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

   1 /*
   2  * Audio Mix Filter
   3  * Copyright (c) 2012 Justin Ruggles <justin.ruggles@gmail.com>
   4  *
   5  * This file is part of Libav.
   6  *
   7  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 /**
  23  * @file
  24  * Audio Mix Filter
  25  *
  26  * Mixes audio from multiple sources into a single output. The channel layout,
  27  * sample rate, and sample format will be the same for all inputs and the
  28  * output.
  29  */
  30
  31 #include "libavutil/audioconvert.h"
  32 #include "libavutil/audio_fifo.h"
  33 #include "libavutil/avassert.h"
  34 #include "libavutil/avstring.h"
  35 #include "libavutil/common.h"
  36 #include "libavutil/float_dsp.h"
  37 #include "libavutil/mathematics.h"
  38 #include "libavutil/opt.h"
  39 #include "libavutil/samplefmt.h"
  40
  41 #include "audio.h"
  42 #include "avfilter.h"
  43 #include "formats.h"
  44 #include "internal.h"
  45
  46 #define INPUT_OFF      0    /**< input has reached EOF */
  47 #define INPUT_ON       1    /**< input is active */
  48 #define INPUT_INACTIVE 2    /**< input is on, but is currently inactive */
  49
  50 #define DURATION_LONGEST  0
  51 #define DURATION_SHORTEST 1
  52 #define DURATION_FIRST    2
  53
  54
  55 typedef struct FrameInfo {
  56     int nb_samples;
  57     int64_t pts;
  58     struct FrameInfo *next;
  59 } FrameInfo;
  60
  61 /**
  62  * Linked list used to store timestamps and frame sizes of all frames in the
  63  * FIFO for the first input.
  64  *
  65  * This is needed to keep timestamps synchronized for the case where multiple
  66  * input frames are pushed to the filter for processing before a frame is
  67  * requested by the output link.
  68  */
  69 typedef struct FrameList {
  70     int nb_frames;
  71     int nb_samples;
  72     FrameInfo *list;
  73     FrameInfo *end;
  74 } FrameList;
  75
  76 static void frame_list_clear(FrameList *frame_list)
  77 {
  78     if (frame_list) {
  79         while (frame_list->list) {
  80             FrameInfo *info = frame_list->list;
  81             frame_list->list = info->next;
  82             av_free(info);
  83         }
  84         frame_list->nb_frames  = 0;
  85         frame_list->nb_samples = 0;
  86         frame_list->end        = NULL;
  87     }
  88 }
  89
  90 static int frame_list_next_frame_size(FrameList *frame_list)
  91 {
  92     if (!frame_list->list)
  93         return 0;
  94     return frame_list->list->nb_samples;
  95 }
  96
  97 static int64_t frame_list_next_pts(FrameList *frame_list)
  98 {
  99     if (!frame_list->list)
 100         return AV_NOPTS_VALUE;
 101     return frame_list->list->pts;
 102 }
 103
 104 static void frame_list_remove_samples(FrameList *frame_list, int nb_samples)
 105 {
 106     if (nb_samples >= frame_list->nb_samples) {
 107         frame_list_clear(frame_list);
 108     } else {
 109         int samples = nb_samples;
 110         while (samples > 0) {
 111             FrameInfo *info = frame_list->list;
 112             av_assert0(info != NULL);
 113             if (info->nb_samples <= samples) {
 114                 samples -= info->nb_samples;
 115                 frame_list->list = info->next;
 116                 if (!frame_list->list)
 117                     frame_list->end = NULL;
 118                 frame_list->nb_frames--;
 119                 frame_list->nb_samples -= info->nb_samples;
 120                 av_free(info);
 121             } else {
 122                 info->nb_samples       -= samples;
 123                 info->pts              += samples;
