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

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2017 Paul B Mahol
   3  * Copyright (C) 2013-2015 Andreas Fuchs, Wolfgang Hrauda
   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 <math.h>
  22
  23 #include "libavutil/audio_fifo.h"
  24 #include "libavutil/avstring.h"
  25 #include "libavutil/channel_layout.h"
  26 #include "libavutil/float_dsp.h"
  27 #include "libavutil/intmath.h"
  28 #include "libavutil/opt.h"
  29 #include "libavcodec/avfft.h"
  30
  31 #include "avfilter.h"
  32 #include "internal.h"
  33 #include "audio.h"
  34
  35 #define TIME_DOMAIN      0
  36 #define FREQUENCY_DOMAIN 1
  37
  38 typedef struct HeadphoneContext {
  39     const AVClass *class;
  40
  41     char *map;
  42     int type;
  43
  44     int lfe_channel;
  45
  46     int have_hrirs;
  47     int eof_hrirs;
  48     int64_t pts;
  49
  50     int ir_len;
  51
  52     int mapping[64];
  53
  54     int nb_inputs;
  55
  56     int nb_irs;
  57
  58     float gain;
  59     float lfe_gain, gain_lfe;
  60
  61     float *ringbuffer[2];
  62     int write[2];
  63
  64     int buffer_length;
  65     int n_fft;
  66     int size;
  67
  68     int *delay[2];
  69     float *data_ir[2];
  70     float *temp_src[2];
  71     FFTComplex *temp_fft[2];
  72
  73     FFTContext *fft[2], *ifft[2];
  74     FFTComplex *data_hrtf[2];
  75
  76     AVFloatDSPContext *fdsp;
  77     struct headphone_inputs {
  78         AVAudioFifo *fifo;
  79         AVFrame     *frame;
  80         int          ir_len;
  81         int          delay_l;
  82         int          delay_r;
  83         int          eof;
  84     } *in;
  85 } HeadphoneContext;
  86
  87 static int parse_channel_name(HeadphoneContext *s, int x, char **arg, int *rchannel, char *buf)
  88 {
  89     int len, i, channel_id = 0;
  90     int64_t layout, layout0;
  91
  92     if (sscanf(*arg, "%7[A-Z]%n", buf, &len)) {
  93         layout0 = layout = av_get_channel_layout(buf);
  94         if (layout == AV_CH_LOW_FREQUENCY)
  95             s->lfe_channel = x;
  96         for (i = 32; i > 0; i >>= 1) {
  97             if (layout >= 1LL << i) {
  98                 channel_id += i;
  99                 layout >>= i;
 100             }
 101         }
 102         if (channel_id >= 64 || layout0 != 1LL << channel_id)
 103             return AVERROR(EINVAL);
 104         *rchannel = channel_id;
 105         *arg += len;
 106         return 0;
 107     }
 108     return AVERROR(EINVAL);
 109 }
 110
 111 static void parse_map(AVFilterContext *ctx)
 112 {
 113     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 114     char *arg, *tokenizer, *p, *args = av_strdup(s->map);
 115     int i;
 116
 117     if (!args)
 118         return;
 119     p = args;
 120
 121     s->lfe_channel = -1;
 122     s->nb_inputs = 1;
 123
 124     for (i = 0; i < 64; i++) {
 125         s->mapping[i] = -1;
 126     }
 127
 128     while ((arg = av_strtok(p, "|", &tokenizer))) {
 129         int out_ch_id;
 130         char buf[8];
 131
 132         p = NULL;
 133         if (parse_channel_name(s, s->nb_inputs - 1, &arg, &out_ch_id, buf)) {
 134             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Failed to parse \'%s\' as channel name.\n", buf);
 135             continue;
 136         }
 137         s->mapping[s->nb_inputs - 1] = out_ch_id;
 138         s->nb_inputs++;
 139     }
 140     s->nb_irs = s->nb_inputs - 1;
 141
 142     av_free(args);
 143 }
 144
 145 typedef struct ThreadData {
 146     AVFrame *in, *out;
