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/opt.h"
  26 #include "audio.h"
  27 #include "avfilter.h"
  28 #include "internal.h"
  29
  30 typedef struct ThreadData {
  31     AVFrame *in, *out;
  32 } ThreadData;
  33
  34 typedef struct Pair {
  35     int a, b;
  36 } Pair;
  37
  38 typedef struct BiquadContext {
  39     double a0, a1, a2;
  40     double b0, b1, b2;
  41     double i1, i2;
  42     double o1, o2;
  43 } BiquadContext;
  44
  45 typedef struct IIRChannel {
  46     int nb_ab[2];
  47     double *ab[2];
  48     double g;
  49     double *cache[2];
  50     BiquadContext *biquads;
  51     int clippings;
  52 } IIRChannel;
  53
  54 typedef struct AudioIIRContext {
  55     const AVClass *class;
  56     char *a_str, *b_str, *g_str;
  57     double dry_gain, wet_gain;
  58     int format;
  59     int process;
  60     int precision;
  61
  62     IIRChannel *iir;
  63     int channels;
  64     enum AVSampleFormat sample_format;
  65
  66     int (*iir_channel)(AVFilterContext *ctx, void *arg, int ch, int nb_jobs);
  67 } AudioIIRContext;
  68
  69 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
  70 {
  71     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
  72     AVFilterFormats *formats;
  73     AVFilterChannelLayouts *layouts;
  74     enum AVSampleFormat sample_fmts[] = {
  75         AV_SAMPLE_FMT_DBLP,
  76         AV_SAMPLE_FMT_NONE
  77     };
  78     int ret;
  79
  80     layouts = ff_all_channel_counts();
  81     if (!layouts)
  82         return AVERROR(ENOMEM);
  83     ret = ff_set_common_channel_layouts(ctx, layouts);
  84     if (ret < 0)
  85         return ret;
  86
  87     sample_fmts[0] = s->sample_format;
  88     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
  89     if (!formats)
  90         return AVERROR(ENOMEM);
  91     ret = ff_set_common_formats(ctx, formats);
  92     if (ret < 0)
  93         return ret;
  94
  95     formats = ff_all_samplerates();
  96     if (!formats)
  97         return AVERROR(ENOMEM);
  98     return ff_set_common_samplerates(ctx, formats);
  99 }
 100
 101 #define IIR_CH(name, type, min, max, need_clipping)                     \
 102 static int iir_ch_## name(AVFilterContext *ctx, void *arg, int ch, int nb_jobs)  \
 103 {                                                                       \
 104     AudioIIRContext *s = ctx->priv;                                     \
 105     const double ig = s->dry_gain;                                      \
 106     const double og = s->wet_gain;                                      \
 107     ThreadData *td = arg;                                               \
 108     AVFrame *in = td->in, *out = td->out;                               \
 109     const type *src = (const type *)in->extended_data[ch];              \
 110     double *ic = (double *)s->iir[ch].cache[0];                         \
 111     double *oc = (double *)s->iir[ch].cache[1];                         \
 112     const int nb_a = s->iir[ch].nb_ab[0];                               \
 113     const int nb_b = s->iir[ch].nb_ab[1];                               \
 114     const double *a = s->iir[ch].ab[0];                                 \
 115     const double *b = s->iir[ch].ab[1];                                 \
 116     int *clippings = &s->iir[ch].clippings;                             \
 117     type *dst = (type *)out->extended_data[ch];                         \
 118     int n;                                                              \
 119                                                                         \
 120     for (n = 0; n < in->nb_samples; n++) {                              \
 121         double sample = 0.;                                             \
 122         int x;                                                          \
 123                                                                         \
 124         memmove(&ic[1], &ic[0], (nb_b - 1) * sizeof(*ic));              \
 125         memmove(&oc[1], &oc[0], (nb_a - 1) * sizeof(*oc));              \
 126         ic[0] = src[n] * ig;                                            \
 127         for (x = 0; x < nb_b; x++)                                      \
 128             sample += b[x] * ic[x];                                     \