 124                 frame_list->nb_samples -= samples;
 125                 samples = 0;
 126             }
 127         }
 128     }
 129 }
 130
 131 static int frame_list_add_frame(FrameList *frame_list, int nb_samples, int64_t pts)
 132 {
 133     FrameInfo *info = av_malloc(sizeof(*info));
 134     if (!info)
 135         return AVERROR(ENOMEM);
 136     info->nb_samples = nb_samples;
 137     info->pts        = pts;
 138     info->next       = NULL;
 139
 140     if (!frame_list->list) {
 141         frame_list->list = info;
 142         frame_list->end  = info;
 143     } else {
 144         av_assert0(frame_list->end != NULL);
 145         frame_list->end->next = info;
 146         frame_list->end       = info;
 147     }
 148     frame_list->nb_frames++;
 149     frame_list->nb_samples += nb_samples;
 150
 151     return 0;
 152 }
 153
 154
 155 typedef struct MixContext {
 156     const AVClass *class;       /**< class for AVOptions */
 157     AVFloatDSPContext fdsp;
 158
 159     int nb_inputs;              /**< number of inputs */
 160     int active_inputs;          /**< number of input currently active */
 161     int duration_mode;          /**< mode for determining duration */
 162     float dropout_transition;   /**< transition time when an input drops out */
 163
 164     int nb_channels;            /**< number of channels */
 165     int sample_rate;            /**< sample rate */
 166     int planar;
 167     AVAudioFifo **fifos;        /**< audio fifo for each input */
 168     uint8_t *input_state;       /**< current state of each input */
 169     float *input_scale;         /**< mixing scale factor for each input */
 170     float scale_norm;           /**< normalization factor for all inputs */
 171     int64_t next_pts;           /**< calculated pts for next output frame */
 172     FrameList *frame_list;      /**< list of frame info for the first input */
 173 } MixContext;
 174
 175 #define OFFSET(x) offsetof(MixContext, x)
 176 #define A AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM
 177 #define F AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
 178 static const AVOption amix_options[] = {
 179     { "inputs", "Number of inputs.",
 180             OFFSET(nb_inputs), AV_OPT_TYPE_INT, { 2 }, 1, 32, A|F },
 181     { "duration", "How to determine the end-of-stream.",
 182             OFFSET(duration_mode), AV_OPT_TYPE_INT, { DURATION_LONGEST }, 0,  2, A|F, "duration" },
 183         { "longest",  "Duration of longest input.",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, { DURATION_LONGEST  }, INT_MIN, INT_MAX, A|F, "duration" },
 184         { "shortest", "Duration of shortest input.", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { DURATION_SHORTEST }, INT_MIN, INT_MAX, A|F, "duration" },
 185         { "first",    "Duration of first input.",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, { DURATION_FIRST    }, INT_MIN, INT_MAX, A|F, "duration" },
 186     { "dropout_transition", "Transition time, in seconds, for volume "
 187                             "renormalization when an input stream ends.",
 188             OFFSET(dropout_transition), AV_OPT_TYPE_FLOAT, { 2.0 }, 0, INT_MAX, A|F },
 189     { NULL },
 190 };
 191
 192 AVFILTER_DEFINE_CLASS(amix);
 193
 194 /**
 195  * Update the scaling factors to apply to each input during mixing.
 196  *
 197  * This balances the full volume range between active inputs and handles
 198  * volume transitions when EOF is encountered on an input but mixing continues
 199  * with the remaining inputs.