 147     int *write;
 148     int **delay;
 149     float **ir;
 150     int *n_clippings;
 151     float **ringbuffer;
 152     float **temp_src;
 153     FFTComplex **temp_fft;
 154 } ThreadData;
 155
 156 static int headphone_convolute(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 157 {
 158     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 159     ThreadData *td = arg;
 160     AVFrame *in = td->in, *out = td->out;
 161     int offset = jobnr;
 162     int *write = &td->write[jobnr];
 163     const int *const delay = td->delay[jobnr];
 164     const float *const ir = td->ir[jobnr];
 165     int *n_clippings = &td->n_clippings[jobnr];
 166     float *ringbuffer = td->ringbuffer[jobnr];
 167     float *temp_src = td->temp_src[jobnr];
 168     const int ir_len = s->ir_len;
 169     const float *src = (const float *)in->data[0];
 170     float *dst = (float *)out->data[0];
 171     const int in_channels = in->channels;
 172     const int buffer_length = s->buffer_length;
 173     const uint32_t modulo = (uint32_t)buffer_length - 1;
 174     float *buffer[16];
 175     int wr = *write;
 176     int read;
 177     int i, l;
 178
 179     dst += offset;
 180     for (l = 0; l < in_channels; l++) {
 181         buffer[l] = ringbuffer + l * buffer_length;
 182     }
 183
 184     for (i = 0; i < in->nb_samples; i++) {
 185         const float *temp_ir = ir;
 186
 187         *dst = 0;
 188         for (l = 0; l < in_channels; l++) {
 189             *(buffer[l] + wr) = src[l];
 190         }
 191
 192         for (l = 0; l < in_channels; l++) {
 193             const float *const bptr = buffer[l];
 194
 195             if (l == s->lfe_channel) {
 196                 *dst += *(buffer[s->lfe_channel] + wr) * s->gain_lfe;
 197                 temp_ir += FFALIGN(ir_len, 16);
 198                 continue;
 199             }
 200
 201             read = (wr - *(delay + l) - (ir_len - 1) + buffer_length) & modulo;
 202
 203             if (read + ir_len < buffer_length) {
 204                 memcpy(temp_src, bptr + read, ir_len * sizeof(*temp_src));
 205             } else {
 206                 int len = FFMIN(ir_len - (read % ir_len), buffer_length - read);
 207
 208                 memcpy(temp_src, bptr + read, len * sizeof(*temp_src));
 209                 memcpy(temp_src + len, bptr, (ir_len - len) * sizeof(*temp_src));
 210             }
 211
 212             dst[0] += s->fdsp->scalarproduct_float(temp_ir, temp_src, ir_len);
 213             temp_ir += FFALIGN(ir_len, 16);
 214         }
 215
 216         if (fabs(*dst) > 1)
 217             *n_clippings += 1;
 218
 219         dst += 2;
 220         src += in_channels;
 221         wr   = (wr + 1) & modulo;
 222     }
 223
 224     *write = wr;
 225
 226     return 0;
 227 }
 228
 229 static int headphone_fast_convolute(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 230 {
 231     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 232     ThreadData *td = arg;
 233     AVFrame *in = td->in, *out = td->out;
 234     int offset = jobnr;
 235     int *write = &td->write[jobnr];
 236     FFTComplex *hrtf = s->data_hrtf[jobnr];
 237     int *n_clippings = &td->n_clippings[jobnr];
 238     float *ringbuffer = td->ringbuffer[jobnr];
 239     const int ir_len = s->ir_len;
 240     const float *src = (const float *)in->data[0];
 241     float *dst = (float *)out->data[0];
 242     const int in_channels = in->channels;
 243     const int buffer_length = s->buffer_length;
 244     const uint32_t modulo = (uint32_t)buffer_length - 1;
 245     FFTComplex *fft_in = s->temp_fft[jobnr];