 129                                                                         \
 130         for (x = 1; x < nb_a; x++)                                      \
 131             sample -= a[x] * oc[x];                                     \
 132                                                                         \
 133         oc[0] = sample;                                                 \
 134         sample *= og;                                                   \
 135         if (need_clipping && sample < min) {                            \
 136             (*clippings)++;                                             \
 137             dst[n] = min;                                               \
 138         } else if (need_clipping && sample > max) {                     \
 139             (*clippings)++;                                             \
 140             dst[n] = max;                                               \
 141         } else {                                                        \
 142             dst[n] = sample;                                            \
 143         }                                                               \
 144     }                                                                   \
 145                                                                         \
 146     return 0;                                                           \
 147 }
 148
 149 IIR_CH(s16p, int16_t, INT16_MIN, INT16_MAX, 1)
 150 IIR_CH(s32p, int32_t, INT32_MIN, INT32_MAX, 1)
 151 IIR_CH(fltp, float,         -1.,        1., 0)
 152 IIR_CH(dblp, double,        -1.,        1., 0)
 153
 154 #define SERIAL_IIR_CH(name, type, min, max, need_clipping)                  \
 155 static int iir_ch_serial_## name(AVFilterContext *ctx, void *arg, int ch, int nb_jobs)  \
 156 {                                                                       \
 157     AudioIIRContext *s = ctx->priv;                                     \
 158     const double ig = s->dry_gain;                                      \
 159     const double og = s->wet_gain;                                      \
 160     ThreadData *td = arg;                                               \
 161     AVFrame *in = td->in, *out = td->out;                               \
 162     const type *src = (const type *)in->extended_data[ch];              \
 163     type *dst = (type *)out->extended_data[ch];                         \
 164     IIRChannel *iir = &s->iir[ch];                                      \
 165     int *clippings = &iir->clippings;                                   \
 166     int nb_biquads = (FFMAX(iir->nb_ab[0], iir->nb_ab[1]) + 1) / 2;     \
 167     int n, i;                                                           \
 168                                                                         \
 169     for (i = 0; i < nb_biquads; i++) {                                  \
 170         const double a1 = -iir->biquads[i].a1;                          \
 171         const double a2 = -iir->biquads[i].a2;                          \
 172         const double b0 = iir->biquads[i].b0;                           \
 173         const double b1 = iir->biquads[i].b1;                           \
 174         const double b2 = iir->biquads[i].b2;                           \
 175         double i1 = iir->biquads[i].i1;                                 \
 176         double i2 = iir->biquads[i].i2;                                 \
 177         double o1 = iir->biquads[i].o1;                                 \
 178         double o2 = iir->biquads[i].o2;                                 \
 179                                                                         \
 180         for (n = 0; n < in->nb_samples; n++) {                          \
 181             double sample = ig * (i ? dst[n] : src[n]);                 \
 182             double o0 = sample * b0 + i1 * b1 + i2 * b2 + o1 * a1 + o2 * a2; \
 183                                                                         \
 184             i2 = i1;                                                    \
 185             i1 = src[n];                                                \
 186             o2 = o1;                                                    \
 187             o1 = o0;                                                    \
