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 } CrossoverChannel;
  51
  52 typedef struct AudioCrossoverContext {
  53     const AVClass *class;
  54
  55     char *splits_str;
  56     int order;
  57
  58     int filter_count;
  59     int nb_splits;
  60     float *splits;
  61
  62     CrossoverChannel *xover;
  63
  64     AVFrame *input_frame;
  65     AVFrame *frames[MAX_BANDS];
  66 } AudioCrossoverContext;
  67
  68 #define OFFSET(x) offsetof(AudioCrossoverContext, x)
  69 #define AF AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM | AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
  70
  71 static const AVOption acrossover_options[] = {
  72     { "split", "set split frequencies", OFFSET(splits_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="500"}, 0, 0, AF },
  73     { "order", "set order",             OFFSET(order),      AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=1},     0, 2, AF, "m" },
  74     { "2nd",   "2nd order",             0,                  AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=0},     0, 0, AF, "m" },
  75     { "4th",   "4th order",             0,                  AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=1},     0, 0, AF, "m" },
  76     { "8th",   "8th order",             0,                  AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=2},     0, 0, AF, "m" },
  77     { NULL }
  78 };
  79
  80 AVFILTER_DEFINE_CLASS(acrossover);
  81
  82 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
  83 {
  84     AudioCrossoverContext *s = ctx->priv;
  85     char *p, *arg, *saveptr = NULL;
  86     int i, ret = 0;
  87
  88     s->splits = av_calloc(MAX_SPLITS, sizeof(*s->splits));
  89     if (!s->splits)
  90         return AVERROR(ENOMEM);
  91
  92     p = s->splits_str;
  93     for (i = 0; i < MAX_SPLITS; i++) {
  94         float freq;
  95
  96         if (!(arg = av_strtok(p, " |", &saveptr)))
  97             break;
  98
  99         p = NULL;
 100
 101         av_sscanf(arg, "%f", &freq);
 102         if (freq <= 0) {
 103             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Frequency %f must be positive number.\n", freq);
 104             return AVERROR(EINVAL);
 105         }
 106
 107         if (i > 0 && freq <= s->splits[i-1]) {
 108             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Frequency %f must be in increasing order.\n", freq);
 109             return AVERROR(EINVAL);
 110         }
 111
 112         s->splits[i] = freq;
 113     }
 114
 115     s->nb_splits = i;
 116
 117     for (i = 0; i <= s->nb_splits; i++) {
 118         AVFilterPad pad  = { 0 };
 119         char *name;
 120
 121         pad.type = AVMEDIA_TYPE_AUDIO;
 122         name = av_asprintf("out%d", ctx->nb_outputs);
 123         if (!name)
 124             return AVERROR(ENOMEM);
 125         pad.name = name;
 126
 127         if ((ret = ff_insert_outpad(ctx, i, &pad)) < 0) {
 128             av_freep(&pad.name);
 129             return ret;
 130         }
 131     }
 132
 133     return ret;
 134 }
 135
 136 static void set_lp(BiquadContext *b, double fc, double q, double sr)
 137 {
 138     double omega = 2.0 * M_PI * fc / sr;
 139     double sn = sin(omega);
 140     double cs = cos(omega);
 141     double alpha = sn / (2. * q);
 142     double inv = 1.0 / (1.0 + alpha);
 143
 144     b->a0 = (1. - cs) * 0.5 * inv;
 145     b->a1 = (1. - cs) * inv;
 146     b->a2 = b->a0;
 147     b->b1 = -2. * cs * inv;
 148     b->b2 = (1. - alpha) * inv;
 149 }
 150
 151 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 152 {
 153     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 154     AudioCrossoverContext *s = ctx->priv;
 155     int ch, band, sample_rate = inlink->sample_rate;
 156     double q;
 157
 158     s->xover = av_calloc(inlink->channels, sizeof(*s->xover));
 159     if (!s->xover)
 160         return AVERROR(ENOMEM);
 161
 162     switch (s->order) {
 163     case 0:
 164         q = 0.5;
 165         s->filter_count = 1;
 166         break;
 167     case 1:
 168         q = M_SQRT1_2;
 169         s->filter_count = 2;
 170         break;
 171     case 2:
 172         q = 0.54;
 173         s->filter_count = 4;
 174         break;
 175     }
 176
 177     for (ch = 0; ch < inlink->channels; ch++) {
 178         for (band = 0; band <= s->nb_splits; band++) {
 179             set_lp(&s->xover[ch].lp[band][0], s->splits[band], q, sample_rate);
 180
 181             if (s->order > 1) {
 182                 set_lp(&s->xover[ch].lp[band][1], s->splits[band], 1.34, sample_rate);
 183                 set_lp(&s->xover[ch].lp[band][2], s->splits[band],    q, sample_rate);
 184                 set_lp(&s->xover[ch].lp[band][3], s->splits[band], 1.34, sample_rate);
 185             } else {
 186                 set_lp(&s->xover[ch].lp[band][1], s->splits[band], q, sample_rate);
 187             }
 188         }
 189     }
 190