 246     FFTContext *ifft = s->ifft[jobnr];
 247     FFTContext *fft = s->fft[jobnr];
 248     const int n_fft = s->n_fft;
 249     const float fft_scale = 1.0f / s->n_fft;
 250     FFTComplex *hrtf_offset;
 251     int wr = *write;
 252     int n_read;
 253     int i, j;
 254
 255     dst += offset;
 256
 257     n_read = FFMIN(s->ir_len, in->nb_samples);
 258     for (j = 0; j < n_read; j++) {
 259         dst[2 * j]     = ringbuffer[wr];
 260         ringbuffer[wr] = 0.0;
 261         wr  = (wr + 1) & modulo;
 262     }
 263
 264     for (j = n_read; j < in->nb_samples; j++) {
 265         dst[2 * j] = 0;
 266     }
 267
 268     for (i = 0; i < in_channels; i++) {
 269         if (i == s->lfe_channel) {
 270             for (j = 0; j < in->nb_samples; j++) {
 271                 dst[2 * j] += src[i + j * in_channels] * s->gain_lfe;
 272             }
 273             continue;
 274         }
 275
 276         offset = i * n_fft;
 277         hrtf_offset = hrtf + offset;
 278
 279         memset(fft_in, 0, sizeof(FFTComplex) * n_fft);
 280
 281         for (j = 0; j < in->nb_samples; j++) {
 282             fft_in[j].re = src[j * in_channels + i];
 283         }
 284
 285         av_fft_permute(fft, fft_in);
 286         av_fft_calc(fft, fft_in);
 287         for (j = 0; j < n_fft; j++) {
 288             const FFTComplex *hcomplex = hrtf_offset + j;
 289             const float re = fft_in[j].re;
 290             const float im = fft_in[j].im;
 291
 292             fft_in[j].re = re * hcomplex->re - im * hcomplex->im;
 293             fft_in[j].im = re * hcomplex->im + im * hcomplex->re;
 294         }
 295
 296         av_fft_permute(ifft, fft_in);
 297         av_fft_calc(ifft, fft_in);
 298
 299         for (j = 0; j < in->nb_samples; j++) {
 300             dst[2 * j] += fft_in[j].re * fft_scale;
 301         }
 302
 303         for (j = 0; j < ir_len - 1; j++) {
 304             int write_pos = (wr + j) & modulo;
 305
 306             *(ringbuffer + write_pos) += fft_in[in->nb_samples + j].re * fft_scale;
 307         }
 308     }
 309
 310     for (i = 0; i < out->nb_samples; i++) {
 311         if (fabs(*dst) > 1) {
 312             n_clippings[0]++;
 313         }
 314
 315         dst += 2;
 316     }
 317
 318     *write = wr;
 319
 320     return 0;
 321 }
 322
 323 static int read_ir(AVFilterLink *inlink, AVFrame *frame)
 324 {
 325     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 326     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 327     int ir_len, max_ir_len, input_number, ret;
 328
 329     for (input_number = 0; input_number < s->nb_inputs; input_number++)
 330         if (inlink == ctx->inputs[input_number])
 331             break;
 332
 333     ret = av_audio_fifo_write(s->in[input_number].fifo, (void **)frame->extended_data,
 334                              frame->nb_samples);
 335     av_frame_free(&frame);
 336
 337     if (ret < 0)
 338         return ret;
 339
 340     ir_len = av_audio_fifo_size(s->in[input_number].fifo);
 341     max_ir_len = 65536;
 342     if (ir_len > max_ir_len) {
 343         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Too big length of IRs: %d > %d.\n", ir_len, max_ir_len);
 344         return AVERROR(EINVAL);
 345     }
 346     s->in[input_number].ir_len = ir_len;
 347     s->ir_len = FFMAX(ir_len, s->ir_len);
 348
 349     return 0;
 350 }
 351
 352 static int headphone_frame(HeadphoneContext *s, AVFilterLink *outlink)
 353 {
 354     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 355     AVFrame *in = s->in[0].frame;
