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/avstring.h"
  24 #include "libavutil/channel_layout.h"
  25 #include "libavutil/float_dsp.h"
  26 #include "libavutil/intmath.h"
  27 #include "libavutil/opt.h"
  28 #include "libavcodec/avfft.h"
  29
  30 #include "avfilter.h"
  31 #include "filters.h"
  32 #include "internal.h"
  33 #include "audio.h"
  34
  35 #define TIME_DOMAIN      0
  36 #define FREQUENCY_DOMAIN 1
  37
  38 #define HRIR_STEREO 0
  39 #define HRIR_MULTI  1
  40
  41 typedef struct HeadphoneContext {
  42     const AVClass *class;
  43
  44     char *map;
  45     int type;
  46
  47     int lfe_channel;
  48
  49     int have_hrirs;
  50     int eof_hrirs;
  51
  52     int ir_len;
  53     int air_len;
  54
  55     int mapping[64];
  56
  57     int nb_inputs;
  58
  59     int nb_irs;
  60
  61     float gain;
  62     float lfe_gain, gain_lfe;
  63
  64     float *ringbuffer[2];
  65     int write[2];
  66
  67     int buffer_length;
  68     int n_fft;
  69     int size;
  70     int hrir_fmt;
  71
  72     int *delay[2];
  73     float *data_ir[2];
  74     float *temp_src[2];
  75     FFTComplex *temp_fft[2];
  76     FFTComplex *temp_afft[2];
  77
  78     FFTContext *fft[2], *ifft[2];
  79     FFTComplex *data_hrtf[2];
  80
  81     AVFloatDSPContext *fdsp;
  82     struct headphone_inputs {
  83         AVFrame     *frame;
  84         int          ir_len;
  85         int          delay_l;
  86         int          delay_r;
  87         int          eof;
  88     } *in;
  89 } HeadphoneContext;
  90
  91 static int parse_channel_name(char **arg, int *rchannel, char *buf)
  92 {
  93     int len, i, channel_id = 0;
  94     int64_t layout, layout0;
  95
  96     if (sscanf(*arg, "%7[A-Z]%n", buf, &len)) {
  97         layout0 = layout = av_get_channel_layout(buf);
  98         for (i = 32; i > 0; i >>= 1) {
  99             if (layout >= 1LL << i) {
 100                 channel_id += i;
 101                 layout >>= i;
 102             }
 103         }
 104         if (channel_id >= 64 || layout0 != 1LL << channel_id)
 105             return AVERROR(EINVAL);
 106         *rchannel = channel_id;
 107         *arg += len;
 108         return 0;
 109     }
 110     return AVERROR(EINVAL);
 111 }
 112
 113 static void parse_map(AVFilterContext *ctx)
 114 {
 115     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 116     char *arg, *tokenizer, *p, *args = av_strdup(s->map);
 117     uint64_t used_channels = 0;
 118     int i;
 119
 120     if (!args)
 121         return;
 122     p = args;
 123
 124     s->lfe_channel = -1;
 125     s->nb_inputs = 1;
 126
 127     for (i = 0; i < 64; i++) {
 128         s->mapping[i] = -1;
 129     }
 130
 131     while ((arg = av_strtok(p, "|", &tokenizer))) {
 132         int out_ch_id;
 133         char buf[8];
 134
 135         p = NULL;
 136         if (parse_channel_name(&arg, &out_ch_id, buf)) {
 137             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Failed to parse \'%s\' as channel name.\n", arg);
 138             continue;
 139         }
 140         if (used_channels & (1ULL << out_ch_id)) {
 141             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Ignoring duplicate channel '%s'.\n", buf);
 142             continue;
 143         }
 144         used_channels |= 1ULL << out_ch_id;
 145         if (out_ch_id == av_log2(AV_CH_LOW_FREQUENCY))
 146             s->lfe_channel = s->nb_irs;
 147         s->mapping[s->nb_irs] = out_ch_id;
 148         s->nb_irs++;
 149     }
 150
 151     if (s->hrir_fmt == HRIR_MULTI)
 152         s->nb_inputs = 2;
 153     else
 154         s->nb_inputs = s->nb_irs + 1;
 155
 156     av_free(args);
 157 }
 158
 159 typedef struct ThreadData {
 160     AVFrame *in, *out;
 161     int *write;
 162     int **delay;
 163     float **ir;
 164     int *n_clippings;
 165     float **ringbuffer;
 166     float **temp_src;
 167     FFTComplex **temp_fft;
 168     FFTComplex **temp_afft;
 169 } ThreadData;
 170
 171 static int headphone_convolute(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 172 {