 191     return 0;
 192 }
 193
 194 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 195 {
 196     AVFilterFormats *formats;
 197     AVFilterChannelLayouts *layouts;
 198     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = {
 199         AV_SAMPLE_FMT_DBLP,
 200         AV_SAMPLE_FMT_NONE
 201     };
 202     int ret;
 203
 204     layouts = ff_all_channel_counts();
 205     if (!layouts)
 206         return AVERROR(ENOMEM);
 207     ret = ff_set_common_channel_layouts(ctx, layouts);
 208     if (ret < 0)
 209         return ret;
 210
 211     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
 212     if (!formats)
 213         return AVERROR(ENOMEM);
 214     ret = ff_set_common_formats(ctx, formats);
 215     if (ret < 0)
 216         return ret;
 217
 218     formats = ff_all_samplerates();
 219     if (!formats)
 220         return AVERROR(ENOMEM);
 221     return ff_set_common_samplerates(ctx, formats);
 222 }
 223
 224 static double biquad_process(BiquadContext *b, double in)
 225 {
 226     double out = in * b->a0 + b->i1 * b->a1 + b->i2 * b->a2 - b->o1 * b->b1 - b->o2 * b->b2;
 227
 228     b->i2 = b->i1;
 229     b->o2 = b->o1;
 230     b->i1 = in;
 231     b->o1 = out;
 232
 233     return out;
 234 }
 235
 236 static int filter_channels(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 237 {
 238     AudioCrossoverContext *s = ctx->priv;
 239     AVFrame *in = s->input_frame;
 240     AVFrame **frames = s->frames;
 241     const int start = (in->channels * jobnr) / nb_jobs;
 242     const int end = (in->channels * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 243     int f, band;
 244
 245     for (int ch = start; ch < end; ch++) {
 246         const double *src = (const double *)in->extended_data[ch];
 247         CrossoverChannel *xover = &s->xover[ch];
 248
 249         for (int i = 0; i < in->nb_samples; i++) {
 250             double sample = src[i], lo, hi;
 251
 252             for (band = 0; band < ctx->nb_outputs; band++) {
 253                 double *dst = (double *)frames[band]->extended_data[ch];
 254
 255                 lo = sample;
 256                 for (f = 0; band + 1 < ctx->nb_outputs && f < s->filter_count; f++) {
 257                     BiquadContext *lp = &xover->lp[band][f];
 258                     lo = biquad_process(lp, lo);
 259                 }
 260
 261                 hi = sample - lo;
 262
 263                 dst[i] = lo;
 264
 265                 sample = hi;
 266             }
 267         }
 268     }
 269
 270     return 0;
 271 }
 272
 273 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 274 {
 275     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 276     AudioCrossoverContext *s = ctx->priv;
 277     AVFrame **frames = s->frames;
 278     int i, ret = 0;
 279
 280     for (i = 0; i < ctx->nb_outputs; i++) {
 281         frames[i] = ff_get_audio_buffer(ctx->outputs[i], in->nb_samples);
 282
 283         if (!frames[i]) {
 284             ret = AVERROR(ENOMEM);
 285             break;
 286         }
 287
 288         frames[i]->pts = in->pts;
 289     }
 290
 291     if (ret < 0)
 292         goto fail;
 293
 294     s->input_frame = in;
 295     ctx->internal->execute(ctx, filter_channels, NULL, NULL, FFMIN(inlink->channels,
 296                                                                    ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
 297
 298     for (i = 0; i < ctx->nb_outputs; i++) {
 299         ret = ff_filter_frame(ctx->outputs[i], frames[i]);
 300         frames[i] = NULL;
 301         if (ret < 0)
 302             break;
 303     }
 304
 305 fail:
 306     av_frame_free(&in);
 307     s->input_frame = NULL;
 308
 309     return ret;
 310 }
 311
 312 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 313 {
 314     AudioCrossoverContext *s = ctx->priv;
 315     int i;
 316
 317     av_freep(&s->splits);
 318     av_freep(&s->xover);
 319
 320     for (i = 0; i < ctx->nb_outputs; i++)
 321         av_freep(&ctx->output_pads[i].name);
 322 }
 323
 324 static const AVFilterPad inputs[] = {
 325     {
 326         .name         = "default",
 327         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 328         .filter_frame = filter_frame,
 329         .config_props = config_input,
 330     },
 331     { NULL }
 332 };
 333
 334 AVFilter ff_af_acrossover = {
 335     .name           = "acrossover",
 336     .description    = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Split audio into per-bands streams."),
 337     .priv_size      = sizeof(AudioCrossoverContext),
 338     .priv_class     = &acrossover_class,
 339     .init           = init,
 340     .uninit         = uninit,
 341     .query_formats  = query_formats,
 342     .inputs         = inputs,
 343     .outputs        = NULL,
 344     .flags          = AVFILTER_FLAG_DYNAMIC_OUTPUTS |
 345                       AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 346 };