 356     int n_clippings[2] = { 0 };
 357     ThreadData td;
 358     AVFrame *out;
 359
 360     av_audio_fifo_read(s->in[0].fifo, (void **)in->extended_data, s->size);
 361
 362     out = ff_get_audio_buffer(outlink, in->nb_samples);
 363     if (!out)
 364         return AVERROR(ENOMEM);
 365     out->pts = s->pts;
 366     if (s->pts != AV_NOPTS_VALUE)
 367         s->pts += av_rescale_q(out->nb_samples, (AVRational){1, outlink->sample_rate}, outlink->time_base);
 368
 369     td.in = in; td.out = out; td.write = s->write;
 370     td.delay = s->delay; td.ir = s->data_ir; td.n_clippings = n_clippings;
 371     td.ringbuffer = s->ringbuffer; td.temp_src = s->temp_src;
 372     td.temp_fft = s->temp_fft;
 373
 374     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 375         ctx->internal->execute(ctx, headphone_convolute, &td, NULL, 2);
 376     } else {
 377         ctx->internal->execute(ctx, headphone_fast_convolute, &td, NULL, 2);
 378     }
 379     emms_c();
 380
 381     if (n_clippings[0] + n_clippings[1] > 0) {
 382         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "%d of %d samples clipped. Please reduce gain.\n",
 383                n_clippings[0] + n_clippings[1], out->nb_samples * 2);
 384     }
 385
 386     return ff_filter_frame(outlink, out);
 387 }
 388
 389 static int convert_coeffs(AVFilterContext *ctx, AVFilterLink *inlink)
 390 {
 391     struct HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 392     const int ir_len = s->ir_len;
 393     int nb_irs = s->nb_irs;
 394     int nb_input_channels = ctx->inputs[0]->channels;
 395     float gain_lin = expf((s->gain - 3 * nb_input_channels) / 20 * M_LN10);
 396     FFTComplex *data_hrtf_l = NULL;
 397     FFTComplex *data_hrtf_r = NULL;
 398     FFTComplex *fft_in_l = NULL;
 399     FFTComplex *fft_in_r = NULL;
 400     float *data_ir_l = NULL;
 401     float *data_ir_r = NULL;
 402     int offset = 0, ret = 0;
 403     int n_fft;
 404     int i, j;
 405
 406     s->buffer_length = 1 << (32 - ff_clz(s->ir_len));
 407     s->n_fft = n_fft = 1 << (32 - ff_clz(s->ir_len + inlink->sample_rate));
 408
 409     if (s->type == FREQUENCY_DOMAIN) {
 410         fft_in_l = av_calloc(n_fft, sizeof(*fft_in_l));
 411         fft_in_r = av_calloc(n_fft, sizeof(*fft_in_r));
 412         if (!fft_in_l || !fft_in_r) {
 413             ret = AVERROR(ENOMEM);
 414             goto fail;
 415         }
 416
 417         av_fft_end(s->fft[0]);
 418         av_fft_end(s->fft[1]);
 419         s->fft[0] = av_fft_init(log2(s->n_fft), 0);
 420         s->fft[1] = av_fft_init(log2(s->n_fft), 0);
 421         av_fft_end(s->ifft[0]);
 422         av_fft_end(s->ifft[1]);
 423         s->ifft[0] = av_fft_init(log2(s->n_fft), 1);
 424         s->ifft[1] = av_fft_init(log2(s->n_fft), 1);
 425
 426         if (!s->fft[0] || !s->fft[1] || !s->ifft[0] || !s->ifft[1]) {
 427             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unable to create FFT contexts of size %d.\n", s->n_fft);
 428             ret = AVERROR(ENOMEM);
 429             goto fail;
 430         }
 431     }
 432
 433     s->data_ir[0] = av_calloc(FFALIGN(s->ir_len, 16), sizeof(float) * s->nb_irs);
 434     s->data_ir[1] = av_calloc(FFALIGN(s->ir_len, 16), sizeof(float) * s->nb_irs);
 435     s->delay[0] = av_malloc_array(s->nb_irs, sizeof(float));
 436     s->delay[1] = av_malloc_array(s->nb_irs, sizeof(float));
 437
 438     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 439         s->ringbuffer[0] = av_calloc(s->buffer_length, sizeof(float) * nb_input_channels);