 173     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 174     ThreadData *td = arg;
 175     AVFrame *in = td->in, *out = td->out;
 176     int offset = jobnr;
 177     int *write = &td->write[jobnr];
 178     const int *const delay = td->delay[jobnr];
 179     const float *const ir = td->ir[jobnr];
 180     int *n_clippings = &td->n_clippings[jobnr];
 181     float *ringbuffer = td->ringbuffer[jobnr];
 182     float *temp_src = td->temp_src[jobnr];
 183     const int ir_len = s->ir_len;
 184     const int air_len = s->air_len;
 185     const float *src = (const float *)in->data[0];
 186     float *dst = (float *)out->data[0];
 187     const int in_channels = in->channels;
 188     const int buffer_length = s->buffer_length;
 189     const uint32_t modulo = (uint32_t)buffer_length - 1;
 190     float *buffer[64];
 191     int wr = *write;
 192     int read;
 193     int i, l;
 194
 195     dst += offset;
 196     for (l = 0; l < in_channels; l++) {
 197         buffer[l] = ringbuffer + l * buffer_length;
 198     }
 199
 200     for (i = 0; i < in->nb_samples; i++) {
 201         const float *temp_ir = ir;
 202
 203         *dst = 0;
 204         for (l = 0; l < in_channels; l++) {
 205             *(buffer[l] + wr) = src[l];
 206         }
 207
 208         for (l = 0; l < in_channels; l++) {
 209             const float *const bptr = buffer[l];
 210
 211             if (l == s->lfe_channel) {
 212                 *dst += *(buffer[s->lfe_channel] + wr) * s->gain_lfe;
 213                 temp_ir += air_len;
 214                 continue;
 215             }
 216
 217             read = (wr - *(delay + l) - (ir_len - 1) + buffer_length) & modulo;
 218
 219             if (read + ir_len < buffer_length) {
 220                 memcpy(temp_src, bptr + read, ir_len * sizeof(*temp_src));
 221             } else {
 222                 int len = FFMIN(air_len - (read % ir_len), buffer_length - read);
 223
 224                 memcpy(temp_src, bptr + read, len * sizeof(*temp_src));
 225                 memcpy(temp_src + len, bptr, (air_len - len) * sizeof(*temp_src));
 226             }
 227
 228             dst[0] += s->fdsp->scalarproduct_float(temp_ir, temp_src, FFALIGN(ir_len, 32));
 229             temp_ir += air_len;
 230         }
 231
 232         if (fabsf(dst[0]) > 1)
 233             n_clippings[0]++;
 234
 235         dst += 2;
 236         src += in_channels;
 237         wr   = (wr + 1) & modulo;
 238     }
 239
 240     *write = wr;
 241
 242     return 0;
 243 }
 244
 245 static int headphone_fast_convolute(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 246 {
 247     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 248     ThreadData *td = arg;
 249     AVFrame *in = td->in, *out = td->out;
 250     int offset = jobnr;
 251     int *write = &td->write[jobnr];
 252     FFTComplex *hrtf = s->data_hrtf[jobnr];
 253     int *n_clippings = &td->n_clippings[jobnr];
 254     float *ringbuffer = td->ringbuffer[jobnr];
 255     const int ir_len = s->ir_len;
 256     const float *src = (const float *)in->data[0];
 257     float *dst = (float *)out->data[0];
 258     const int in_channels = in->channels;
 259     const int buffer_length = s->buffer_length;
 260     const uint32_t modulo = (uint32_t)buffer_length - 1;
 261     FFTComplex *fft_in = s->temp_fft[jobnr];
 262     FFTComplex *fft_acc = s->temp_afft[jobnr];
 263     FFTContext *ifft = s->ifft[jobnr];
 264     FFTContext *fft = s->fft[jobnr];
 265     const int n_fft = s->n_fft;
 266     const float fft_scale = 1.0f / s->n_fft;
 267     FFTComplex *hrtf_offset;
 268     int wr = *write;
 269     int n_read;
 270     int i, j;
 271
 272     dst += offset;
 273
 274     n_read = FFMIN(ir_len, in->nb_samples);
 275     for (j = 0; j < n_read; j++) {
 276         dst[2 * j]     = ringbuffer[wr];
 277         ringbuffer[wr] = 0.0;
 278         wr  = (wr + 1) & modulo;
 279     }
 280
 281     for (j = n_read; j < in->nb_samples; j++) {
 282         dst[2 * j] = 0;
 283     }
 284
 285     memset(fft_acc, 0, sizeof(FFTComplex) * n_fft);
 286