 188             o0 *= og;                                                   \
 189                                                                         \
 190             if (need_clipping && o0 < min) {                            \
 191                 (*clippings)++;                                         \
 192                 dst[n] = min;                                           \
 193             } else if (need_clipping && o0 > max) {                     \
 194                 (*clippings)++;                                         \
 195                 dst[n] = max;                                           \
 196             } else {                                                    \
 197                 dst[n] = o0;                                            \
 198             }                                                           \
 199         }                                                               \
 200         iir->biquads[i].i1 = i1;                                        \
 201         iir->biquads[i].i2 = i2;                                        \
 202         iir->biquads[i].o1 = o1;                                        \
 203         iir->biquads[i].o2 = o2;                                        \
 204     }                                                                   \
 205                                                                         \
 206     return 0;                                                           \
 207 }
 208
 209 SERIAL_IIR_CH(s16p, int16_t, INT16_MIN, INT16_MAX, 1)
 210 SERIAL_IIR_CH(s32p, int32_t, INT32_MIN, INT32_MAX, 1)
 211 SERIAL_IIR_CH(fltp, float,         -1.,        1., 0)
 212 SERIAL_IIR_CH(dblp, double,        -1.,        1., 0)
 213
 214 static void count_coefficients(char *item_str, int *nb_items)
 215 {
 216     char *p;
 217
 218     if (!item_str)
 219         return;
 220
 221     *nb_items = 1;
 222     for (p = item_str; *p && *p != '|'; p++) {
 223         if (*p == ' ')
 224             (*nb_items)++;
 225     }
 226 }
 227
 228 static int read_gains(AVFilterContext *ctx, char *item_str, int nb_items)
 229 {
 230     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 231     char *p, *arg, *old_str, *prev_arg = NULL, *saveptr = NULL;
 232     int i;
 233
 234     p = old_str = av_strdup(item_str);
 235     if (!p)
 236         return AVERROR(ENOMEM);
 237     for (i = 0; i < nb_items; i++) {
 238         if (!(arg = av_strtok(p, "|", &saveptr)))
 239             arg = prev_arg;
 240
 241         if (!arg) {
 242             av_freep(&old_str);
 243             return AVERROR(EINVAL);
 244         }
 245
 246         p = NULL;
 247         if (sscanf(arg, "%lf", &s->iir[i].g) != 1) {
 248             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid gains supplied: %s\n", arg);
 249             av_freep(&old_str);
 250             return AVERROR(EINVAL);
 251         }
 252
 253         prev_arg = arg;
 254     }
 255
 256     av_freep(&old_str);
 257
 258     return 0;
 259 }
 260
 261 static int read_tf_coefficients(AVFilterContext *ctx, char *item_str, int nb_items, double *dst)
 262 {
 263     char *p, *arg, *old_str, *saveptr = NULL;
 264     int i;
 265
 266     p = old_str = av_strdup(item_str);
 267     if (!p)
 268         return AVERROR(ENOMEM);
 269     for (i = 0; i < nb_items; i++) {
 270         if (!(arg = av_strtok(p, " ", &saveptr)))
 271             break;
 272
 273         p = NULL;
 274         if (sscanf(arg, "%lf", &dst[i]) != 1) {
 275             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid coefficients supplied: %s\n", arg);
 276             av_freep(&old_str);
 277             return AVERROR(EINVAL);
 278         }
 279     }
 280
 281     av_freep(&old_str);
 282
 283     return 0;
 284 }
 285
 286 static int read_zp_coefficients(AVFilterContext *ctx, char *item_str, int nb_items, double *dst, const char *format)
 287 {
 288     char *p, *arg, *old_str, *saveptr = NULL;
 289     int i;
 290
 291     p = old_str = av_strdup(item_str);
 292     if (!p)
 293         return AVERROR(ENOMEM);
 294     for (i = 0; i < nb_items; i++) {
 295         if (!(arg = av_strtok(p, " ", &saveptr)))
 296             break;
 297
 298         p = NULL;
 299         if (sscanf(arg, format, &dst[i*2], &dst[i*2+1]) != 2) {