 440         s->ringbuffer[1] = av_calloc(s->buffer_length, sizeof(float) * nb_input_channels);
 441     } else {
 442         s->ringbuffer[0] = av_calloc(s->buffer_length, sizeof(float));
 443         s->ringbuffer[1] = av_calloc(s->buffer_length, sizeof(float));
 444         s->temp_fft[0] = av_malloc_array(s->n_fft, sizeof(FFTComplex));
 445         s->temp_fft[1] = av_malloc_array(s->n_fft, sizeof(FFTComplex));
 446         if (!s->temp_fft[0] || !s->temp_fft[1]) {
 447             ret = AVERROR(ENOMEM);
 448             goto fail;
 449         }
 450     }
 451
 452     if (!s->data_ir[0] || !s->data_ir[1] ||
 453         !s->ringbuffer[0] || !s->ringbuffer[1]) {
 454         ret = AVERROR(ENOMEM);
 455         goto fail;
 456     }
 457
 458     s->in[0].frame = ff_get_audio_buffer(ctx->inputs[0], s->size);
 459     if (!s->in[0].frame) {
 460         ret = AVERROR(ENOMEM);
 461         goto fail;
 462     }
 463     for (i = 0; i < s->nb_irs; i++) {
 464         s->in[i + 1].frame = ff_get_audio_buffer(ctx->inputs[i + 1], s->ir_len);
 465         if (!s->in[i + 1].frame) {
 466             ret = AVERROR(ENOMEM);
 467             goto fail;
 468         }
 469     }
 470
 471     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 472         s->temp_src[0] = av_calloc(FFALIGN(ir_len, 16), sizeof(float));
 473         s->temp_src[1] = av_calloc(FFALIGN(ir_len, 16), sizeof(float));
 474
 475         data_ir_l = av_calloc(nb_irs * FFALIGN(ir_len, 16), sizeof(*data_ir_l));
 476         data_ir_r = av_calloc(nb_irs * FFALIGN(ir_len, 16), sizeof(*data_ir_r));
 477         if (!data_ir_r || !data_ir_l || !s->temp_src[0] || !s->temp_src[1]) {
 478             ret = AVERROR(ENOMEM);
 479             goto fail;
 480         }
 481     } else {
 482         data_hrtf_l = av_malloc_array(n_fft, sizeof(*data_hrtf_l) * nb_irs);
 483         data_hrtf_r = av_malloc_array(n_fft, sizeof(*data_hrtf_r) * nb_irs);
 484         if (!data_hrtf_r || !data_hrtf_l) {
 485             ret = AVERROR(ENOMEM);
 486             goto fail;
 487         }
 488     }
 489
 490     for (i = 0; i < s->nb_irs; i++) {
 491         int len = s->in[i + 1].ir_len;
 492         int delay_l = s->in[i + 1].delay_l;
 493         int delay_r = s->in[i + 1].delay_r;
 494         int idx = -1;
 495         float *ptr;
 496
 497         for (j = 0; j < inlink->channels; j++) {
 498             if (s->mapping[i] < 0) {
 499                 continue;
 500             }
 501
 502             if ((av_channel_layout_extract_channel(inlink->channel_layout, j)) == (1LL << s->mapping[i])) {
 503                 idx = j;
 504                 break;
 505             }
 506         }
 507         if (idx == -1)
 508             continue;
 509
 510         av_audio_fifo_read(s->in[i + 1].fifo, (void **)s->in[i + 1].frame->extended_data, len);
 511         ptr = (float *)s->in[i + 1].frame->extended_data[0];
 512
 513         if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 514             offset = idx * FFALIGN(len, 16);
 515             for (j = 0; j < len; j++) {
 516                 data_ir_l[offset + j] = ptr[len * 2 - j * 2 - 2] * gain_lin;
 517                 data_ir_r[offset + j] = ptr[len * 2 - j * 2 - 1] * gain_lin;
 518             }
 519         } else {
 520             memset(fft_in_l, 0, n_fft * sizeof(*fft_in_l));
 521             memset(fft_in_r, 0, n_fft * sizeof(*fft_in_r));
 522
 523             offset = idx * n_fft;
 524             for (j = 0; j < len; j++) {
 525                 fft_in_l[delay_l + j].re = ptr[j * 2    ] * gain_lin;