 287     for (i = 0; i < in_channels; i++) {
 288         if (i == s->lfe_channel) {
 289             for (j = 0; j < in->nb_samples; j++) {
 290                 dst[2 * j] += src[i + j * in_channels] * s->gain_lfe;
 291             }
 292             continue;
 293         }
 294
 295         offset = i * n_fft;
 296         hrtf_offset = hrtf + offset;
 297
 298         memset(fft_in, 0, sizeof(FFTComplex) * n_fft);
 299
 300         for (j = 0; j < in->nb_samples; j++) {
 301             fft_in[j].re = src[j * in_channels + i];
 302         }
 303
 304         av_fft_permute(fft, fft_in);
 305         av_fft_calc(fft, fft_in);
 306         for (j = 0; j < n_fft; j++) {
 307             const FFTComplex *hcomplex = hrtf_offset + j;
 308             const float re = fft_in[j].re;
 309             const float im = fft_in[j].im;
 310
 311             fft_acc[j].re += re * hcomplex->re - im * hcomplex->im;
 312             fft_acc[j].im += re * hcomplex->im + im * hcomplex->re;
 313         }
 314     }
 315
 316     av_fft_permute(ifft, fft_acc);
 317     av_fft_calc(ifft, fft_acc);
 318
 319     for (j = 0; j < in->nb_samples; j++) {
 320         dst[2 * j] += fft_acc[j].re * fft_scale;
 321     }
 322
 323     for (j = 0; j < ir_len - 1; j++) {
 324         int write_pos = (wr + j) & modulo;
 325
 326         *(ringbuffer + write_pos) += fft_acc[in->nb_samples + j].re * fft_scale;
 327     }
 328
 329     for (i = 0; i < out->nb_samples; i++) {
 330         if (fabsf(dst[0]) > 1) {
 331             n_clippings[0]++;
 332         }
 333
 334         dst += 2;
 335     }
 336
 337     *write = wr;
 338
 339     return 0;
 340 }
 341
 342 static int check_ir(AVFilterLink *inlink, int input_number)
 343 {
 344     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 345     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 346     int ir_len, max_ir_len;
 347
 348     ir_len = ff_inlink_queued_samples(inlink);
 349     max_ir_len = 65536;
 350     if (ir_len > max_ir_len) {
 351         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Too big length of IRs: %d > %d.\n", ir_len, max_ir_len);
 352         return AVERROR(EINVAL);
 353     }
 354     s->in[input_number].ir_len = ir_len;
 355     s->ir_len = FFMAX(ir_len, s->ir_len);
 356
 357     return 0;
 358 }
 359
 360 static int headphone_frame(HeadphoneContext *s, AVFrame *in, AVFilterLink *outlink)
 361 {
 362     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 363     int n_clippings[2] = { 0 };
 364     ThreadData td;
 365     AVFrame *out;
 366
 367     out = ff_get_audio_buffer(outlink, in->nb_samples);
 368     if (!out) {
 369         av_frame_free(&in);
 370         return AVERROR(ENOMEM);
 371     }
 372     out->pts = in->pts;
 373
 374     td.in = in; td.out = out; td.write = s->write;
 375     td.delay = s->delay; td.ir = s->data_ir; td.n_clippings = n_clippings;
 376     td.ringbuffer = s->ringbuffer; td.temp_src = s->temp_src;
 377     td.temp_fft = s->temp_fft;
 378     td.temp_afft = s->temp_afft;
 379
 380     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 381         ctx->internal->execute(ctx, headphone_convolute, &td, NULL, 2);
 382     } else {
 383         ctx->internal->execute(ctx, headphone_fast_convolute, &td, NULL, 2);
 384     }
 385     emms_c();
 386
 387     if (n_clippings[0] + n_clippings[1] > 0) {
 388         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "%d of %d samples clipped. Please reduce gain.\n",
 389                n_clippings[0] + n_clippings[1], out->nb_samples * 2);
 390     }
 391
 392     av_frame_free(&in);
 393     return ff_filter_frame(outlink, out);
 394 }
 395
 396 static int convert_coeffs(AVFilterContext *ctx, AVFilterLink *inlink)
 397 {
 398     struct HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 399     const int ir_len = s->ir_len;
 400     int nb_irs = s->nb_irs;
 401     int nb_input_channels = ctx->inputs[0]->channels;
 402     float gain_lin = expf((s->gain - 3 * nb_input_channels) / 20 * M_LN10);
 403     FFTComplex *data_hrtf_l = NULL;
 404     FFTComplex *data_hrtf_r = NULL;
