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

   1 /*
   2  * Copyright (c) Markus Schmidt and Christian Holschuh
   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 "libavutil/opt.h"
  22 #include "avfilter.h"
  23 #include "internal.h"
  24 #include "audio.h"
  25
  26 typedef struct ChannelParams {
  27     double blend_old, drive_old;
  28     double rdrive, rbdr, kpa, kpb, kna, knb, ap,
  29            an, imr, kc, srct, sq, pwrq;
  30     double prev_med, prev_out;
  31
  32     double hp[5], lp[5];
  33     double hw[4][2], lw[2][2];
  34 } ChannelParams;
  35
  36 typedef struct AExciterContext {
  37     const AVClass *class;
  38
  39     double level_in;
  40     double level_out;
  41     double amount;
  42     double drive;
  43     double blend;
  44     double freq;
  45     double ceil;
  46     int listen;
  47
  48     ChannelParams *cp;
  49 } AExciterContext;
  50
  51 #define OFFSET(x) offsetof(AExciterContext, x)
  52 #define A AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_RUNTIME_PARAM
  53
  54 static const AVOption aexciter_options[] = {
  55     { "level_in",  "set level in",    OFFSET(level_in),  AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=1},           0, 64, A },
  56     { "level_out", "set level out",   OFFSET(level_out), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=1},           0, 64, A },
  57     { "amount", "set amount",         OFFSET(amount),    AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=1},           0, 64, A },
  58     { "drive", "set harmonics",       OFFSET(drive),     AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=8.5},       0.1, 10, A },
  59     { "blend", "set blend harmonics", OFFSET(blend),     AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=0},         -10, 10, A },
  60     { "freq", "set scope",            OFFSET(freq),      AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=7500},  2000, 12000, A },
  61     { "ceil", "set ceiling",          OFFSET(ceil),      AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=9999},  9999, 20000, A },
  62     { "listen", "enable listen mode", OFFSET(listen),    AV_OPT_TYPE_BOOL,   {.i64=0},        0,     1, A },
  63     { NULL }
  64 };
  65
  66 AVFILTER_DEFINE_CLASS(aexciter);
  67
  68 static inline double M(double x)
  69 {
  70     return (fabs(x) > 0.00000001) ? x : 0.0;
  71 }
  72
  73 static inline double D(double x)
  74 {
  75     x = fabs(x);
  76
  77     return (x > 0.00000001) ? sqrt(x) : 0.0;
  78 }
  79
  80 static void set_params(ChannelParams *p,
  81                        double blend, double drive,
  82                        double srate, double freq,
  83                        double ceil)
  84 {
  85     double a0, a1, a2, b0, b1, b2, w0, alpha;
  86
  87     p->rdrive = 12.0 / drive;
  88     p->rbdr = p->rdrive / (10.5 - blend) * 780.0 / 33.0;
  89     p->kpa = D(2.0 * (p->rdrive*p->rdrive) - 1.0) + 1.0;
  90     p->kpb = (2.0 - p->kpa) / 2.0;
  91     p->ap = ((p->rdrive*p->rdrive) - p->kpa + 1.0) / 2.0;
  92     p->kc = p->kpa / D(2.0 * D(2.0 * (p->rdrive*p->rdrive) - 1.0) - 2.0 * p->rdrive*p->rdrive);
  93
  94     p->srct = (0.1 * srate) / (0.1 * srate + 1.0);
  95     p->sq = p->kc*p->kc + 1.0;
  96     p->knb = -1.0 * p->rbdr / D(p->sq);
  97     p->kna = 2.0 * p->kc * p->rbdr / D(p->sq);
  98     p->an = p->rbdr*p->rbdr / p->sq;
  99     p->imr = 2.0 * p->knb + D(2.0 * p->kna + 4.0 * p->an - 1.0);
 100     p->pwrq = 2.0 / (p->imr + 1.0);
 101
 102     w0 = 2 * M_PI * freq / srate;
 103     alpha = sin(w0) / (2. * 0.707);
 104     a0 =   1 + alpha;
 105     a1 =  -2 * cos(w0);
 106     a2 =   1 - alpha;
 107     b0 =  (1 + cos(w0)) / 2;
 108     b1 = -(1 + cos(w0));
 109     b2 =  (1 + cos(w0)) / 2;
 110
 111     p->hp[0] =-a1 / a0;
 112     p->hp[1] =-a2 / a0;
 113     p->hp[2] = b0 / a0;
 114     p->hp[3] = b1 / a0;
 115     p->hp[4] = b2 / a0;
 116
 117     w0 = 2 * M_PI * ceil / srate;
 118     alpha = sin(w0) / (2. * 0.707);
 119     a0 =  1 + alpha;
 120     a1 = -2 * cos(w0);
 121     a2 =  1 - alpha;
 122     b0 = (1 - cos(w0)) / 2;
 123     b1 =  1 - cos(w0);
 124     b2 = (1 - cos(w0)) / 2;
 125
 126     p->lp[0] =-a1 / a0;
 127     p->lp[1] =-a2 / a0;
 128     p->lp[2] = b0 / a0;
 129     p->lp[3] = b1 / a0;
 130     p->lp[4] = b2 / a0;
 131 }
 132
 133 static double bprocess(double in, const double *const c,
 134                        double *w1, double *w2)
 135 {
 136     double out = c[2] * in + *w1;
 137
 138     *w1 = c[3] * in + *w2 + c[0] * out;
 139     *w2 = c[4] * in + c[1] * out;
 140
 141     return out;
 142 }
 143
 144 static double distortion_process(AExciterContext *s, ChannelParams *p, double in)
 145 {
 146     double proc = in, med;
 147
 148     proc = bprocess(proc, p->hp, &p->hw[0][0], &p->hw[0][1]);
 149     proc = bprocess(proc, p->hp, &p->hw[1][0], &p->hw[1][1]);
 150
 151     if (proc >= 0.0) {
 152         med = (D(p->ap + proc * (p->kpa - proc)) + p->kpb) * p->pwrq;
 153     } else {
 154         med = (D(p->an - proc * (p->kna + proc)) + p->knb) * p->pwrq * -1.0;
 155     }
 156
 157     proc = p->srct * (med - p->prev_med + p->prev_out);