 200  */
 201 static void calculate_scales(MixContext *s, int nb_samples)
 202 {
 203     int i;
 204
 205     if (s->scale_norm > s->active_inputs) {
 206         s->scale_norm -= nb_samples / (s->dropout_transition * s->sample_rate);
 207         s->scale_norm = FFMAX(s->scale_norm, s->active_inputs);
 208     }
 209
 210     for (i = 0; i < s->nb_inputs; i++) {
 211         if (s->input_state[i] == INPUT_ON)
 212             s->input_scale[i] = 1.0f / s->scale_norm;
 213         else
 214             s->input_scale[i] = 0.0f;
 215     }
 216 }
 217
 218 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 219 {
 220     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 221     MixContext *s      = ctx->priv;
 222     int i;
 223     char buf[64];
 224
 225     s->planar          = av_sample_fmt_is_planar(outlink->format);
 226     s->sample_rate     = outlink->sample_rate;
 227     outlink->time_base = (AVRational){ 1, outlink->sample_rate };
 228     s->next_pts        = AV_NOPTS_VALUE;
 229
 230     s->frame_list = av_mallocz(sizeof(*s->frame_list));
 231     if (!s->frame_list)
 232         return AVERROR(ENOMEM);
 233
 234     s->fifos = av_mallocz(s->nb_inputs * sizeof(*s->fifos));
 235     if (!s->fifos)
 236         return AVERROR(ENOMEM);
 237
 238     s->nb_channels = av_get_channel_layout_nb_channels(outlink->channel_layout);
 239     for (i = 0; i < s->nb_inputs; i++) {
 240         s->fifos[i] = av_audio_fifo_alloc(outlink->format, s->nb_channels, 1024);
 241         if (!s->fifos[i])
 242             return AVERROR(ENOMEM);
 243     }
 244
 245     s->input_state = av_malloc(s->nb_inputs);
 246     if (!s->input_state)
 247         return AVERROR(ENOMEM);
 248     memset(s->input_state, INPUT_ON, s->nb_inputs);
 249     s->active_inputs = s->nb_inputs;
 250
 251     s->input_scale = av_mallocz(s->nb_inputs * sizeof(*s->input_scale));
 252     if (!s->input_scale)
 253         return AVERROR(ENOMEM);
 254     s->scale_norm = s->active_inputs;
 255     calculate_scales(s, 0);
 256
 257     av_get_channel_layout_string(buf, sizeof(buf), -1, outlink->channel_layout);
 258
 259     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE,
 260            "inputs:%d fmt:%s srate:%d cl:%s\n", s->nb_inputs,
 261            av_get_sample_fmt_name(outlink->format), outlink->sample_rate, buf);
 262
 263     return 0;
 264 }
 265
 266 /**
 267  * Read samples from the input FIFOs, mix, and write to the output link.
 268  */
 269 static int output_frame(AVFilterLink *outlink, int nb_samples)
 270 {
 271     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 272     MixContext      *s = ctx->priv;
 273     AVFilterBufferRef *out_buf, *in_buf;
 274     int i;
 275
 276     calculate_scales(s, nb_samples);
 277
 278     out_buf = ff_get_audio_buffer(outlink, AV_PERM_WRITE, nb_samples);
 279     if (!out_buf)
 280         return AVERROR(ENOMEM);
 281
 282     in_buf = ff_get_audio_buffer(outlink, AV_PERM_WRITE, nb_samples);
 283     if (!in_buf)
 284         return AVERROR(ENOMEM);
 285
 286     for (i = 0; i < s->nb_inputs; i++) {
 287         if (s->input_state[i] == INPUT_ON) {
 288             int planes, plane_size, p;
 289
 290             av_audio_fifo_read(s->fifos[i], (void **)in_buf->extended_data,
 291                                nb_samples);
 292
 293             planes     = s->planar ? s->nb_channels : 1;
 294             plane_size = nb_samples * (s->planar ? 1 : s->nb_channels);
 295             plane_size = FFALIGN(plane_size, 16);
 296
 297             for (p = 0; p < planes; p++) {
 298                 s->fdsp.vector_fmac_scalar((float *)out_buf->extended_data[p],
 299                                            (float *) in_buf->extended_data[p],
 300                                            s->input_scale[i], plane_size);
 301             }
 302         }
 303     }
 304     avfilter_unref_buffer(in_buf);
 305
 306     out_buf->pts = s->next_pts;
 307     if (s->next_pts != AV_NOPTS_VALUE)
 308         s->next_pts += nb_samples;
 309
 310     return ff_filter_samples(outlink, out_buf);
 311 }
 312
 313 /**
 314  * Returns the smallest number of samples available in the input FIFOs other
 315  * than that of the first input.
