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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2019 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/audio_fifo.h"
  25 #include "libavutil/opt.h"
  26 #include "avfilter.h"
  27 #include "audio.h"
  28 #include "formats.h"
  29
  30 #define SQR(x) ((x) * (x))
  31
  32 typedef struct AudioNLMeansContext {
  33     const AVClass *class;
  34
  35     float a;
  36     int64_t pd;
  37     int64_t rd;
  38
  39     int K;
  40     int S;
  41     int N;
  42     int H;
  43
  44     int offset;
  45     AVFrame *in;
  46     AVFrame *cache;
  47
  48     int64_t pts;
  49
  50     AVAudioFifo *fifo;
  51
  52     float (*compute_distance)(const float *f1, const float *f2, int K);
  53 } AudioNLMeansContext;
  54
  55 #define OFFSET(x) offsetof(AudioNLMeansContext, x)
  56 #define AF AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
  57
  58 static const AVOption anlmdn_options[] = {
  59     { "s", "set denoising strength", OFFSET(a),  AV_OPT_TYPE_FLOAT,    {.dbl=1},       1,   9999, AF },
  60     { "p", "set patch duration",     OFFSET(pd), AV_OPT_TYPE_DURATION, {.i64=2000}, 1000, 100000, AF },
  61     { "r", "set research duration",  OFFSET(rd), AV_OPT_TYPE_DURATION, {.i64=6000}, 2000, 300000, AF },
  62     { NULL }
  63 };
  64
  65 AVFILTER_DEFINE_CLASS(anlmdn);
  66
  67 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
  68 {
  69     AVFilterFormats *formats = NULL;
  70     AVFilterChannelLayouts *layouts = NULL;
  71     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = {
  72         AV_SAMPLE_FMT_FLTP,
  73         AV_SAMPLE_FMT_NONE
  74     };
  75     int ret;
  76
  77     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
  78     if (!formats)
  79         return AVERROR(ENOMEM);
  80     ret = ff_set_common_formats(ctx, formats);
  81     if (ret < 0)
  82         return ret;
  83
  84     layouts = ff_all_channel_counts();
  85     if (!layouts)
  86         return AVERROR(ENOMEM);
  87
  88     ret = ff_set_common_channel_layouts(ctx, layouts);
  89     if (ret < 0)
  90         return ret;
  91
  92     formats = ff_all_samplerates();
  93     return ff_set_common_samplerates(ctx, formats);
  94 }
  95
  96 static float compute_distance_ssd(const float *f1, const float *f2, int K)
  97 {
  98     float distance = 0.;
  99
 100     for (int k = -K; k <= K; k++)
 101         distance += SQR(f1[k] - f2[k]);
 102
 103     return distance;
 104 }
 105
 106 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 107 {
 108     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 109     AudioNLMeansContext *s = ctx->priv;
 110
 111     s->K = av_rescale(s->pd, outlink->sample_rate, AV_TIME_BASE);
 112     s->S = av_rescale(s->rd, outlink->sample_rate, AV_TIME_BASE);
 113
 114     s->pts = AV_NOPTS_VALUE;
 115     s->H = s->K * 2 + 1;
 116     s->N = s->H + (s->K + s->S) * 2;
 117
 118     av_frame_free(&s->in);
 119     av_frame_free(&s->cache);
 120     s->in = ff_get_audio_buffer(outlink, s->N);
 121     if (!s->in)
 122         return AVERROR(ENOMEM);
 123
 124     s->cache = ff_get_audio_buffer(outlink, s->S * 2);
 125     if (!s->cache)
 126         return AVERROR(ENOMEM);
 127
 128     s->fifo = av_audio_fifo_alloc(outlink->format, outlink->channels, s->N);
 129     if (!s->fifo)
 130         return AVERROR(ENOMEM);
 131
 132     s->compute_distance = compute_distance_ssd;
 133
 134     return 0;
 135 }
 136
 137 static int filter_channel(AVFilterContext *ctx, void *arg, int ch, int nb_jobs)
 138 {
 139     AudioNLMeansContext *s = ctx->priv;
 140     AVFrame *out = arg;
 141     const int S = s->S;
 142     const int K = s->K;
 143     const float *f = (const float *)(s->in->extended_data[ch]) + K;
 144     float *cache = (float *)s->cache->extended_data[ch];
 145     const float sw = 32768.f / s->a;
 146     float *dst = (float *)out->extended_data[ch] + s->offset;
 147