 526                 fft_in_r[delay_r + j].re = ptr[j * 2 + 1] * gain_lin;
 527             }
 528
 529             av_fft_permute(s->fft[0], fft_in_l);
 530             av_fft_calc(s->fft[0], fft_in_l);
 531             memcpy(data_hrtf_l + offset, fft_in_l, n_fft * sizeof(*fft_in_l));
 532             av_fft_permute(s->fft[0], fft_in_r);
 533             av_fft_calc(s->fft[0], fft_in_r);
 534             memcpy(data_hrtf_r + offset, fft_in_r, n_fft * sizeof(*fft_in_r));
 535         }
 536     }
 537
 538     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 539         memcpy(s->data_ir[0], data_ir_l, sizeof(float) * nb_irs * FFALIGN(ir_len, 16));
 540         memcpy(s->data_ir[1], data_ir_r, sizeof(float) * nb_irs * FFALIGN(ir_len, 16));
 541     } else {
 542         s->data_hrtf[0] = av_malloc_array(n_fft * s->nb_irs, sizeof(FFTComplex));
 543         s->data_hrtf[1] = av_malloc_array(n_fft * s->nb_irs, sizeof(FFTComplex));
 544         if (!s->data_hrtf[0] || !s->data_hrtf[1]) {
 545             ret = AVERROR(ENOMEM);
 546             goto fail;
 547         }
 548
 549         memcpy(s->data_hrtf[0], data_hrtf_l,
 550             sizeof(FFTComplex) * nb_irs * n_fft);
 551         memcpy(s->data_hrtf[1], data_hrtf_r,
 552             sizeof(FFTComplex) * nb_irs * n_fft);
 553     }
 554
 555     s->have_hrirs = 1;
 556
 557 fail:
 558
 559     av_freep(&data_ir_l);
 560     av_freep(&data_ir_r);
 561
 562     av_freep(&data_hrtf_l);
 563     av_freep(&data_hrtf_r);
 564
 565     av_freep(&fft_in_l);
 566     av_freep(&fft_in_r);
 567
 568     return ret;
 569 }
 570
 571 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 572 {
 573     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 574     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 575     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 576     int ret = 0;
 577
 578     ret = av_audio_fifo_write(s->in[0].fifo, (void **)in->extended_data,
 579                              in->nb_samples);
 580     if (s->pts == AV_NOPTS_VALUE)
 581         s->pts = in->pts;
 582
 583     av_frame_free(&in);
 584
 585     if (ret < 0)
 586         return ret;
 587
 588     if (!s->have_hrirs && s->eof_hrirs) {
 589         ret = convert_coeffs(ctx, inlink);
 590         if (ret < 0)
 591             return ret;
 592     }
 593
 594     if (s->have_hrirs) {
 595         while (av_audio_fifo_size(s->in[0].fifo) >= s->size) {
 596             ret = headphone_frame(s, outlink);
 597             if (ret < 0)
 598                 return ret;
 599         }
 600     }
 601
 602     return 0;
 603 }
 604
 605 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 606 {
 607     struct HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 608     AVFilterFormats *formats = NULL;
 609     AVFilterChannelLayouts *layouts = NULL;
 610     int ret, i;
 611
 612     ret = ff_add_format(&formats, AV_SAMPLE_FMT_FLT);
 613     if (ret)
 614         return ret;
 615     ret = ff_set_common_formats(ctx, formats);
 616     if (ret)
 617         return ret;
 618
 619     layouts = ff_all_channel_layouts();
 620     if (!layouts)
 621         return AVERROR(ENOMEM);
 622
 623     ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &ctx->inputs[0]->out_channel_layouts);
 624     if (ret)
 625         return ret;
 626
 627     layouts = NULL;
 628     ret = ff_add_channel_layout(&layouts, AV_CH_LAYOUT_STEREO);
 629     if (ret)
 630         return ret;
 631
 632     for (i = 1; i < s->nb_inputs; i++) {
 633         ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &ctx->inputs[i]->out_channel_layouts);