 405     FFTComplex *fft_in_l = NULL;
 406     FFTComplex *fft_in_r = NULL;
 407     float *data_ir_l = NULL;
 408     float *data_ir_r = NULL;
 409     int offset = 0, ret = 0;
 410     int n_fft;
 411     int i, j, k;
 412
 413     s->air_len = 1 << (32 - ff_clz(ir_len));
 414     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 415         s->air_len = FFALIGN(s->air_len, 32);
 416     }
 417     s->buffer_length = 1 << (32 - ff_clz(s->air_len));
 418     s->n_fft = n_fft = 1 << (32 - ff_clz(ir_len + s->size));
 419
 420     if (s->type == FREQUENCY_DOMAIN) {
 421         fft_in_l = av_calloc(n_fft, sizeof(*fft_in_l));
 422         fft_in_r = av_calloc(n_fft, sizeof(*fft_in_r));
 423         if (!fft_in_l || !fft_in_r) {
 424             ret = AVERROR(ENOMEM);
 425             goto fail;
 426         }
 427
 428         av_fft_end(s->fft[0]);
 429         av_fft_end(s->fft[1]);
 430         s->fft[0] = av_fft_init(av_log2(s->n_fft), 0);
 431         s->fft[1] = av_fft_init(av_log2(s->n_fft), 0);
 432         av_fft_end(s->ifft[0]);
 433         av_fft_end(s->ifft[1]);
 434         s->ifft[0] = av_fft_init(av_log2(s->n_fft), 1);
 435         s->ifft[1] = av_fft_init(av_log2(s->n_fft), 1);
 436
 437         if (!s->fft[0] || !s->fft[1] || !s->ifft[0] || !s->ifft[1]) {
 438             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unable to create FFT contexts of size %d.\n", s->n_fft);
 439             ret = AVERROR(ENOMEM);
 440             goto fail;
 441         }
 442     }
 443
 444     s->data_ir[0] = av_calloc(s->air_len, sizeof(float) * s->nb_irs);
 445     s->data_ir[1] = av_calloc(s->air_len, sizeof(float) * s->nb_irs);
 446     s->delay[0] = av_calloc(s->nb_irs, sizeof(float));
 447     s->delay[1] = av_calloc(s->nb_irs, sizeof(float));
 448
 449     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 450         s->ringbuffer[0] = av_calloc(s->buffer_length, sizeof(float) * nb_input_channels);
 451         s->ringbuffer[1] = av_calloc(s->buffer_length, sizeof(float) * nb_input_channels);
 452     } else {
 453         s->ringbuffer[0] = av_calloc(s->buffer_length, sizeof(float));
 454         s->ringbuffer[1] = av_calloc(s->buffer_length, sizeof(float));
 455         s->temp_fft[0] = av_calloc(s->n_fft, sizeof(FFTComplex));
 456         s->temp_fft[1] = av_calloc(s->n_fft, sizeof(FFTComplex));
 457         s->temp_afft[0] = av_calloc(s->n_fft, sizeof(FFTComplex));
 458         s->temp_afft[1] = av_calloc(s->n_fft, sizeof(FFTComplex));
 459         if (!s->temp_fft[0] || !s->temp_fft[1] ||
 460             !s->temp_afft[0] || !s->temp_afft[1]) {
 461             ret = AVERROR(ENOMEM);
 462             goto fail;
 463         }
 464     }
 465
 466     if (!s->data_ir[0] || !s->data_ir[1] ||
 467         !s->ringbuffer[0] || !s->ringbuffer[1]) {
 468         ret = AVERROR(ENOMEM);
 469         goto fail;
 470     }
 471
 472     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 473         s->temp_src[0] = av_calloc(s->air_len, sizeof(float));
 474         s->temp_src[1] = av_calloc(s->air_len, sizeof(float));
 475
 476         data_ir_l = av_calloc(nb_irs * s->air_len, sizeof(*data_ir_l));
 477         data_ir_r = av_calloc(nb_irs * s->air_len, sizeof(*data_ir_r));
 478         if (!data_ir_r || !data_ir_l || !s->temp_src[0] || !s->temp_src[1]) {
 479             ret = AVERROR(ENOMEM);
 480             goto fail;
 481         }
 482     } else {
 483         data_hrtf_l = av_calloc(n_fft, sizeof(*data_hrtf_l) * nb_irs);
 484         data_hrtf_r = av_calloc(n_fft, sizeof(*data_hrtf_r) * nb_irs);
 485         if (!data_hrtf_r || !data_hrtf_l) {
 486             ret = AVERROR(ENOMEM);
 487             goto fail;
 488         }
 489     }
 490
 491     for (i = 0; i < s->nb_inputs - 1; i++) {
 492         int len = s->in[i + 1].ir_len;
 493         int delay_l = s->in[i + 1].delay_l;
 494         int delay_r = s->in[i + 1].delay_r;
 495         float *ptr;
 496
 497         ret = ff_inlink_consume_samples(ctx->inputs[i + 1], len, len, &s->in[i + 1].frame);
 498         if (ret < 0)
 499             goto fail;