 300             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid coefficients supplied: %s\n", arg);
 301             av_freep(&old_str);
 302             return AVERROR(EINVAL);
 303         }
 304     }
 305
 306     av_freep(&old_str);
 307
 308     return 0;
 309 }
 310
 311 static const char *format[] = { "%lf", "%lf %lfi", "%lf %lfr", "%lf %lfd" };
 312
 313 static int read_channels(AVFilterContext *ctx, int channels, uint8_t *item_str, int ab)
 314 {
 315     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 316     char *p, *arg, *old_str, *prev_arg = NULL, *saveptr = NULL;
 317     int i, ret;
 318
 319     p = old_str = av_strdup(item_str);
 320     if (!p)
 321         return AVERROR(ENOMEM);
 322     for (i = 0; i < channels; i++) {
 323         IIRChannel *iir = &s->iir[i];
 324
 325         if (!(arg = av_strtok(p, "|", &saveptr)))
 326             arg = prev_arg;
 327
 328         if (!arg) {
 329             av_freep(&old_str);
 330             return AVERROR(EINVAL);
 331         }
 332
 333         count_coefficients(arg, &iir->nb_ab[ab]);
 334
 335         p = NULL;
 336         iir->cache[ab] = av_calloc(iir->nb_ab[ab] + 1, sizeof(double));
 337         iir->ab[ab] = av_calloc(iir->nb_ab[ab] * (!!s->format + 1), sizeof(double));
 338         if (!iir->ab[ab] || !iir->cache[ab]) {
 339             av_freep(&old_str);
 340             return AVERROR(ENOMEM);
 341         }
 342
 343         if (s->format) {
 344             ret = read_zp_coefficients(ctx, arg, iir->nb_ab[ab], iir->ab[ab], format[s->format]);
 345         } else {
 346             ret = read_tf_coefficients(ctx, arg, iir->nb_ab[ab], iir->ab[ab]);
 347         }
 348         if (ret < 0) {
 349             av_freep(&old_str);
 350             return ret;
 351         }
 352         prev_arg = arg;
 353     }
 354
 355     av_freep(&old_str);
 356
 357     return 0;
 358 }
 359
 360 static void multiply(double wre, double wim, int npz, double *coeffs)
 361 {
 362     double nwre = -wre, nwim = -wim;
 363     double cre, cim;
 364     int i;
 365
 366     for (i = npz; i >= 1; i--) {
 367         cre = coeffs[2 * i + 0];
 368         cim = coeffs[2 * i + 1];
 369
 370         coeffs[2 * i + 0] = (nwre * cre - nwim * cim) + coeffs[2 * (i - 1) + 0];
 371         coeffs[2 * i + 1] = (nwre * cim + nwim * cre) + coeffs[2 * (i - 1) + 1];
 372     }
 373
 374     cre = coeffs[0];
 375     cim = coeffs[1];
 376     coeffs[0] = nwre * cre - nwim * cim;
 377     coeffs[1] = nwre * cim + nwim * cre;
 378 }
 379
 380 static int expand(AVFilterContext *ctx, double *pz, int nb, double *coeffs)
 381 {
 382     int i;
 383
 384     coeffs[0] = 1.0;
 385     coeffs[1] = 0.0;
 386
 387     for (i = 0; i < nb; i++) {
 388         coeffs[2 * (i + 1)    ] = 0.0;
 389         coeffs[2 * (i + 1) + 1] = 0.0;
 390     }
 391
 392     for (i = 0; i < nb; i++)
 393         multiply(pz[2 * i], pz[2 * i + 1], nb, coeffs);
 394
 395     for (i = 0; i < nb + 1; i++) {
 396         if (fabs(coeffs[2 * i + 1]) > FLT_EPSILON) {
 397             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "coeff: %lf of z^%d is not real; poles/zeros are not complex conjugates.\n",
 398                    coeffs[2 * i + 1], i);
 399             return AVERROR(EINVAL);
 400         }
 401     }
 402
 403     return 0;
 404 }
 405
 406 static int convert_zp2tf(AVFilterContext *ctx, int channels)
 407 {
 408     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 409     int ch, i, j, ret = 0;
 410
 411     for (ch = 0; ch < channels; ch++) {
 412         IIRChannel *iir = &s->iir[ch];
 413         double *topc, *botc;
 414
 415         topc = av_calloc((iir->nb_ab[0] + 1) * 2, sizeof(*topc));
 416         botc = av_calloc((iir->nb_ab[1] + 1) * 2, sizeof(*botc));
 417         if (!topc || !botc) {
 418             ret = AVERROR(ENOMEM);
 419             goto fail;
 420         }
 421
 422         ret = expand(ctx, iir->ab[0], iir->nb_ab[0], botc);
 423         if (ret < 0) {
 424             goto fail;
 425         }
 426
 427         ret = expand(ctx, iir->ab[1], iir->nb_ab[1], topc);
 428         if (ret < 0) {
 429             goto fail;
 430         }
 431
 432         for (j = 0, i = iir->nb_ab[1]; i >= 0; j++, i--) {
 433             iir->ab[1][j] = topc[2 * i];
 434         }
 435         iir->nb_ab[1]++;
 436