 634         if (ret)
 635             return ret;
 636     }
 637
 638     ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &ctx->outputs[0]->in_channel_layouts);
 639     if (ret)
 640         return ret;
 641
 642     formats = ff_all_samplerates();
 643     if (!formats)
 644         return AVERROR(ENOMEM);
 645     return ff_set_common_samplerates(ctx, formats);
 646 }
 647
 648 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 649 {
 650     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 651     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 652
 653     if (s->type == FREQUENCY_DOMAIN) {
 654         inlink->partial_buf_size =
 655         inlink->min_samples =
 656         inlink->max_samples = inlink->sample_rate;
 657     }
 658
 659     if (s->nb_irs < inlink->channels) {
 660         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Number of inputs must be >= %d.\n", inlink->channels + 1);
 661         return AVERROR(EINVAL);
 662     }
 663
 664     return 0;
 665 }
 666
 667 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
 668 {
 669     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 670     int i, ret;
 671
 672     AVFilterPad pad = {
 673         .name         = "in0",
 674         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 675         .config_props = config_input,
 676         .filter_frame = filter_frame,
 677     };
 678     if ((ret = ff_insert_inpad(ctx, 0, &pad)) < 0)
 679         return ret;
 680
 681     if (!s->map) {
 682         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Valid mapping must be set.\n");
 683         return AVERROR(EINVAL);
 684     }
 685
 686     parse_map(ctx);
 687
 688     s->in = av_calloc(s->nb_inputs, sizeof(*s->in));
 689     if (!s->in)
 690         return AVERROR(ENOMEM);
 691
 692     for (i = 1; i < s->nb_inputs; i++) {
 693         char *name = av_asprintf("hrir%d", i - 1);
 694         AVFilterPad pad = {
 695             .name         = name,
 696             .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 697             .filter_frame = read_ir,
 698         };
 699         if (!name)
 700             return AVERROR(ENOMEM);
 701         if ((ret = ff_insert_inpad(ctx, i, &pad)) < 0) {
 702             av_freep(&pad.name);
 703             return ret;
 704         }
 705     }
 706
 707     s->fdsp = avpriv_float_dsp_alloc(0);
 708     if (!s->fdsp)
 709         return AVERROR(ENOMEM);
 710     s->pts = AV_NOPTS_VALUE;
 711
 712     return 0;
 713 }
 714
 715 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 716 {
 717     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 718     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 719     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 720     int i;
 721
 722     if (s->type == TIME_DOMAIN)
 723         s->size = 1024;
 724     else
 725         s->size = inlink->sample_rate;
 726
 727     for (i = 0; i < s->nb_inputs; i++) {
 728         s->in[i].fifo = av_audio_fifo_alloc(ctx->inputs[i]->format, ctx->inputs[i]->channels, 1024);
 729         if (!s->in[i].fifo)
 730             return AVERROR(ENOMEM);
 731     }
 732     s->gain_lfe = expf((s->gain - 3 * inlink->channels - 6 + s->lfe_gain) / 20 * M_LN10);
 733
 734     return 0;
 735 }
 736
 737 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
 738 {
 739     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 740     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 741     int i, ret;
 742
 743     for (i = 1; !s->eof_hrirs && i < s->nb_inputs; i++) {
