git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavfilter/af_asupercut.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 #include "libavutil/channel_layout.h"
  20 #include "libavutil/ffmath.h"
  21 #include "libavutil/opt.h"
  22 #include "avfilter.h"
  23 #include "audio.h"
  24 #include "formats.h"
  25
  26 typedef struct BiquadCoeffs {
  27     double a1, a2;
  28     double b0, b1, b2;
  29 } BiquadCoeffs;
  30
  31 typedef struct ASuperCutContext {
  32     const AVClass *class;
  33
  34     double cutoff;
  35     int order;
  36
  37     int filter_count;
  38     int bypass;
  39
  40     BiquadCoeffs coeffs[10];
  41
  42     AVFrame *w;
  43 } ASuperCutContext;
  44
  45 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
  46 {
  47     AVFilterFormats *formats = NULL;
  48     AVFilterChannelLayouts *layouts = NULL;
  49     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = {
  50         AV_SAMPLE_FMT_DBLP,
  51         AV_SAMPLE_FMT_NONE
  52     };
  53     int ret;
  54
  55     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
  56     if (!formats)
  57         return AVERROR(ENOMEM);
  58     ret = ff_set_common_formats(ctx, formats);
  59     if (ret < 0)
  60         return ret;
  61
  62     layouts = ff_all_channel_counts();
  63     if (!layouts)
  64         return AVERROR(ENOMEM);
  65
  66     ret = ff_set_common_channel_layouts(ctx, layouts);
  67     if (ret < 0)
  68         return ret;
  69
  70     formats = ff_all_samplerates();
  71     return ff_set_common_samplerates(ctx, formats);
  72 }
  73
  74 static void calc_q_factors(int n, double *q)
  75 {
  76     for (int i = 0; i < n / 2; i++)
  77         q[i] = 1. / (-2. * cos(M_PI * (2. * (i + 1) + n - 1.) / (2. * n)));
  78 }
  79
  80 static int get_coeffs(AVFilterContext *ctx)
  81 {
  82     ASuperCutContext *s = ctx->priv;
  83     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
  84     double w0 = s->cutoff / inlink->sample_rate;
  85     double K = tan(M_PI * w0);
  86     double q[10];
  87
  88     s->bypass = w0 >= 0.5;
  89     if (s->bypass)
  90         return 0;
  91
  92     s->filter_count = s->order / 2 + (s->order & 1);
  93     calc_q_factors(s->order, q);
  94
  95     if (s->order & 1) {
  96         BiquadCoeffs *coeffs = &s->coeffs[0];
  97         double omega = 2. * tan(M_PI * w0);
  98
  99         coeffs->b0 = omega / (2. + omega);
 100         coeffs->b1 = coeffs->b0;
 101         coeffs->b2 = 0.;
 102         coeffs->a1 = -(omega - 2.) / (2. + omega);
 103         coeffs->a2 = 0.;
 104     }
 105
 106     for (int b = (s->order & 1); b < s->filter_count; b++) {
 107         BiquadCoeffs *coeffs = &s->coeffs[b];
 108         const int idx = b - (s->order & 1);
 109         double norm = 1.0 / (1.0 + K / q[idx] + K * K);
 110
 111         coeffs->b0 = K * K * norm;
 112         coeffs->b1 = 2.0 * coeffs->b0;
 113         coeffs->b2 = coeffs->b0;
 114         coeffs->a1 = -2.0 * (K * K - 1.0) * norm;
 115         coeffs->a2 = -(1.0 - K / q[idx] + K * K) * norm;
 116     }
 117
 118     return 0;
 119 }
 120
 121 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 122 {
 123     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 124     ASuperCutContext *s = ctx->priv;
 125
 126     s->w = ff_get_audio_buffer(inlink, 2 * 10);
 127     if (!s->w)
 128         return AVERROR(ENOMEM);
 129
 130     return get_coeffs(ctx);
 131 }
 132
 133 typedef struct ThreadData {
 134     AVFrame *in, *out;
 135 } ThreadData;
 136
 137 static int filter_channels(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 138 {
 139     ASuperCutContext *s = ctx->priv;
 140     ThreadData *td = arg;
 141     AVFrame *out = td->out;
 142     AVFrame *in = td->in;
 143     const int start = (in->channels * jobnr) / nb_jobs;
 144     const int end = (in->channels * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 145
 146     for (int ch = start; ch < end; ch++) {
 147         const double *src = (const double *)in->extended_data[ch];
 148         double *dst = (double *)out->extended_data[ch];