 437         for (j = 0, i = iir->nb_ab[0]; i >= 0; j++, i--) {
 438             iir->ab[0][j] = botc[2 * i];
 439         }
 440         iir->nb_ab[0]++;
 441
 442 fail:
 443         av_free(topc);
 444         av_free(botc);
 445         if (ret < 0)
 446             break;
 447     }
 448
 449     return ret;
 450 }
 451
 452 static int decompose_zp2biquads(AVFilterContext *ctx, int channels)
 453 {
 454     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 455     int ch, ret;
 456
 457     for (ch = 0; ch < channels; ch++) {
 458         IIRChannel *iir = &s->iir[ch];
 459         int nb_biquads = (FFMAX(iir->nb_ab[0], iir->nb_ab[1]) + 1) / 2;
 460         int current_biquad = 0;
 461
 462         iir->biquads = av_calloc(nb_biquads, sizeof(BiquadContext));
 463         if (!iir->biquads)
 464             return AVERROR(ENOMEM);
 465
 466         while (nb_biquads--) {
 467             Pair outmost_pole = { -1, -1 };
 468             Pair nearest_zero = { -1, -1 };
 469             double zeros[4] = { 0 };
 470             double poles[4] = { 0 };
 471             double b[6] = { 0 };
 472             double a[6] = { 0 };
 473             double min_distance = DBL_MAX;
 474             double max_mag = 0;
 475             int i;
 476
 477             for (i = 0; i < iir->nb_ab[0]; i++) {
 478                 double mag;
 479
 480                 if (isnan(iir->ab[0][2 * i]) || isnan(iir->ab[0][2 * i + 1]))
 481                     continue;
 482                 mag = hypot(iir->ab[0][2 * i], iir->ab[0][2 * i + 1]);
 483
 484                 if (mag > max_mag) {
 485                     max_mag = mag;
 486                     outmost_pole.a = i;
 487                 }
 488             }
 489
 490             for (i = 0; i < iir->nb_ab[1]; i++) {
 491                 if (isnan(iir->ab[0][2 * i]) || isnan(iir->ab[0][2 * i + 1]))
 492                     continue;
 493
 494                 if (iir->ab[0][2 * i    ] ==  iir->ab[0][2 * outmost_pole.a    ] &&
 495                     iir->ab[0][2 * i + 1] == -iir->ab[0][2 * outmost_pole.a + 1]) {
 496                     outmost_pole.b = i;
 497                     break;
 498                 }
 499             }
 500
 501             av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "outmost_pole is %d.%d\n", outmost_pole.a, outmost_pole.b);
 502
 503             if (outmost_pole.a < 0 || outmost_pole.b < 0)
 504                 return AVERROR(EINVAL);
 505
 506             for (i = 0; i < iir->nb_ab[1]; i++) {
 507                 double distance;
 508
 509                 if (isnan(iir->ab[1][2 * i]) || isnan(iir->ab[1][2 * i + 1]))
 510                     continue;
 511                 distance = hypot(iir->ab[0][2 * outmost_pole.a    ] - iir->ab[1][2 * i    ],
 512                                  iir->ab[0][2 * outmost_pole.a + 1] - iir->ab[1][2 * i + 1]);
 513
 514                 if (distance < min_distance) {
 515                     min_distance = distance;
 516                     nearest_zero.a = i;
 517                 }
 518             }
 519
 520             for (i = 0; i < iir->nb_ab[1]; i++) {
 521                 if (isnan(iir->ab[1][2 * i]) || isnan(iir->ab[1][2 * i + 1]))
 522                     continue;
 523
 524                 if (iir->ab[1][2 * i    ] ==  iir->ab[1][2 * nearest_zero.a    ] &&
 525                     iir->ab[1][2 * i + 1] == -iir->ab[1][2 * nearest_zero.a + 1]) {
 526                     nearest_zero.b = i;
 527                     break;
 528                 }
 529             }
 530
 531             av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "nearest_zero is %d.%d\n", nearest_zero.a, nearest_zero.b);
 532
 533             if (nearest_zero.a < 0 || nearest_zero.b < 0)
 534                 return AVERROR(EINVAL);
 535
 536             poles[0] = iir->ab[0][2 * outmost_pole.a    ];
 537             poles[1] = iir->ab[0][2 * outmost_pole.a + 1];
 538
 539             zeros[0] = iir->ab[1][2 * nearest_zero.a    ];
 540             zeros[1] = iir->ab[1][2 * nearest_zero.a + 1];
 541
 542             if (nearest_zero.a == nearest_zero.b && outmost_pole.a == outmost_pole.b) {
 543                 zeros[2] = 0;
 544                 zeros[3] = 0;
 545
 546                 poles[2] = 0;
 547                 poles[3] = 0;
 548             } else {
