     }                                                                   \
 288                                                                         \
 289     for (n = 0; n < in->nb_samples; n++) {                              \
 290         dst[n] += fir * src[n];                                         \
 291         dst[n] = dst[n] * mix + imix * src[n];                          \
 292     }                                                                   \
 293                                                                         \
 294     return 0;                                                           \
 295 }
 296
 297 PARALLEL_IIR_CH(s16p, int16_t, INT16_MIN, INT16_MAX, 1)
 298 PARALLEL_IIR_CH(s32p, int32_t, INT32_MIN, INT32_MAX, 1)
 299 PARALLEL_IIR_CH(fltp, float,         -1.,        1., 0)
 300 PARALLEL_IIR_CH(dblp, double,        -1.,        1., 0)
 301
 302 static void count_coefficients(char *item_str, int *nb_items)
 303 {
 304     char *p;
 305
 306     if (!item_str)
 307         return;
 308
 309     *nb_items = 1;
 310     for (p = item_str; *p && *p != '|'; p++) {
 311         if (*p == ' ')
 312             (*nb_items)++;
 313     }
 314 }
 315
 316 static int read_gains(AVFilterContext *ctx, char *item_str, int nb_items)
 317 {
 318     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 319     char *p, *arg, *old_str, *prev_arg = NULL, *saveptr = NULL;
 320     int i;
 321
 322     p = old_str = av_strdup(item_str);
 323     if (!p)
 324         return AVERROR(ENOMEM);
 325     for (i = 0; i < nb_items; i++) {
 326         if (!(arg = av_strtok(p, "|", &saveptr)))
 327             arg = prev_arg;
 328
 329         if (!arg) {
 330             av_freep(&old_str);
 331             return AVERROR(EINVAL);
 332         }
 333
 334         p = NULL;
 335         if (av_sscanf(arg, "%lf", &s->iir[i].g) != 1) {
 336             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid gains supplied: %s\n", arg);
 337             av_freep(&old_str);
 338             return AVERROR(EINVAL);
 339         }
 340
 341         prev_arg = arg;
 342     }
 343
 344     av_freep(&old_str);
 345
 346     return 0;
 347 }
 348
 349 static int read_tf_coefficients(AVFilterContext *ctx, char *item_str, int nb_items, double *dst)
 350 {
 351     char *p, *arg, *old_str, *saveptr = NULL;
 352     int i;
 353
 354     p = old_str = av_strdup(item_str);
 355     if (!p)
 356         return AVERROR(ENOMEM);
 357     for (i = 0; i < nb_items; i++) {
 358         if (!(arg = av_strtok(p, " ", &saveptr)))
 359             break;
 360
 361         p = NULL;
 362         if (av_sscanf(arg, "%lf", &dst[i]) != 1) {
 363             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid coefficients supplied: %s\n", arg);
 364             av_freep(&old_str);
 365             return AVERROR(EINVAL);
 366         }
 367     }
 368
 369     av_freep(&old_str);
 370
 371     return 0;
 372 }
 373
 374 static int read_zp_coefficients(AVFilterContext *ctx, char *item_str, int nb_items, double *dst, const char *format)
 375 {
 376     char *p, *arg, *old_str, *saveptr = NULL;
 377     int i;
 378
 379     p = old_str = av_strdup(item_str);
 380     if (!p)
 381         return AVERROR(ENOMEM);
 382     for (i = 0; i < nb_items; i++) {
 383         if (!(arg = av_strtok(p, " ", &saveptr)))
 384             break;
 385
 386         p = NULL;
 387         if (av_sscanf(arg, format, &dst[i*2], &dst[i*2+1]) != 2) {
 388             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid coefficients supplied: %s\n", arg);
 389             av_freep(&old_str);
 390             return AVERROR(EINVAL);
 391         }
 392     }
 393
 394     av_freep(&old_str);
 395
 396     return 0;
 397 }
 398
 399 static const char *format[] = { "%lf", "%lf %lfi", "%lf %lfr", "%lf %lfd", "%lf %lfi" };
 400
 401 static int read_channels(AVFilterContext *ctx, int channels, uint8_t *item_str, int ab)
 402 {
 403     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 404     char *p, *arg, *old_str, *prev_arg = NULL, *saveptr = NULL;
 405     int i, ret;
 406
 407     p = old_str = av_strdup(item_str);
 408     if (!p)
 409         return AVERROR(ENOMEM);
 410     for (i = 0; i < channels; i++) {
 411         IIRChannel *iir = &s->iir[i];
 412
 413         if (!(arg = av_strtok(p, "|", &saveptr)))
 414             arg = prev_arg;
 415
 416         if (!arg) {
 417             av_freep(&old_str);
 418             return AVERROR(EINVAL);
 419         }
 420
 421         count_coefficients(arg, &iir->nb_ab[ab]);
 422
 423         p = NULL;
 424         iir->cache[ab] = av_calloc(iir->nb_ab[ab] + 1, sizeof(double));
 425         iir->ab[ab] = av_calloc(iir->nb_ab[ab] * (!!s->format + 1), sizeof(double));
 426         if (!iir->ab[ab] || !iir->cache[ab]) {
 427             av_freep(&old_str);
 428             return AVERROR(ENOMEM);
 429         }
 430
 431         if (s->format > 0) {
 432             ret = read_zp_coefficients(ctx, arg, iir->nb_ab[ab], iir->ab[ab], format[s->format]);
 433         } else {
 434             ret = read_tf_coefficients(ctx, arg, iir->nb_ab[ab], iir->ab[ab]);
 435         }
 436         if (ret < 0) {
 437             av_freep(&old_str);
 438             return ret;
 439         }
 440         prev_arg = arg;
 441     }
 442
 443     av_freep(&old_str);
 444
 445     return 0;
 446 }
 447
