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

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