 549                 poles[2] = iir->ab[0][2 * outmost_pole.b    ];
 550                 poles[3] = iir->ab[0][2 * outmost_pole.b + 1];
 551
 552                 zeros[2] = iir->ab[1][2 * nearest_zero.b    ];
 553                 zeros[3] = iir->ab[1][2 * nearest_zero.b + 1];
 554             }
 555
 556             ret = expand(ctx, zeros, 2, b);
 557             if (ret < 0)
 558                 return ret;
 559
 560             ret = expand(ctx, poles, 2, a);
 561             if (ret < 0)
 562                 return ret;
 563
 564             iir->ab[0][2 * outmost_pole.a] = iir->ab[0][2 * outmost_pole.a + 1] = NAN;
 565             iir->ab[0][2 * outmost_pole.b] = iir->ab[0][2 * outmost_pole.b + 1] = NAN;
 566             iir->ab[1][2 * nearest_zero.a] = iir->ab[1][2 * nearest_zero.a + 1] = NAN;
 567             iir->ab[1][2 * nearest_zero.b] = iir->ab[1][2 * nearest_zero.b + 1] = NAN;
 568
 569             iir->biquads[current_biquad].a0 = 1.0;
 570             iir->biquads[current_biquad].a1 = a[2] / a[4];
 571             iir->biquads[current_biquad].a2 = a[0] / a[4];
 572             iir->biquads[current_biquad].b0 = b[4] / a[4] * (current_biquad ? 1.0 : iir->g);
 573             iir->biquads[current_biquad].b1 = b[2] / a[4] * (current_biquad ? 1.0 : iir->g);
 574             iir->biquads[current_biquad].b2 = b[0] / a[4] * (current_biquad ? 1.0 : iir->g);
 575
 576             av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "a=%lf %lf %lf:b=%lf %lf %lf\n",
 577                    iir->biquads[current_biquad].a0,
 578                    iir->biquads[current_biquad].a1,
 579                    iir->biquads[current_biquad].a2,
 580                    iir->biquads[current_biquad].b0,
 581                    iir->biquads[current_biquad].b1,
 582                    iir->biquads[current_biquad].b2);
 583
 584             current_biquad++;
 585         }
 586     }
 587
 588     return 0;
 589 }
 590
 591 static void convert_pr2zp(AVFilterContext *ctx, int channels)
 592 {
 593     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 594     int ch;
 595
 596     for (ch = 0; ch < channels; ch++) {
 597         IIRChannel *iir = &s->iir[ch];
 598         int n;
 599
 600         for (n = 0; n < iir->nb_ab[0]; n++) {
 601             double r = iir->ab[0][2*n];
 602             double angle = iir->ab[0][2*n+1];
 603
 604             iir->ab[0][2*n]   = r * cos(angle);
 605             iir->ab[0][2*n+1] = r * sin(angle);
 606         }
 607
 608         for (n = 0; n < iir->nb_ab[1]; n++) {
 609             double r = iir->ab[1][2*n];
 610             double angle = iir->ab[1][2*n+1];
 611
 612             iir->ab[1][2*n]   = r * cos(angle);
 613             iir->ab[1][2*n+1] = r * sin(angle);
 614         }
 615     }
 616 }
 617
 618 static void convert_pd2zp(AVFilterContext *ctx, int channels)
 619 {
 620     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 621     int ch;
 622
 623     for (ch = 0; ch < channels; ch++) {
 624         IIRChannel *iir = &s->iir[ch];
 625         int n;
 626
 627         for (n = 0; n < iir->nb_ab[0]; n++) {
 628             double r = iir->ab[0][2*n];
 629             double angle = M_PI*iir->ab[0][2*n+1]/180.;
 630
 631             iir->ab[0][2*n]   = r * cos(angle);
 632             iir->ab[0][2*n+1] = r * sin(angle);
 633         }
 634
 635         for (n = 0; n < iir->nb_ab[1]; n++) {
 636             double r = iir->ab[1][2*n];
 637             double angle = M_PI*iir->ab[1][2*n+1]/180.;
 638
 639             iir->ab[1][2*n]   = r * cos(angle);
 640             iir->ab[1][2*n+1] = r * sin(angle);
 641         }
 642     }
 643 }
 644
 645 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 646 {
 647     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 648     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 649     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 650     int ch, ret, i;
 651
 652     s->channels = inlink->channels;
 653     s->iir = av_calloc(s->channels, sizeof(*s->iir));
 654     if (!s->iir)
 655         return AVERROR(ENOMEM);
 656
 657     ret = read_gains(ctx, s->g_str, inlink->channels);
 658     if (ret < 0)
 659         return ret;
 660
 661     ret = read_channels(ctx, inlink->channels, s->a_str, 0);
 662     if (ret < 0)
 663         return ret;
 664