 448 static void cmul(double re, double im, double re2, double im2, double *RE, double *IM)
 449 {
 450     *RE = re * re2 - im * im2;
 451     *IM = re * im2 + re2 * im;
 452 }
 453
 454 static int expand(AVFilterContext *ctx, double *pz, int n, double *coefs)
 455 {
 456     coefs[2 * n] = 1.0;
 457
 458     for (int i = 1; i <= n; i++) {
 459         for (int j = n - i; j < n; j++) {
 460             double re, im;
 461
 462             cmul(coefs[2 * (j + 1)], coefs[2 * (j + 1) + 1],
 463                  pz[2 * (i - 1)], pz[2 * (i - 1) + 1], &re, &im);
 464
 465             coefs[2 * j]     -= re;
 466             coefs[2 * j + 1] -= im;
 467         }
 468     }
 469
 470     for (int i = 0; i < n + 1; i++) {
 471         if (fabs(coefs[2 * i + 1]) > FLT_EPSILON) {
 472             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "coefs: %f of z^%d is not real; poles/zeros are not complex conjugates.\n",
 473                    coefs[2 * i + 1], i);
 474             return AVERROR(EINVAL);
 475         }
 476     }
 477
 478     return 0;
 479 }
 480
 481 static void normalize_coeffs(AVFilterContext *ctx, int ch)
 482 {
 483     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 484     IIRChannel *iir = &s->iir[ch];
 485     double sum_den = 0.;
 486
 487     if (!s->normalize)
 488         return;
 489
 490     for (int i = 0; i < iir->nb_ab[1]; i++) {
 491         sum_den += iir->ab[1][i];
 492     }
 493
 494     if (sum_den > 1e-6) {
 495         double factor, sum_num = 0.;
 496
 497         for (int i = 0; i < iir->nb_ab[0]; i++) {
 498             sum_num += iir->ab[0][i];
 499         }
 500
 501         factor = sum_num / sum_den;
 502
 503         for (int i = 0; i < iir->nb_ab[1]; i++) {
 504             iir->ab[1][i] *= factor;
 505         }
 506     }
 507 }
 508
 509 static int convert_zp2tf(AVFilterContext *ctx, int channels)
 510 {
 511     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 512     int ch, i, j, ret = 0;
 513
 514     for (ch = 0; ch < channels; ch++) {
 515         IIRChannel *iir = &s->iir[ch];
 516         double *topc, *botc;
 517
 518         topc = av_calloc((iir->nb_ab[1] + 1) * 2, sizeof(*topc));
 519         botc = av_calloc((iir->nb_ab[0] + 1) * 2, sizeof(*botc));
 520         if (!topc || !botc) {
 521             ret = AVERROR(ENOMEM);
 522             goto fail;
 523         }
 524
 525         ret = expand(ctx, iir->ab[0], iir->nb_ab[0], botc);
 526         if (ret < 0) {
 527             goto fail;
 528         }
 529
 530         ret = expand(ctx, iir->ab[1], iir->nb_ab[1], topc);
 531         if (ret < 0) {
 532             goto fail;
 533         }
 534
 535         for (j = 0, i = iir->nb_ab[1]; i >= 0; j++, i--) {
 536             iir->ab[1][j] = topc[2 * i];
 537         }
 538         iir->nb_ab[1]++;
 539
 540         for (j = 0, i = iir->nb_ab[0]; i >= 0; j++, i--) {
 541             iir->ab[0][j] = botc[2 * i];
 542         }
 543         iir->nb_ab[0]++;
 544
 545         normalize_coeffs(ctx, ch);
 546
 547 fail:
 548         av_free(topc);
 549         av_free(botc);
 550         if (ret < 0)
 551             break;
 552     }
 553
 554     return ret;
 555 }
 556
 557 static int decompose_zp2biquads(AVFilterContext *ctx, int channels)
 558 {
 559     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 560     int ch, ret;
 561
 562     for (ch = 0; ch < channels; ch++) {
 563         IIRChannel *iir = &s->iir[ch];
 564         int nb_biquads = (FFMAX(iir->nb_ab[0], iir->nb_ab[1]) + 1) / 2;
 565         int current_biquad = 0;
 566
 567         iir->biquads = av_calloc(nb_biquads, sizeof(BiquadContext));
 568         if (!iir->biquads)
 569             return AVERROR(ENOMEM);
 570
 571         while (nb_biquads--) {
 572             Pair outmost_pole = { -1, -1 };
 573             Pair nearest_zero = { -1, -1 };
 574             double zeros[4] = { 0 };
 575             double poles[4] = { 0 };
 576             double b[6] = { 0 };
 577             double a[6] = { 0 };
 578             double min_distance = DBL_MAX;
 579             double max_mag = 0;
 580             double factor;
 581             int i;
 582
 583             for (i = 0; i < iir->nb_ab[0]; i++) {
 584                 double mag;
 585
 586                 if (isnan(iir->ab[0][2 * i]) || isnan(iir->ab[0][2 * i + 1]))
 587                     continue;
 588                 mag = hypot(iir->ab[0][2 * i], iir->ab[0][2 * i + 1]);
 589
 590                 if (mag > max_mag) {
 591                     max_mag = mag;
 592                     outmost_pole.a = i;
 593                 }
 594             }
 595
 596             for (i = 0; i < iir->nb_ab[0]; i++) {
 597                 if (isnan(iir->ab[0][2 * i]) || isnan(iir->ab[0][2 * i + 1]))
 598                     continue;
 599
 600                 if (iir->ab[0][2 * i    ] ==  iir->ab[0][2 * outmost_pole.a    ] &&
 601                     iir->ab[0][2 * i + 1] == -iir->ab[0][2 * outmost_pole.a + 1]) {
 602                     outmost_pole.b = i;
 603                     break;
 604                 }
 605             }
 606
 607             av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "outmost_pole is %d.%d\n", outmost_pole.a, outmost_pole.b);
 608
 609             if (outmost_pole.a < 0 || outmost_pole.b < 0)
 610                 return AVERROR(EINVAL);
 611
 612             for (i = 0; i < iir->nb_ab[1]; i++) {