 148     for (int i = S; i < s->H + S; i++) {
 149         float P = 0.f, Q = 0.f;
 150         int v = 0;
 151
 152         if (i == S) {
 153             for (int j = i - S; j <= i + S; j++) {
 154                 if (i == j)
 155                     continue;
 156                 cache[v++] = s->compute_distance(f + i, f + j, K);
 157             }
 158         } else {
 159             for (int j = i - S; j < i; j++, v++)
 160                 cache[v] = cache[v] - SQR(f[i - K - 1] - f[j - K - 1]) + SQR(f[i + K] - f[j + K]);
 161
 162             for (int j = i + 1; j <= i + S; j++, v++)
 163                 cache[v] = cache[v] - SQR(f[i - K - 1] - f[j - K - 1]) + SQR(f[i + K] - f[j + K]);
 164         }
 165
 166         for (int j = 0; j < v; j++) {
 167             const float distance = cache[j];
 168             float w;
 169
 170             av_assert0(distance >= 0.f);
 171             w = -distance * sw;
 172             if (w < -11.f)
 173                 continue;
 174             w = expf(w);
 175             P += w * f[i - S + j + (j >= S)];
 176             Q += w;
 177         }
 178
 179         P += f[i];
 180         Q += 1;
 181
 182         dst[i - S] = P / Q;
 183     }
 184
 185     return 0;
 186 }
 187
 188 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 189 {
 190     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 191     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 192     AudioNLMeansContext *s = ctx->priv;
 193     AVFrame *out = NULL;
 194     int available, wanted, ret;
 195
 196     if (s->pts == AV_NOPTS_VALUE)
 197         s->pts = in->pts;
 198
 199     ret = av_audio_fifo_write(s->fifo, (void **)in->extended_data,
 200                               in->nb_samples);
 201     av_frame_free(&in);
 202
 203     s->offset = 0;
 204     available = av_audio_fifo_size(s->fifo);
 205     wanted = (available / s->H) * s->H;
 206
 207     if (wanted >= s->H && available >= s->N) {
 208         out = ff_get_audio_buffer(outlink, wanted);
 209         if (!out)
 210             return AVERROR(ENOMEM);
 211     }
 212
 213     while (available >= s->N) {
 214         ret = av_audio_fifo_peek(s->fifo, (void **)s->in->extended_data, s->N);
 215         if (ret < 0)
 216             break;
 217
 218         ctx->internal->execute(ctx, filter_channel, out, NULL, inlink->channels);
 219
 220         av_audio_fifo_drain(s->fifo, s->H);
 221
 222         s->offset += s->H;
 223         available -= s->H;
 224     }
 225
 226     if (out) {
 227         out->pts = s->pts;
 228         out->nb_samples = s->offset;
 229         s->pts += s->offset;
 230
 231         return ff_filter_frame(outlink, out);
 232     }
 233
 234     return ret;
 235 }
 236
 237 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 238 {
 239     AudioNLMeansContext *s = ctx->priv;
 240
 241     av_audio_fifo_free(s->fifo);
 242     av_frame_free(&s->in);
 243     av_frame_free(&s->cache);
 244 }
 245
 246 static const AVFilterPad inputs[] = {
 247     {
 248         .name         = "default",
 249         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 250         .filter_frame = filter_frame,
 251     },
 252     { NULL }
 253 };
 254
 255 static const AVFilterPad outputs[] = {
 256     {
 257         .name          = "default",
 258         .type          = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 259         .config_props  = config_output,
 260     },
 261     { NULL }
 262 };
 263
 264 AVFilter ff_af_anlmdn = {
 265     .name          = "anlmdn",
 266     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Reduce broadband noise from stream using Non-Local Means."),
 267     .query_formats = query_formats,
 268     .priv_size     = sizeof(AudioNLMeansContext),
 269     .priv_class    = &anlmdn_class,
 270     .uninit        = uninit,
 271     .inputs        = inputs,
 272     .outputs       = outputs,
 273     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 274 };