 316  */
 317 static int get_available_samples(MixContext *s)
 318 {
 319     int i;
 320     int available_samples = INT_MAX;
 321
 322     av_assert0(s->nb_inputs > 1);
 323
 324     for (i = 1; i < s->nb_inputs; i++) {
 325         int nb_samples;
 326         if (s->input_state[i] == INPUT_OFF)
 327             continue;
 328         nb_samples = av_audio_fifo_size(s->fifos[i]);
 329         available_samples = FFMIN(available_samples, nb_samples);
 330     }
 331     if (available_samples == INT_MAX)
 332         return 0;
 333     return available_samples;
 334 }
 335
 336 /**
 337  * Requests a frame, if needed, from each input link other than the first.
 338  */
 339 static int request_samples(AVFilterContext *ctx, int min_samples)
 340 {
 341     MixContext *s = ctx->priv;
 342     int i, ret;
 343
 344     av_assert0(s->nb_inputs > 1);
 345
 346     for (i = 1; i < s->nb_inputs; i++) {
 347         ret = 0;
 348         if (s->input_state[i] == INPUT_OFF)
 349             continue;
 350         while (!ret && av_audio_fifo_size(s->fifos[i]) < min_samples)
 351             ret = ff_request_frame(ctx->inputs[i]);
 352         if (ret == AVERROR_EOF) {
 353             if (av_audio_fifo_size(s->fifos[i]) == 0) {
 354                 s->input_state[i] = INPUT_OFF;
 355                 continue;
 356             }
 357         } else if (ret < 0)
 358             return ret;
 359     }
 360     return 0;
 361 }
 362
 363 /**
 364  * Calculates the number of active inputs and determines EOF based on the
 365  * duration option.
 366  *
 367  * @return 0 if mixing should continue, or AVERROR_EOF if mixing should stop.
 368  */
 369 static int calc_active_inputs(MixContext *s)
 370 {
 371     int i;
 372     int active_inputs = 0;
 373     for (i = 0; i < s->nb_inputs; i++)
 374         active_inputs += !!(s->input_state[i] != INPUT_OFF);
 375     s->active_inputs = active_inputs;
 376
 377     if (!active_inputs ||
 378         (s->duration_mode == DURATION_FIRST && s->input_state[0] == INPUT_OFF) ||
 379         (s->duration_mode == DURATION_SHORTEST && active_inputs != s->nb_inputs))
 380         return AVERROR_EOF;
 381     return 0;
 382 }
 383
 384 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
 385 {
 386     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 387     MixContext      *s = ctx->priv;
 388     int ret;
 389     int wanted_samples, available_samples;
 390
 391     ret = calc_active_inputs(s);
 392     if (ret < 0)
 393         return ret;
 394
 395     if (s->input_state[0] == INPUT_OFF) {
 396         ret = request_samples(ctx, 1);
 397         if (ret < 0)
 398             return ret;
 399
 400         ret = calc_active_inputs(s);
 401         if (ret < 0)
 402             return ret;
 403
 404         available_samples = get_available_samples(s);
 405         if (!available_samples)
 406             return AVERROR(EAGAIN);
 407
 408         return output_frame(outlink, available_samples);
 409     }
 410
 411     if (s->frame_list->nb_frames == 0) {
 412         ret = ff_request_frame(ctx->inputs[0]);
 413         if (ret == AVERROR_EOF) {
 414             s->input_state[0] = INPUT_OFF;
 415             if (s->nb_inputs == 1)
 416                 return AVERROR_EOF;
 417             else
 418                 return AVERROR(EAGAIN);
 419         } else if (ret < 0)
 420             return ret;
 421     }
 422     av_assert0(s->frame_list->nb_frames > 0);
 423
 424     wanted_samples = frame_list_next_frame_size(s->frame_list);
 425
 426     if (s->active_inputs > 1) {
 427         ret = request_samples(ctx, wanted_samples);
 428         if (ret < 0)
 429             return ret;
 430
 431         ret = calc_active_inputs(s);
 432         if (ret < 0)
 433             return ret;
 434     }
 435
 436     if (s->active_inputs > 1) {
 437         available_samples = get_available_samples(s);
 438         if (!available_samples)
 439             return AVERROR(EAGAIN);
 440         available_samples = FFMIN(available_samples, wanted_samples);