 613                 double distance;
 614
 615                 if (isnan(iir->ab[1][2 * i]) || isnan(iir->ab[1][2 * i + 1]))
 616                     continue;
 617                 distance = hypot(iir->ab[0][2 * outmost_pole.a    ] - iir->ab[1][2 * i    ],
 618                                  iir->ab[0][2 * outmost_pole.a + 1] - iir->ab[1][2 * i + 1]);
 619
 620                 if (distance < min_distance) {
 621                     min_distance = distance;
 622                     nearest_zero.a = i;
 623                 }
 624             }
 625
 626             for (i = 0; i < iir->nb_ab[1]; i++) {
 627                 if (isnan(iir->ab[1][2 * i]) || isnan(iir->ab[1][2 * i + 1]))
 628                     continue;
 629
 630                 if (iir->ab[1][2 * i    ] ==  iir->ab[1][2 * nearest_zero.a    ] &&
 631                     iir->ab[1][2 * i + 1] == -iir->ab[1][2 * nearest_zero.a + 1]) {
 632                     nearest_zero.b = i;
 633                     break;
 634                 }
 635             }
 636
 637             av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "nearest_zero is %d.%d\n", nearest_zero.a, nearest_zero.b);
 638
 639             if (nearest_zero.a < 0 || nearest_zero.b < 0)
 640                 return AVERROR(EINVAL);
 641
 642             poles[0] = iir->ab[0][2 * outmost_pole.a    ];
 643             poles[1] = iir->ab[0][2 * outmost_pole.a + 1];
 644
 645             zeros[0] = iir->ab[1][2 * nearest_zero.a    ];
 646             zeros[1] = iir->ab[1][2 * nearest_zero.a + 1];
 647
 648             if (nearest_zero.a == nearest_zero.b && outmost_pole.a == outmost_pole.b) {
 649                 zeros[2] = 0;
 650                 zeros[3] = 0;
 651
 652                 poles[2] = 0;
 653                 poles[3] = 0;
 654             } else {
 655                 poles[2] = iir->ab[0][2 * outmost_pole.b    ];
 656                 poles[3] = iir->ab[0][2 * outmost_pole.b + 1];
 657
 658                 zeros[2] = iir->ab[1][2 * nearest_zero.b    ];
 659                 zeros[3] = iir->ab[1][2 * nearest_zero.b + 1];
 660             }
 661
 662             ret = expand(ctx, zeros, 2, b);
 663             if (ret < 0)
 664                 return ret;
 665
 666             ret = expand(ctx, poles, 2, a);
 667             if (ret < 0)
 668                 return ret;
 669
 670             iir->ab[0][2 * outmost_pole.a] = iir->ab[0][2 * outmost_pole.a + 1] = NAN;
 671             iir->ab[0][2 * outmost_pole.b] = iir->ab[0][2 * outmost_pole.b + 1] = NAN;
 672             iir->ab[1][2 * nearest_zero.a] = iir->ab[1][2 * nearest_zero.a + 1] = NAN;
 673             iir->ab[1][2 * nearest_zero.b] = iir->ab[1][2 * nearest_zero.b + 1] = NAN;
 674
 675             iir->biquads[current_biquad].a[0] = 1.;
 676             iir->biquads[current_biquad].a[1] = a[2] / a[4];
 677             iir->biquads[current_biquad].a[2] = a[0] / a[4];
 678             iir->biquads[current_biquad].b[0] = b[4] / a[4];
 679             iir->biquads[current_biquad].b[1] = b[2] / a[4];
 680             iir->biquads[current_biquad].b[2] = b[0] / a[4];
 681
 682             if (s->normalize &&
 683                 fabs(iir->biquads[current_biquad].b[0] +
 684                      iir->biquads[current_biquad].b[1] +
 685                      iir->biquads[current_biquad].b[2]) > 1e-6) {
 686                 factor = (iir->biquads[current_biquad].a[0] +
 687                           iir->biquads[current_biquad].a[1] +
 688                           iir->biquads[current_biquad].a[2]) /
 689                          (iir->biquads[current_biquad].b[0] +
 690                           iir->biquads[current_biquad].b[1] +
 691                           iir->biquads[current_biquad].b[2]);
 692
 693                 av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "factor=%f\n", factor);
 694
 695                 iir->biquads[current_biquad].b[0] *= factor;
 696                 iir->biquads[current_biquad].b[1] *= factor;
 697                 iir->biquads[current_biquad].b[2] *= factor;
 698             }
 699
 700             iir->biquads[current_biquad].b[0] *= (current_biquad ? 1.0 : iir->g);
 701             iir->biquads[current_biquad].b[1] *= (current_biquad ? 1.0 : iir->g);
 702             iir->biquads[current_biquad].b[2] *= (current_biquad ? 1.0 : iir->g);
 703
 704             av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "a=%f %f %f:b=%f %f %f\n",
 705                    iir->biquads[current_biquad].a[0],
 706                    iir->biquads[current_biquad].a[1],
 707                    iir->biquads[current_biquad].a[2],
 708                    iir->biquads[current_biquad].b[0],
 709                    iir->biquads[current_biquad].b[1],
 710                    iir->biquads[current_biquad].b[2]);
 711
 712             current_biquad++;
 713         }
 714     }
 715
 716     return 0;
 717 }
 718
 719 static void biquad_process(double *x, double *y, int length,
 720                            double b0, double b1, double b2,
 721                            double a1, double a2)
 722 {
 723     double w1 = 0., w2 = 0.;
 724
 725     a1 = -a1;
 726     a2 = -a2;
 727
 728     for (int n = 0; n < length; n++) {
 729         double out, in = x[n];
 730
 731         y[n] = out = in * b0 + w1;
 732         w1 = b1 * in + w2 + a1 * out;
 733         w2 = b2 * in + a2 * out;
 734     }
 735 }
 736
