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