 158     p->prev_med = M(med);
 159     p->prev_out = M(proc);
 160
 161     proc = bprocess(proc, p->hp, &p->hw[2][0], &p->hw[2][1]);
 162     proc = bprocess(proc, p->hp, &p->hw[3][0], &p->hw[3][1]);
 163
 164     if (s->ceil >= 10000.) {
 165         proc = bprocess(proc, p->lp, &p->lw[0][0], &p->lw[0][1]);
 166         proc = bprocess(proc, p->lp, &p->lw[1][0], &p->lw[1][1]);
 167     }
 168
 169     return proc;
 170 }
 171
 172 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 173 {
 174     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 175     AExciterContext *s = ctx->priv;
 176     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 177     AVFrame *out;
 178     const double *src = (const double *)in->data[0];
 179     const double level_in = s->level_in;
 180     const double level_out = s->level_out;
 181     const double amount = s->amount;
 182     const double listen = 1.0 - s->listen;
 183     double *dst;
 184
 185     if (av_frame_is_writable(in)) {
 186         out = in;
 187     } else {
 188         out = ff_get_audio_buffer(inlink, in->nb_samples);
 189         if (!out) {
 190             av_frame_free(&in);
 191             return AVERROR(ENOMEM);
 192         }
 193         av_frame_copy_props(out, in);
 194     }
 195
 196     dst = (double *)out->data[0];
 197     for (int n = 0; n < in->nb_samples; n++) {
 198         for (int c = 0; c < inlink->channels; c++) {
 199             double sample = src[c] * level_in;
 200
 201             sample = distortion_process(s, &s->cp[c], sample);
 202             sample = sample * amount + listen * src[c];
 203
 204             sample *= level_out;
 205             if (ctx->is_disabled)
 206                 dst[c] = src[c];
 207             else
 208                 dst[c] = sample;
 209         }
 210
 211         src += inlink->channels;
 212         dst += inlink->channels;
 213     }
 214
 215     if (in != out)
 216         av_frame_free(&in);
 217
 218     return ff_filter_frame(outlink, out);
 219 }
 220
 221 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 222 {
 223     AVFilterFormats *formats;
 224     AVFilterChannelLayouts *layouts;
 225     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = {
 226         AV_SAMPLE_FMT_DBL,
 227         AV_SAMPLE_FMT_NONE
 228     };
 229     int ret;
 230
 231     layouts = ff_all_channel_counts();
 232     if (!layouts)
 233         return AVERROR(ENOMEM);
 234     ret = ff_set_common_channel_layouts(ctx, layouts);
 235     if (ret < 0)
 236         return ret;
 237
 238     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
 239     if (!formats)
 240         return AVERROR(ENOMEM);
 241     ret = ff_set_common_formats(ctx, formats);
 242     if (ret < 0)
 243         return ret;
 244
 245     formats = ff_all_samplerates();
 246     if (!formats)
 247         return AVERROR(ENOMEM);
 248     return ff_set_common_samplerates(ctx, formats);
 249 }
 250
 251 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 252 {
 253     AExciterContext *s = ctx->priv;
 254
 255     av_freep(&s->cp);
 256 }
 257
 258 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 259 {
 260     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 261     AExciterContext *s = ctx->priv;
 262
 263     if (!s->cp)
 264         s->cp = av_calloc(inlink->channels, sizeof(*s->cp));
 265     if (!s->cp)
 266         return AVERROR(ENOMEM);
 267
 268     for (int i = 0; i < inlink->channels; i++)
 269         set_params(&s->cp[i], s->blend, s->drive, inlink->sample_rate,
 270                    s->freq, s->ceil);
 271
 272     return 0;
 273 }
 274
 275 static int process_command(AVFilterContext *ctx, const char *cmd, const char *args,
 276                            char *res, int res_len, int flags)
 277 {
 278     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 279     int ret;
 280
 281     ret = ff_filter_process_command(ctx, cmd, args, res, res_len, flags);
 282     if (ret < 0)
 283         return ret;
 284
 285     return config_input(inlink);
 286 }
 287
 288 static const AVFilterPad avfilter_af_aexciter_inputs[] = {
 289     {
 290         .name         = "default",
 291         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 292         .config_props = config_input,
 293         .filter_frame = filter_frame,
 294     },
 295     { NULL }
 296 };
 297
 298 static const AVFilterPad avfilter_af_aexciter_outputs[] = {
 299     {
 300         .name = "default",
 301         .type = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 302     },
 303     { NULL }
 304 };
 305
 306 AVFilter ff_af_aexciter = {
 307     .name          = "aexciter",
 308     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Enhance high frequency part of audio."),
 309     .priv_size     = sizeof(AExciterContext),
 310     .priv_class    = &aexciter_class,
 311     .uninit        = uninit,
 312     .query_formats = query_formats,
 313     .inputs        = avfilter_af_aexciter_inputs,
 314     .outputs       = avfilter_af_aexciter_outputs,
 315     .process_command = process_command,
 316     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_INTERNAL,
 317 };