 737 static void solve(double *matrix, double *vector, int n, double *y, double *x, double *lu)
 738 {
 739     double sum = 0.;
 740
 741     for (int i = 0; i < n; i++) {
 742         for (int j = i; j < n; j++) {
 743             sum = 0.;
 744             for (int k = 0; k < i; k++)
 745                 sum += lu[i * n + k] * lu[k * n + j];
 746             lu[i * n + j] = matrix[j * n + i] - sum;
 747         }
 748         for (int j = i + 1; j < n; j++) {
 749             sum = 0.;
 750             for (int k = 0; k < i; k++)
 751                 sum += lu[j * n + k] * lu[k * n + i];
 752             lu[j * n + i] = (1. / lu[i * n + i]) * (matrix[i * n + j] - sum);
 753         }
 754     }
 755
 756     for (int i = 0; i < n; i++) {
 757         sum = 0.;
 758         for (int k = 0; k < i; k++)
 759             sum += lu[i * n + k] * y[k];
 760         y[i] = vector[i] - sum;
 761     }
 762
 763     for (int i = n - 1; i >= 0; i--) {
 764         sum = 0.;
 765         for (int k = i + 1; k < n; k++)
 766             sum += lu[i * n + k] * x[k];
 767         x[i] = (1 / lu[i * n + i]) * (y[i] - sum);
 768     }
 769 }
 770
 771 static int convert_serial2parallel(AVFilterContext *ctx, int channels)
 772 {
 773     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 774     int ret = 0;
 775
 776     for (int ch = 0; ch < channels; ch++) {
 777         IIRChannel *iir = &s->iir[ch];
 778         int nb_biquads = (FFMAX(iir->nb_ab[0], iir->nb_ab[1]) + 1) / 2;
 779         int length = nb_biquads * 2 + 1;
 780         double *impulse = av_calloc(length, sizeof(*impulse));
 781         double *y = av_calloc(length, sizeof(*y));
 782         double *resp = av_calloc(length, sizeof(*resp));
 783         double *M = av_calloc((length - 1) * 2 * nb_biquads, sizeof(*M));
 784         double *W = av_calloc((length - 1) * 2 * nb_biquads, sizeof(*W));
 785
 786         if (!impulse || !y || !resp || !M) {
 787             av_free(impulse);
 788             av_free(y);
 789             av_free(resp);
 790             av_free(M);
 791             av_free(W);
 792             return AVERROR(ENOMEM);
 793         }
 794
 795         impulse[0] = 1.;
 796
 797         for (int n = 0; n < nb_biquads; n++) {
 798             BiquadContext *biquad = &iir->biquads[n];
 799
 800             biquad_process(n ? y : impulse, y, length,
 801                            biquad->b[0], biquad->b[1], biquad->b[2],
 802                            biquad->a[1], biquad->a[2]);
 803         }
 804
 805         for (int n = 0; n < nb_biquads; n++) {
 806             BiquadContext *biquad = &iir->biquads[n];
 807
 808             biquad_process(impulse, resp, length - 1,
 809                            1., 0., 0., biquad->a[1], biquad->a[2]);
 810
 811             memcpy(M + n * 2 * (length - 1), resp, sizeof(*resp) * (length - 1));
 812             memcpy(M + n * 2 * (length - 1) + length, resp, sizeof(*resp) * (length - 2));
 813             memset(resp, 0, length * sizeof(*resp));
 814         }
 815
 816         solve(M, &y[1], length - 1, &impulse[1], resp, W);
 817
 818         iir->fir = y[0];
 819
 820         for (int n = 0; n < nb_biquads; n++) {
 821             BiquadContext *biquad = &iir->biquads[n];
 822
 823             biquad->b[0] = 0.;
 824             biquad->b[1] = resp[n * 2 + 0];
 825             biquad->b[2] = resp[n * 2 + 1];
 826         }
 827
 828         av_free(impulse);
 829         av_free(y);
 830         av_free(resp);
 831         av_free(M);
 832         av_free(W);
 833
 834         if (ret < 0)
 835             return ret;
 836     }
 837
 838     return 0;
 839 }
 840
 841 static void convert_pr2zp(AVFilterContext *ctx, int channels)
 842 {
 843     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 844     int ch;
 845
 846     for (ch = 0; ch < channels; ch++) {
 847         IIRChannel *iir = &s->iir[ch];
 848         int n;
 849
 850         for (n = 0; n < iir->nb_ab[0]; n++) {
 851             double r = iir->ab[0][2*n];
 852             double angle = iir->ab[0][2*n+1];
 853
 854             iir->ab[0][2*n]   = r * cos(angle);
 855             iir->ab[0][2*n+1] = r * sin(angle);
 856         }
 857
 858         for (n = 0; n < iir->nb_ab[1]; n++) {
 859             double r = iir->ab[1][2*n];
 860             double angle = iir->ab[1][2*n+1];
 861
 862             iir->ab[1][2*n]   = r * cos(angle);
 863             iir->ab[1][2*n+1] = r * sin(angle);
 864         }
 865     }
 866 }
 867
 868 static void convert_sp2zp(AVFilterContext *ctx, int channels)
 869 {
 870     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 871     int ch;
 872
 873     for (ch = 0; ch < channels; ch++) {
 874         IIRChannel *iir = &s->iir[ch];
 875         int n;
 876
 877         for (n = 0; n < iir->nb_ab[0]; n++) {
 878             double sr = iir->ab[0][2*n];
 879             double si = iir->ab[0][2*n+1];
 880
 881             iir->ab[0][2*n]   = exp(sr) * cos(si);
 882             iir->ab[0][2*n+1] = exp(sr) * sin(si);
 883         }
 884
 885         for (n = 0; n < iir->nb_ab[1]; n++) {
 886             double sr = iir->ab[1][2*n];
 887             double si = iir->ab[1][2*n+1];
 888
 889             iir->ab[1][2*n]   = exp(sr) * cos(si);
 890             iir->ab[1][2*n+1] = exp(sr) * sin(si);
 891         }
 892     }
 893 }
 894
 895 static double fact(double i)
 896 {
 897     if (i <= 0.)