 149
 150         for (int b = 0; b < s->filter_count; b++) {
 151             BiquadCoeffs *coeffs = &s->coeffs[b];
 152             const double a1 = coeffs->a1;
 153             const double a2 = coeffs->a2;
 154             const double b0 = coeffs->b0;
 155             const double b1 = coeffs->b1;
 156             const double b2 = coeffs->b2;
 157             double *w = ((double *)s->w->extended_data[ch]) + b * 2;
 158
 159             for (int n = 0; n < in->nb_samples; n++) {
 160                 double sin = b ? dst[n] : src[n];
 161                 double sout = sin * b0 + w[0];
 162
 163                 w[0] = b1 * sin + w[1] + a1 * sout;
 164                 w[1] = b2 * sin + a2 * sout;
 165
 166                 dst[n] = sout;
 167             }
 168         }
 169     }
 170
 171     return 0;
 172 }
 173
 174 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 175 {
 176     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 177     ASuperCutContext *s = ctx->priv;
 178     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 179     ThreadData td;
 180     AVFrame *out;
 181
 182     if (s->bypass)
 183         return ff_filter_frame(outlink, in);
 184
 185     if (av_frame_is_writable(in)) {
 186         out = in;
 187     } else {
 188         out = ff_get_audio_buffer(outlink, in->nb_samples);
 189         if (!out) {
 190             av_frame_free(&in);
 191             return AVERROR(ENOMEM);
 192         }
 193         av_frame_copy_props(out, in);
 194     }
 195
 196     td.in = in; td.out = out;
 197     ctx->internal->execute(ctx, filter_channels, &td, NULL, FFMIN(inlink->channels,
 198                                                             ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
 199
 200     if (out != in)
 201         av_frame_free(&in);
 202     return ff_filter_frame(outlink, out);
 203 }
 204
 205 static int process_command(AVFilterContext *ctx, const char *cmd, const char *args,
 206                            char *res, int res_len, int flags)
 207 {
 208     int ret;
 209
 210     ret = ff_filter_process_command(ctx, cmd, args, res, res_len, flags);
 211     if (ret < 0)
 212         return ret;
 213
 214     return get_coeffs(ctx);
 215 }
 216
 217 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 218 {
 219     ASuperCutContext *s = ctx->priv;
 220
 221     av_frame_free(&s->w);
 222 }
 223
 224 #define OFFSET(x) offsetof(ASuperCutContext, x)
 225 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_RUNTIME_PARAM
 226
 227 static const AVOption asupercut_options[] = {
 228     { "cutoff", "set cutoff frequency", OFFSET(cutoff), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=20000}, 20000, 192000, FLAGS },
 229     { "order",  "set filter order",     OFFSET(order),  AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=10},        3,     20, FLAGS },
 230     { NULL }
 231 };
 232
 233 AVFILTER_DEFINE_CLASS(asupercut);
 234
 235 static const AVFilterPad inputs[] = {
 236     {
 237         .name         = "default",
 238         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 239         .filter_frame = filter_frame,
 240         .config_props = config_input,
 241     },
 242     { NULL }
 243 };
 244
 245 static const AVFilterPad outputs[] = {
 246     {
 247         .name = "default",
 248         .type = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 249     },
 250     { NULL }
 251 };
 252
 253 AVFilter ff_af_asupercut = {
 254     .name            = "asupercut",
 255     .description     = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Cut super frequencies."),
 256     .query_formats   = query_formats,
 257     .priv_size       = sizeof(ASuperCutContext),
 258     .priv_class      = &asupercut_class,
 259     .uninit          = uninit,
 260     .inputs          = inputs,
 261     .outputs         = outputs,
 262     .process_command = process_command,
 263     .flags           = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC |
 264                        AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 265 };