 441     } else {
 442         available_samples = wanted_samples;
 443     }
 444
 445     s->next_pts = frame_list_next_pts(s->frame_list);
 446     frame_list_remove_samples(s->frame_list, available_samples);
 447
 448     return output_frame(outlink, available_samples);
 449 }
 450
 451 static int filter_samples(AVFilterLink *inlink, AVFilterBufferRef *buf)
 452 {
 453     AVFilterContext  *ctx = inlink->dst;
 454     MixContext       *s = ctx->priv;
 455     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 456     int i, ret = 0;
 457
 458     for (i = 0; i < ctx->nb_inputs; i++)
 459         if (ctx->inputs[i] == inlink)
 460             break;
 461     if (i >= ctx->nb_inputs) {
 462         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "unknown input link\n");
 463         ret = AVERROR(EINVAL);
 464         goto fail;
 465     }
 466
 467     if (i == 0) {
 468         int64_t pts = av_rescale_q(buf->pts, inlink->time_base,
 469                                    outlink->time_base);
 470         ret = frame_list_add_frame(s->frame_list, buf->audio->nb_samples, pts);
 471         if (ret < 0)
 472             goto fail;
 473     }
 474
 475     ret = av_audio_fifo_write(s->fifos[i], (void **)buf->extended_data,
 476                               buf->audio->nb_samples);
 477
 478 fail:
 479     avfilter_unref_buffer(buf);
 480
 481     return ret;
 482 }
 483
 484 static int init(AVFilterContext *ctx, const char *args)
 485 {
 486     MixContext *s = ctx->priv;
 487     int i, ret;
 488
 489     s->class = &amix_class;
 490     av_opt_set_defaults(s);
 491
 492     if ((ret = av_set_options_string(s, args, "=", ":")) < 0)
 493         return ret;
 494     av_opt_free(s);
 495
 496     for (i = 0; i < s->nb_inputs; i++) {
 497         char name[32];
 498         AVFilterPad pad = { 0 };
 499
 500         snprintf(name, sizeof(name), "input%d", i);
 501         pad.type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO;
 502         pad.name           = av_strdup(name);
 503         pad.filter_samples = filter_samples;
 504
 505         ff_insert_inpad(ctx, i, &pad);
 506     }
 507
 508     avpriv_float_dsp_init(&s->fdsp, 0);
 509
 510     return 0;
 511 }
 512
 513 static void uninit(AVFilterContext *ctx)
 514 {
 515     int i;
 516     MixContext *s = ctx->priv;
 517
 518     if (s->fifos) {
 519         for (i = 0; i < s->nb_inputs; i++)
 520             av_audio_fifo_free(s->fifos[i]);
 521         av_freep(&s->fifos);
 522     }
 523     frame_list_clear(s->frame_list);
 524     av_freep(&s->frame_list);
 525     av_freep(&s->input_state);
 526     av_freep(&s->input_scale);
 527
 528     for (i = 0; i < ctx->nb_inputs; i++)
 529         av_freep(&ctx->input_pads[i].name);
 530 }
 531
 532 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 533 {
 534     AVFilterFormats *formats = NULL;
 535     ff_add_format(&formats, AV_SAMPLE_FMT_FLT);
 536     ff_add_format(&formats, AV_SAMPLE_FMT_FLTP);
 537     ff_set_common_formats(ctx, formats);
 538     ff_set_common_channel_layouts(ctx, ff_all_channel_layouts());
 539     ff_set_common_samplerates(ctx, ff_all_samplerates());
 540     return 0;
 541 }
 542
 543 AVFilter avfilter_af_amix = {
 544     .name          = "amix",
 545     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Audio mixing."),
 546     .priv_size     = sizeof(MixContext),
 547
 548     .init           = init,
 549     .uninit         = uninit,
 550     .query_formats  = query_formats,
 551
 552     .inputs    = (const AVFilterPad[]) {{ .name = NULL}},
 553     .outputs   = (const AVFilterPad[]) {{ .name          = "default",
 554                                           .type          = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 555                                           .config_props  = config_output,
 556                                           .request_frame = request_frame },
 557                                         { .name = NULL}},
 558     .priv_class = &amix_class,
 559 };