 898         return 1.;
 899     return i * fact(i - 1.);
 900 }
 901
 902 static double coef_sf2zf(double *a, int N, int n)
 903 {
 904     double z = 0.;
 905
 906     for (int i = 0; i <= N; i++) {
 907         double acc = 0.;
 908
 909         for (int k = FFMAX(n - N + i, 0); k <= FFMIN(i, n); k++) {
 910             acc += ((fact(i) * fact(N - i)) /
 911                     (fact(k) * fact(i - k) * fact(n - k) * fact(N - i - n + k))) *
 912                    ((k & 1) ? -1. : 1.);;
 913         }
 914
 915         z += a[i] * pow(2., i) * acc;
 916     }
 917
 918     return z;
 919 }
 920
 921 static void convert_sf2tf(AVFilterContext *ctx, int channels)
 922 {
 923     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 924     int ch;
 925
 926     for (ch = 0; ch < channels; ch++) {
 927         IIRChannel *iir = &s->iir[ch];
 928         double *temp0 = av_calloc(iir->nb_ab[0], sizeof(*temp0));
 929         double *temp1 = av_calloc(iir->nb_ab[1], sizeof(*temp1));
 930
 931         if (!temp0 || !temp1)
 932             goto next;
 933
 934         memcpy(temp0, iir->ab[0], iir->nb_ab[0] * sizeof(*temp0));
 935         memcpy(temp1, iir->ab[1], iir->nb_ab[1] * sizeof(*temp1));
 936
 937         for (int n = 0; n < iir->nb_ab[0]; n++)
 938             iir->ab[0][n] = coef_sf2zf(temp0, iir->nb_ab[0] - 1, n);
 939
 940         for (int n = 0; n < iir->nb_ab[1]; n++)
 941             iir->ab[1][n] = coef_sf2zf(temp1, iir->nb_ab[1] - 1, n);
 942
 943 next:
 944         av_free(temp0);
 945         av_free(temp1);
 946     }
 947 }
 948
 949 static void convert_pd2zp(AVFilterContext *ctx, int channels)
 950 {
 951     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 952     int ch;
 953
 954     for (ch = 0; ch < channels; ch++) {
 955         IIRChannel *iir = &s->iir[ch];
 956         int n;
 957
 958         for (n = 0; n < iir->nb_ab[0]; n++) {
 959             double r = iir->ab[0][2*n];
 960             double angle = M_PI*iir->ab[0][2*n+1]/180.;
 961
 962             iir->ab[0][2*n]   = r * cos(angle);
 963             iir->ab[0][2*n+1] = r * sin(angle);
 964         }
 965
 966         for (n = 0; n < iir->nb_ab[1]; n++) {
 967             double r = iir->ab[1][2*n];
 968             double angle = M_PI*iir->ab[1][2*n+1]/180.;
 969
 970             iir->ab[1][2*n]   = r * cos(angle);
 971             iir->ab[1][2*n+1] = r * sin(angle);
 972         }
 973     }
 974 }
 975
 976 static void check_stability(AVFilterContext *ctx, int channels)
 977 {
 978     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 979     int ch;
 980
 981     for (ch = 0; ch < channels; ch++) {
 982         IIRChannel *iir = &s->iir[ch];
 983
 984         for (int n = 0; n < iir->nb_ab[0]; n++) {
 985             double pr = hypot(iir->ab[0][2*n], iir->ab[0][2*n+1]);
 986
 987             if (pr >= 1.) {
 988                 av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "pole %d at channel %d is unstable\n", n, ch);
 989                 break;
 990             }
 991         }
 992     }
 993 }
 994
 995 static void drawtext(AVFrame *pic, int x, int y, const char *txt, uint32_t color)
 996 {
 997     const uint8_t *font;
 998     int font_height;
 999     int i;
1000
1001     font = avpriv_cga_font, font_height = 8;
1002
1003     for (i = 0; txt[i]; i++) {
1004         int char_y, mask;
1005
1006         uint8_t *p = pic->data[0] + y * pic->linesize[0] + (x + i * 8) * 4;
1007         for (char_y = 0; char_y < font_height; char_y++) {
1008             for (mask = 0x80; mask; mask >>= 1) {
1009                 if (font[txt[i] * font_height + char_y] & mask)
1010                     AV_WL32(p, color);
1011                 p += 4;
1012             }
1013             p += pic->linesize[0] - 8 * 4;
1014         }
1015     }
1016 }
1017
1018 static void draw_line(AVFrame *out, int x0, int y0, int x1, int y1, uint32_t color)
1019 {
1020     int dx = FFABS(x1-x0);
1021     int dy = FFABS(y1-y0), sy = y0 < y1 ? 1 : -1;
1022     int err = (dx>dy ? dx : -dy) / 2, e2;
1023
1024     for (;;) {
1025         AV_WL32(out->data[0] + y0 * out->linesize[0] + x0 * 4, color);
1026
1027         if (x0 == x1 && y0 == y1)
1028             break;
1029
1030         e2 = err;
1031
1032         if (e2 >-dx) {
1033             err -= dy;
1034             x0--;
1035         }
1036
1037         if (e2 < dy) {
1038             err += dx;
1039             y0 += sy;
1040         }
1041     }
1042 }
1043
1044 static double distance(double x0, double x1, double y0, double y1)
1045 {
1046     return hypot(x0 - x1, y0 - y1);
1047 }
1048
1049 static void get_response(int channel, int format, double w,
1050                          const double *b, const double *a,
1051                          int nb_b, int nb_a, double *magnitude, double *phase)
1052 {
1053     double realz, realp;
1054     double imagz, imagp;
1055     double real, imag;
1056     double div;
1057
1058     if (format == 0) {
1059         realz = 0., realp = 0.;
1060         imagz = 0., imagp = 0.;
1061         for (int x = 0; x < nb_a; x++) {
1062             realz += cos(-x * w) * a[x];
1063             imagz += sin(-x * w) * a[x];
1064         }
1065
1066         for (int x = 0; x < nb_b; x++) {
1067             realp += cos(-x * w) * b[x];
1068             imagp += sin(-x * w) * b[x];
1069         }
1070
1071         div = realp * realp + imagp * imagp;
1072         real = (realz * realp + imagz * imagp) / div;
1073         imag = (imagz * realp - imagp * realz) / div;
1074
1075         *magnitude = hypot(real, imag);
1076         *phase = atan2(imag, real);
1077     } else {
1078         double p = 1., z = 1.;
1079         double acc = 0.;
1080
1081         for (int x = 0; x < nb_a; x++) {
1082             z *= distance(cos(w), a[2 * x], sin(w), a[2 * x + 1]);
1083             acc += atan2(sin(w) - a[2 * x + 1], cos(w) - a[2 * x]);
1084         }
1085
1086         for (int x = 0; x < nb_b; x++) {
1087             p *= distance(cos(w), b[2 * x], sin(w), b[2 * x + 1]);
1088             acc -= atan2(sin(w) - b[2 * x + 1], cos(w) - b[2 * x]);
1089         }
1090
1091         *magnitude = z / p;
1092         *phase = acc;
1093     }
1094 }
1095
1096 static void draw_response(AVFilterContext *ctx, AVFrame *out, int sample_rate)
1097 {
1098     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
1099     double *mag, *phase, *temp, *delay, min = DBL_MAX, max = -DBL_MAX;