 665     ret = read_channels(ctx, inlink->channels, s->b_str, 1);
 666     if (ret < 0)
 667         return ret;
 668
 669     if (s->format == 2) {
 670         convert_pr2zp(ctx, inlink->channels);
 671     } else if (s->format == 3) {
 672         convert_pd2zp(ctx, inlink->channels);
 673     }
 674
 675     if (s->format == 0)
 676         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "tf coefficients format is not recommended for too high number of zeros/poles.\n");
 677
 678     if (s->format > 0 && s->process == 0) {
 679         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Direct processsing is not recommended for zp coefficients format.\n");
 680
 681         ret = convert_zp2tf(ctx, inlink->channels);
 682         if (ret < 0)
 683             return ret;
 684     } else if (s->format == 0 && s->process == 1) {
 685         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Serial cascading is not implemented for transfer function.\n");
 686         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 687     } else if (s->format > 0 && s->process == 1) {
 688         if (inlink->format == AV_SAMPLE_FMT_S16P)
 689             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Serial cascading is not recommended for i16 precision.\n");
 690
 691         ret = decompose_zp2biquads(ctx, inlink->channels);
 692         if (ret < 0)
 693             return ret;
 694     }
 695
 696     for (ch = 0; ch < inlink->channels; ch++) {
 697         IIRChannel *iir = &s->iir[ch];
 698
 699         for (i = 1; i < iir->nb_ab[0]; i++) {
 700             iir->ab[0][i] /= iir->ab[0][0];
 701         }
 702
 703         for (i = 0; i < iir->nb_ab[1]; i++) {
 704             iir->ab[1][i] *= iir->g / iir->ab[0][0];
 705         }
 706     }
 707
 708     switch (inlink->format) {
 709     case AV_SAMPLE_FMT_DBLP: s->iir_channel = s->process == 1 ? iir_ch_serial_dblp : iir_ch_dblp; break;
 710     case AV_SAMPLE_FMT_FLTP: s->iir_channel = s->process == 1 ? iir_ch_serial_fltp : iir_ch_fltp; break;
 711     case AV_SAMPLE_FMT_S32P: s->iir_channel = s->process == 1 ? iir_ch_serial_s32p : iir_ch_s32p; break;
 712     case AV_SAMPLE_FMT_S16P: s->iir_channel = s->process == 1 ? iir_ch_serial_s16p : iir_ch_s16p; break;
 713     }
 714
 715     return 0;
 716 }
 717
 718 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 719 {
 720     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 721     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 722     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 723     ThreadData td;
 724     AVFrame *out;
 725     int ch;
 726
 727     if (av_frame_is_writable(in)) {
 728         out = in;
 729     } else {
 730         out = ff_get_audio_buffer(outlink, in->nb_samples);
 731         if (!out) {
 732             av_frame_free(&in);
 733             return AVERROR(ENOMEM);
 734         }
 735         av_frame_copy_props(out, in);
 736     }
 737
 738     td.in  = in;
 739     td.out = out;
 740     ctx->internal->execute(ctx, s->iir_channel, &td, NULL, outlink->channels);
 741
 742     for (ch = 0; ch < outlink->channels; ch++) {
 743         if (s->iir[ch].clippings > 0)
 744             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Channel %d clipping %d times. Please reduce gain.\n",
 745                    ch, s->iir[ch].clippings);
 746         s->iir[ch].clippings = 0;
 747     }
 748
 749     if (in != out)
 750         av_frame_free(&in);
 751
 752     return ff_filter_frame(outlink, out);
 753 }
 754
 755 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
 756 {
 757     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 758
 759     if (!s->a_str || !s->b_str || !s->g_str) {
 760         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Valid coefficients are mandatory.\n");
 761         return AVERROR(EINVAL);
 762     }
 763
 764     switch (s->precision) {
 765     case 0: s->sample_format = AV_SAMPLE_FMT_DBLP; break;
 766     case 1: s->sample_format = AV_SAMPLE_FMT_FLTP; break;
 767     case 2: s->sample_format = AV_SAMPLE_FMT_S32P; break;
 768     case 3: s->sample_format = AV_SAMPLE_FMT_S16P; break;
 769     default: return AVERROR_BUG;
 770     }
 771
 772     return 0;
 773 }
 774
 775 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 776 {
 777     AudioIIRContext *s = ctx->priv;