 744         if (!s->in[i].eof) {
 745             ret = ff_request_frame(ctx->inputs[i]);
 746             if (ret == AVERROR_EOF) {
 747                 s->in[i].eof = 1;
 748                 ret = 0;
 749             }
 750             return ret;
 751         } else {
 752             if (i == s->nb_inputs - 1)
 753                 s->eof_hrirs = 1;
 754         }
 755     }
 756     return ff_request_frame(ctx->inputs[0]);
 757 }
 758
 759 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 760 {
 761     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 762     int i;
 763
 764     av_fft_end(s->ifft[0]);
 765     av_fft_end(s->ifft[1]);
 766     av_fft_end(s->fft[0]);
 767     av_fft_end(s->fft[1]);
 768     av_freep(&s->delay[0]);
 769     av_freep(&s->delay[1]);
 770     av_freep(&s->data_ir[0]);
 771     av_freep(&s->data_ir[1]);
 772     av_freep(&s->ringbuffer[0]);
 773     av_freep(&s->ringbuffer[1]);
 774     av_freep(&s->temp_src[0]);
 775     av_freep(&s->temp_src[1]);
 776     av_freep(&s->temp_fft[0]);
 777     av_freep(&s->temp_fft[1]);
 778     av_freep(&s->data_hrtf[0]);
 779     av_freep(&s->data_hrtf[1]);
 780     av_freep(&s->fdsp);
 781
 782     for (i = 0; i < s->nb_inputs; i++) {
 783         av_frame_free(&s->in[i].frame);
 784         av_audio_fifo_free(s->in[i].fifo);
 785         if (ctx->input_pads && i)
 786             av_freep(&ctx->input_pads[i].name);
 787     }
 788     av_freep(&s->in);
 789 }
 790
 791 #define OFFSET(x) offsetof(HeadphoneContext, x)
 792 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
 793
 794 static const AVOption headphone_options[] = {
 795     { "map",       "set channels convolution mappings",  OFFSET(map),      AV_OPT_TYPE_STRING, {.str=NULL},            .flags = FLAGS },
 796     { "gain",      "set gain in dB",                     OFFSET(gain),     AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0},     -20,  40, .flags = FLAGS },
 797     { "lfe",       "set lfe gain in dB",                 OFFSET(lfe_gain), AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0},     -20,  40, .flags = FLAGS },
 798     { "type",      "set processing",                     OFFSET(type),     AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=1},       0,   1, .flags = FLAGS, "type" },
 799     { "time",      "time domain",                        0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=0},       0,   0, .flags = FLAGS, "type" },
 800     { "freq",      "frequency domain",                   0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=1},       0,   0, .flags = FLAGS, "type" },
 801     { NULL }
 802 };
 803
 804 AVFILTER_DEFINE_CLASS(headphone);
 805
 806 static const AVFilterPad outputs[] = {
 807     {
 808         .name          = "default",
 809         .type          = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 810         .config_props  = config_output,
 811         .request_frame = request_frame,
 812     },
 813     { NULL }
 814 };
 815
 816 AVFilter ff_af_headphone = {
 817     .name          = "headphone",
 818     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply headphone binaural spatialization with HRTFs in additional streams."),
 819     .priv_size     = sizeof(HeadphoneContext),
 820     .priv_class    = &headphone_class,
 821     .init          = init,
 822     .uninit        = uninit,
 823     .query_formats = query_formats,
 824     .inputs        = NULL,
 825     .outputs       = outputs,
 826     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS | AVFILTER_FLAG_DYNAMIC_INPUTS,
 827 };