1100     double min_delay = DBL_MAX, max_delay = -DBL_MAX, min_phase, max_phase;
1101     int prev_ymag = -1, prev_yphase = -1, prev_ydelay = -1;
1102     char text[32];
1103     int ch, i;
1104
1105     memset(out->data[0], 0, s->h * out->linesize[0]);
1106
1107     phase = av_malloc_array(s->w, sizeof(*phase));
1108     temp = av_malloc_array(s->w, sizeof(*temp));
1109     mag = av_malloc_array(s->w, sizeof(*mag));
1110     delay = av_malloc_array(s->w, sizeof(*delay));
1111     if (!mag || !phase || !delay || !temp)
1112         goto end;
1113
1114     ch = av_clip(s->ir_channel, 0, s->channels - 1);
1115     for (i = 0; i < s->w; i++) {
1116         const double *b = s->iir[ch].ab[0];
1117         const double *a = s->iir[ch].ab[1];
1118         const int nb_b = s->iir[ch].nb_ab[0];
1119         const int nb_a = s->iir[ch].nb_ab[1];
1120         double w = i * M_PI / (s->w - 1);
1121         double m, p;
1122
1123         get_response(ch, s->format, w, b, a, nb_b, nb_a, &m, &p);
1124
1125         mag[i] = s->iir[ch].g * m;
1126         phase[i] = p;
1127         min = fmin(min, mag[i]);
1128         max = fmax(max, mag[i]);
1129     }
1130
1131     temp[0] = 0.;
1132     for (i = 0; i < s->w - 1; i++) {
1133         double d = phase[i] - phase[i + 1];
1134         temp[i + 1] = ceil(fabs(d) / (2. * M_PI)) * 2. * M_PI * ((d > M_PI) - (d < -M_PI));
1135     }
1136
1137     min_phase = phase[0];
1138     max_phase = phase[0];
1139     for (i = 1; i < s->w; i++) {
1140         temp[i] += temp[i - 1];
1141         phase[i] += temp[i];
1142         min_phase = fmin(min_phase, phase[i]);
1143         max_phase = fmax(max_phase, phase[i]);
1144     }
1145
1146     for (i = 0; i < s->w - 1; i++) {
1147         double div = s->w / (double)sample_rate;
1148
1149         delay[i + 1] = -(phase[i] - phase[i + 1]) / div;
1150         min_delay = fmin(min_delay, delay[i + 1]);
1151         max_delay = fmax(max_delay, delay[i + 1]);
1152     }
1153     delay[0] = delay[1];
1154
1155     for (i = 0; i < s->w; i++) {
1156         int ymag = mag[i] / max * (s->h - 1);
1157         int ydelay = (delay[i] - min_delay) / (max_delay - min_delay) * (s->h - 1);
1158         int yphase = (phase[i] - min_phase) / (max_phase - min_phase) * (s->h - 1);
1159
1160         ymag = s->h - 1 - av_clip(ymag, 0, s->h - 1);
1161         yphase = s->h - 1 - av_clip(yphase, 0, s->h - 1);
1162         ydelay = s->h - 1 - av_clip(ydelay, 0, s->h - 1);
1163
1164         if (prev_ymag < 0)
1165             prev_ymag = ymag;
1166         if (prev_yphase < 0)
1167             prev_yphase = yphase;
1168         if (prev_ydelay < 0)
1169             prev_ydelay = ydelay;
1170
1171         draw_line(out, i,   ymag, FFMAX(i - 1, 0),   prev_ymag, 0xFFFF00FF);
1172         draw_line(out, i, yphase, FFMAX(i - 1, 0), prev_yphase, 0xFF00FF00);
1173         draw_line(out, i, ydelay, FFMAX(i - 1, 0), prev_ydelay, 0xFF00FFFF);
1174
1175         prev_ymag   = ymag;
1176         prev_yphase = yphase;
1177         prev_ydelay = ydelay;
1178     }
1179
1180     if (s->w > 400 && s->h > 100) {
1181         drawtext(out, 2, 2, "Max Magnitude:", 0xDDDDDDDD);
1182         snprintf(text, sizeof(text), "%.2f", max);
1183         drawtext(out, 15 * 8 + 2, 2, text, 0xDDDDDDDD);
1184
1185         drawtext(out, 2, 12, "Min Magnitude:", 0xDDDDDDDD);
1186         snprintf(text, sizeof(text), "%.2f", min);
1187         drawtext(out, 15 * 8 + 2, 12, text, 0xDDDDDDDD);
1188
1189         drawtext(out, 2, 22, "Max Phase:", 0xDDDDDDDD);
1190         snprintf(text, sizeof(text), "%.2f", max_phase);
1191         drawtext(out, 15 * 8 + 2, 22, text, 0xDDDDDDDD);
1192
1193         drawtext(out, 2, 32, "Min Phase:", 0xDDDDDDDD);
1194         snprintf(text, sizeof(text), "%.2f", min_phase);
1195         drawtext(out, 15 * 8 + 2, 32, text, 0xDDDDDDDD);
1196
1197         drawtext(out, 2, 42, "Max Delay:", 0xDDDDDDDD);
1198         snprintf(text, sizeof(text), "%.2f", max_delay);
1199         drawtext(out, 11 * 8 + 2, 42, text, 0xDDDDDDDD);
1200
1201         drawtext(out, 2, 52, "Min Delay:", 0xDDDDDDDD);
1202         snprintf(text, sizeof(text), "%.2f", min_delay);
1203         drawtext(out, 11 * 8 + 2, 52, text, 0xDDDDDDDD);
1204     }
1205
1206 end:
1207     av_free(delay);
1208     av_free(temp);
1209     av_free(phase);
1210     av_free(mag);
1211 }
1212
1213 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
1214 {
1215     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
1216     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
1217     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
1218     int ch, ret, i;
1219
1220     s->channels = inlink->channels;
1221     s->iir = av_calloc(s->channels, sizeof(*s->iir));
1222     if (!s->iir)
1223         return AVERROR(ENOMEM);
1224
1225     ret = read_gains(ctx, s->g_str, inlink->channels);
1226     if (ret < 0)
1227         return ret;
1228
1229     ret = read_channels(ctx, inlink->channels, s->a_str, 0);
1230     if (ret < 0)
1231         return ret;
1232
1233     ret = read_channels(ctx, inlink->channels, s->b_str, 1);
1234     if (ret < 0)
1235         return ret;
1236
1237     if (s->format == -1) {
1238         convert_sf2tf(ctx, inlink->channels);
1239         s->format = 0;
1240     } else if (s->format == 2) {
1241         convert_pr2zp(ctx, inlink->channels);
1242     } else if (s->format == 3) {
1243         convert_pd2zp(ctx, inlink->channels);
1244     } else if (s->format == 4) {
1245         convert_sp2zp(ctx, inlink->channels);
1246     }
1247     if (s->format > 0) {
1248         check_stability(ctx, inlink->channels);
1249     }
1250
1251     av_frame_free(&s->video);
1252     if (s->response) {
1253         s->video = ff_get_video_buffer(ctx->outputs[1], s->w, s->h);
1254         if (!s->video)
1255             return AVERROR(ENOMEM);
1256
1257         draw_response(ctx, s->video, inlink->sample_rate);
1258     }
1259
1260     if (s->format == 0)
1261         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "transfer function coefficients format is not recommended for too high number of zeros/poles.\n");
1262
1263     if (s->format > 0 && s->process == 0) {
1264         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Direct processsing is not recommended for zp coefficients format.\n");
1265
1266         ret = convert_zp2tf(ctx, inlink->channels);