 778     int ch;
 779
 780     if (s->iir) {
 781         for (ch = 0; ch < s->channels; ch++) {
 782             IIRChannel *iir = &s->iir[ch];
 783             av_freep(&iir->ab[0]);
 784             av_freep(&iir->ab[1]);
 785             av_freep(&iir->cache[0]);
 786             av_freep(&iir->cache[1]);
 787             av_freep(&iir->biquads);
 788         }
 789     }
 790     av_freep(&s->iir);
 791 }
 792
 793 static const AVFilterPad inputs[] = {
 794     {
 795         .name         = "default",
 796         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 797         .filter_frame = filter_frame,
 798     },
 799     { NULL }
 800 };
 801
 802 static const AVFilterPad outputs[] = {
 803     {
 804         .name         = "default",
 805         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 806         .config_props = config_output,
 807     },
 808     { NULL }
 809 };
 810
 811 #define OFFSET(x) offsetof(AudioIIRContext, x)
 812 #define AF AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
 813
 814 static const AVOption aiir_options[] = {
 815     { "z", "set B/numerator/zeros coefficients",   OFFSET(b_str),    AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="1+0i 1-0i"}, 0, 0, AF },
 816     { "p", "set A/denominator/poles coefficients", OFFSET(a_str),    AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="1+0i 1-0i"}, 0, 0, AF },
 817     { "k", "set channels gains",                   OFFSET(g_str),    AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="1|1"}, 0, 0, AF },
 818     { "dry", "set dry gain",                       OFFSET(dry_gain), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=1},     0, 1, AF },
 819     { "wet", "set wet gain",                       OFFSET(wet_gain), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=1},     0, 1, AF },
 820     { "f", "set coefficients format",              OFFSET(format),   AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=1},     0, 3, AF, "format" },
 821     { "tf", "transfer function",                   0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=0},     0, 0, AF, "format" },
 822     { "zp", "Z-plane zeros/poles",                 0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=1},     0, 0, AF, "format" },
 823     { "pr", "Z-plane zeros/poles (polar radians)", 0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=2},     0, 0, AF, "format" },
 824     { "pd", "Z-plane zeros/poles (polar degrees)", 0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=3},     0, 0, AF, "format" },
 825     { "r", "set kind of processing",               OFFSET(process),  AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=1},     0, 1, AF, "process" },
 826     { "d", "direct",                               0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=0},     0, 0, AF, "process" },
 827     { "s", "serial cascading",                     0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=1},     0, 0, AF, "process" },
 828     { "e", "set precision",                        OFFSET(precision),AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=0},     0, 3, AF, "precision" },
 829     { "dbl", "double-precision floating-point",    0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=0},     0, 0, AF, "precision" },
 830     { "flt", "single-precision floating-point",    0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=1},     0, 0, AF, "precision" },
 831     { "i32", "32-bit integers",                    0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=2},     0, 0, AF, "precision" },
 832     { "i16", "16-bit integers",                    0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=3},     0, 0, AF, "precision" },
 833     { NULL },
 834 };
 835
 836 AVFILTER_DEFINE_CLASS(aiir);
 837
 838 AVFilter ff_af_aiir = {
 839     .name          = "aiir",
 840     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply Infinite Impulse Response filter with supplied coefficients."),
 841     .priv_size     = sizeof(AudioIIRContext),
 842     .priv_class    = &aiir_class,
 843     .init          = init,
 844     .uninit        = uninit,
 845     .query_formats = query_formats,
 846     .inputs        = inputs,
 847     .outputs       = outputs,
 848     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 849 };