1267         if (ret < 0)
1268             return ret;
1269     } else if (s->format <= 0 && s->process == 1) {
1270         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Serial processing is not implemented for transfer function.\n");
1271         return AVERROR_PATCHWELCOME;
1272     } else if (s->format <= 0 && s->process == 2) {
1273         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Parallel processing is not implemented for transfer function.\n");
1274         return AVERROR_PATCHWELCOME;
1275     } else if (s->format > 0 && s->process == 1) {
1276         ret = decompose_zp2biquads(ctx, inlink->channels);
1277         if (ret < 0)
1278             return ret;
1279     } else if (s->format > 0 && s->process == 2) {
1280         if (s->precision > 1)
1281             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Parallel processing is not recommended for fixed-point precisions.\n");
1282         ret = decompose_zp2biquads(ctx, inlink->channels);
1283         if (ret < 0)
1284             return ret;
1285         ret = convert_serial2parallel(ctx, inlink->channels);
1286         if (ret < 0)
1287             return ret;
1288     }
1289
1290     for (ch = 0; s->format == 0 && ch < inlink->channels; ch++) {
1291         IIRChannel *iir = &s->iir[ch];
1292
1293         for (i = 1; i < iir->nb_ab[0]; i++) {
1294             iir->ab[0][i] /= iir->ab[0][0];
1295         }
1296
1297         iir->ab[0][0] = 1.0;
1298         for (i = 0; i < iir->nb_ab[1]; i++) {
1299             iir->ab[1][i] *= iir->g;
1300         }
1301
1302         normalize_coeffs(ctx, ch);
1303     }
1304
1305     switch (inlink->format) {
1306     case AV_SAMPLE_FMT_DBLP: s->iir_channel = s->process == 2 ? iir_ch_parallel_dblp : s->process == 1 ? iir_ch_serial_dblp : iir_ch_dblp; break;
1307     case AV_SAMPLE_FMT_FLTP: s->iir_channel = s->process == 2 ? iir_ch_parallel_fltp : s->process == 1 ? iir_ch_serial_fltp : iir_ch_fltp; break;
1308     case AV_SAMPLE_FMT_S32P: s->iir_channel = s->process == 2 ? iir_ch_parallel_s32p : s->process == 1 ? iir_ch_serial_s32p : iir_ch_s32p; break;
1309     case AV_SAMPLE_FMT_S16P: s->iir_channel = s->process == 2 ? iir_ch_parallel_s16p : s->process == 1 ? iir_ch_serial_s16p : iir_ch_s16p; break;
1310     }
1311
1312     return 0;
1313 }
1314
1315 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
1316 {
1317     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
1318     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
1319     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
1320     ThreadData td;
1321     AVFrame *out;
1322     int ch, ret;
1323
1324     if (av_frame_is_writable(in) && s->process != 2) {
1325         out = in;
1326     } else {
1327         out = ff_get_audio_buffer(outlink, in->nb_samples);
1328         if (!out) {
1329             av_frame_free(&in);
1330             return AVERROR(ENOMEM);
1331         }
1332         av_frame_copy_props(out, in);
1333     }
1334
1335     td.in  = in;
1336     td.out = out;
1337     ctx->internal->execute(ctx, s->iir_channel, &td, NULL, outlink->channels);
1338
1339     for (ch = 0; ch < outlink->channels; ch++) {
1340         if (s->iir[ch].clippings > 0)
1341             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Channel %d clipping %d times. Please reduce gain.\n",
1342                    ch, s->iir[ch].clippings);
1343         s->iir[ch].clippings = 0;
1344     }
1345
1346     if (in != out)
1347         av_frame_free(&in);
1348
1349     if (s->response) {
1350         AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[1];
1351         int64_t old_pts = s->video->pts;
1352         int64_t new_pts = av_rescale_q(out->pts, ctx->inputs[0]->time_base, outlink->time_base);
1353
1354         if (new_pts > old_pts) {
1355             AVFrame *clone;
1356
1357             s->video->pts = new_pts;
1358             clone = av_frame_clone(s->video);
1359             if (!clone)
1360                 return AVERROR(ENOMEM);
1361             ret = ff_filter_frame(outlink, clone);
1362             if (ret < 0)
1363                 return ret;
1364         }
1365     }
1366
1367     return ff_filter_frame(outlink, out);
1368 }
1369
1370 static int config_video(AVFilterLink *outlink)
1371 {
1372     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
1373     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
1374
1375     outlink->sample_aspect_ratio = (AVRational){1,1};
1376     outlink->w = s->w;
1377     outlink->h = s->h;
1378     outlink->frame_rate = s->rate;
1379     outlink->time_base = av_inv_q(outlink->frame_rate);
1380
1381     return 0;
1382 }
1383
1384 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
1385 {
1386     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
1387     AVFilterPad pad, vpad;
1388     int ret;
1389
1390     if (!s->a_str || !s->b_str || !s->g_str) {
1391         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Valid coefficients are mandatory.\n");
1392         return AVERROR(EINVAL);
1393     }
1394
1395     switch (s->precision) {
1396     case 0: s->sample_format = AV_SAMPLE_FMT_DBLP; break;
1397     case 1: s->sample_format = AV_SAMPLE_FMT_FLTP; break;
1398     case 2: s->sample_format = AV_SAMPLE_FMT_S32P; break;
1399     case 3: s->sample_format = AV_SAMPLE_FMT_S16P; break;
1400     default: return AVERROR_BUG;
1401     }
1402
1403     pad = (AVFilterPad){
1404         .name         = "default",
1405         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1406         .config_props = config_output,
1407     };
1408
1409     ret = ff_insert_outpad(ctx, 0, &pad);
1410     if (ret < 0)
1411         return ret;
1412
1413     if (s->response) {
1414         vpad = (AVFilterPad){
1415             .name         = "filter_response",
1416             .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1417             .config_props = config_video,
1418         };
1419
1420         ret = ff_insert_outpad(ctx, 1, &vpad);
1421         if (ret < 0)
1422             return ret;
1423     }
1424
1425     return 0;
1426 }
1427
1428 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
1429 {
1430     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
1431     int ch;
1432
1433     if (s->iir) {
1434         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
1435             IIRChannel *iir = &s->iir[ch];
1436             av_freep(&iir->ab[0]);
1437             av_freep(&iir->ab[1]);
1438             av_freep(&iir->cache[0]);
1439             av_freep(&iir->cache[1]);
1440             av_freep(&iir->biquads);
1441         }
1442     }
1443     av_freep(&s->iir);
1444
1445     av_frame_free(&s->video);
1446 }
1447
1448 static const AVFilterPad inputs[] = {
1449     {
1450         .name         = "default",
1451         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1452         .filter_frame = filter_frame,
1453     },
1454     { NULL }
1455 };
1456
1457 #define OFFSET(x) offsetof(AudioIIRContext, x)
1458 #define AF AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
1459 #define VF AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
1460
1461 static const AVOption aiir_options[] = {
1462     { "zeros", "set B/numerator/zeros coefficients", OFFSET(b_str),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="1+0i 1-0i"}, 0, 0, AF },
1463     { "z", "set B/numerator/zeros coefficients",   OFFSET(b_str),    AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="1+0i 1-0i"}, 0, 0, AF },
1464     { "poles", "set A/denominator/poles coefficients", OFFSET(a_str),AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="1+0i 1-0i"}, 0, 0, AF },
1465     { "p", "set A/denominator/poles coefficients", OFFSET(a_str),    AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="1+0i 1-0i"}, 0, 0, AF },
1466     { "gains", "set channels gains",               OFFSET(g_str),    AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="1|1"}, 0, 0, AF },
1467     { "k", "set channels gains",                   OFFSET(g_str),    AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="1|1"}, 0, 0, AF },
1468     { "dry", "set dry gain",                       OFFSET(dry_gain), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=1},     0, 1, AF },
1469     { "wet", "set wet gain",                       OFFSET(wet_gain), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=1},     0, 1, AF },
1470     { "format", "set coefficients format",         OFFSET(format),   AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=1},    -1, 4, AF, "format" },
1471     { "f", "set coefficients format",              OFFSET(format),   AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=1},    -1, 4, AF, "format" },
1472     { "sf", "analog transfer function",            0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=-1},    0, 0, AF, "format" },
1473     { "tf", "digital transfer function",           0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=0},     0, 0, AF, "format" },
1474     { "zp", "Z-plane zeros/poles",                 0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=1},     0, 0, AF, "format" },
1475     { "pr", "Z-plane zeros/poles (polar radians)", 0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=2},     0, 0, AF, "format" },
1476     { "pd", "Z-plane zeros/poles (polar degrees)", 0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=3},     0, 0, AF, "format" },
1477     { "sp", "S-plane zeros/poles",                 0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=4},     0, 0, AF, "format" },
1478     { "process", "set kind of processing",         OFFSET(process),  AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=1},     0, 2, AF, "process" },
1479     { "r", "set kind of processing",               OFFSET(process),  AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=1},     0, 2, AF, "process" },
1480     { "d", "direct",                               0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=0},     0, 0, AF, "process" },
1481     { "s", "serial",                               0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=1},     0, 0, AF, "process" },
1482     { "p", "parallel",                             0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=2},     0, 0, AF, "process" },
1483     { "precision", "set filtering precision",      OFFSET(precision),AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=0},     0, 3, AF, "precision" },
1484     { "e", "set precision",                        OFFSET(precision),AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=0},     0, 3, AF, "precision" },
1485     { "dbl", "double-precision floating-point",    0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=0},     0, 0, AF, "precision" },
1486     { "flt", "single-precision floating-point",    0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=1},     0, 0, AF, "precision" },
1487     { "i32", "32-bit integers",                    0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=2},     0, 0, AF, "precision" },
1488     { "i16", "16-bit integers",                    0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=3},     0, 0, AF, "precision" },
1489     { "normalize", "normalize coefficients",       OFFSET(normalize),AV_OPT_TYPE_BOOL,   {.i64=1},     0, 1, AF },
1490     { "n", "normalize coefficients",               OFFSET(normalize),AV_OPT_TYPE_BOOL,   {.i64=1},     0, 1, AF },
1491     { "mix", "set mix",                            OFFSET(mix),      AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=1},     0, 1, AF },
1492     { "response", "show IR frequency response",    OFFSET(response), AV_OPT_TYPE_BOOL,   {.i64=0},     0, 1, VF },
1493     { "channel", "set IR channel to display frequency response", OFFSET(ir_channel), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=0}, 0, 1024, VF },
1494     { "size",   "set video size",                  OFFSET(w),        AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "hd720"}, 0, 0, VF },
1495     { "rate",   "set video rate",                  OFFSET(rate),     AV_OPT_TYPE_VIDEO_RATE, {.str = "25"}, 0, INT32_MAX, VF },
1496     { NULL },
1497 };
1498
1499 AVFILTER_DEFINE_CLASS(aiir);
1500
1501 AVFilter ff_af_aiir = {
1502     .name          = "aiir",
1503     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply Infinite Impulse Response filter with supplied coefficients."),
1504     .priv_size     = sizeof(AudioIIRContext),
1505     .priv_class    = &aiir_class,
1506     .init          = init,
1507     .uninit        = uninit,
1508     .query_formats = query_formats,
1509     .inputs        = inputs,
1510     .flags         = AVFILTER_FLAG_DYNAMIC_OUTPUTS |
1511                      AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
1512 };