 500         ptr = (float *)s->in[i + 1].frame->extended_data[0];
 501
 502         if (s->hrir_fmt == HRIR_STEREO) {
 503             int idx = -1;
 504
 505             for (j = 0; j < inlink->channels; j++) {
 506                 if (s->mapping[i] < 0) {
 507                     continue;
 508                 }
 509
 510                 if ((av_channel_layout_extract_channel(inlink->channel_layout, j)) == (1LL << s->mapping[i])) {
 511                     idx = i;
 512                     break;
 513                 }
 514             }
 515
 516             if (idx == -1)
 517                 continue;
 518             if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 519                 offset = idx * s->air_len;
 520                 for (j = 0; j < len; j++) {
 521                     data_ir_l[offset + j] = ptr[len * 2 - j * 2 - 2] * gain_lin;
 522                     data_ir_r[offset + j] = ptr[len * 2 - j * 2 - 1] * gain_lin;
 523                 }
 524             } else {
 525                 memset(fft_in_l, 0, n_fft * sizeof(*fft_in_l));
 526                 memset(fft_in_r, 0, n_fft * sizeof(*fft_in_r));
 527
 528                 offset = idx * n_fft;
 529                 for (j = 0; j < len; j++) {
 530                     fft_in_l[delay_l + j].re = ptr[j * 2    ] * gain_lin;
 531                     fft_in_r[delay_r + j].re = ptr[j * 2 + 1] * gain_lin;
 532                 }
 533
 534                 av_fft_permute(s->fft[0], fft_in_l);
 535                 av_fft_calc(s->fft[0], fft_in_l);
 536                 memcpy(data_hrtf_l + offset, fft_in_l, n_fft * sizeof(*fft_in_l));
 537                 av_fft_permute(s->fft[0], fft_in_r);
 538                 av_fft_calc(s->fft[0], fft_in_r);
 539                 memcpy(data_hrtf_r + offset, fft_in_r, n_fft * sizeof(*fft_in_r));
 540             }
 541         } else {
 542             int I, N = ctx->inputs[1]->channels;
 543
 544             for (k = 0; k < N / 2; k++) {
 545                 int idx = -1;
 546
 547                 for (j = 0; j < inlink->channels; j++) {
 548                     if (s->mapping[k] < 0) {
 549                         continue;
 550                     }
 551
 552                     if ((av_channel_layout_extract_channel(inlink->channel_layout, j)) == (1LL << s->mapping[k])) {
 553                         idx = k;
 554                         break;
 555                     }
 556                 }
 557                 if (idx == -1)
 558                     continue;
 559
 560                 I = idx * 2;
 561                 if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 562                     offset = idx * s->air_len;
 563                     for (j = 0; j < len; j++) {
 564                         data_ir_l[offset + j] = ptr[len * N - j * N - N + I    ] * gain_lin;
 565                         data_ir_r[offset + j] = ptr[len * N - j * N - N + I + 1] * gain_lin;
 566                     }
 567                 } else {
 568                     memset(fft_in_l, 0, n_fft * sizeof(*fft_in_l));
 569                     memset(fft_in_r, 0, n_fft * sizeof(*fft_in_r));
 570
 571                     offset = idx * n_fft;
 572                     for (j = 0; j < len; j++) {
 573                         fft_in_l[delay_l + j].re = ptr[j * N + I    ] * gain_lin;
 574                         fft_in_r[delay_r + j].re = ptr[j * N + I + 1] * gain_lin;
 575                     }
 576
 577                     av_fft_permute(s->fft[0], fft_in_l);
 578                     av_fft_calc(s->fft[0], fft_in_l);
 579                     memcpy(data_hrtf_l + offset, fft_in_l, n_fft * sizeof(*fft_in_l));
 580                     av_fft_permute(s->fft[0], fft_in_r);
 581                     av_fft_calc(s->fft[0], fft_in_r);
 582                     memcpy(data_hrtf_r + offset, fft_in_r, n_fft * sizeof(*fft_in_r));
 583                 }
 584             }
 585         }
 586
 587         av_frame_free(&s->in[i + 1].frame);
 588     }
 589
 590     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 591         memcpy(s->data_ir[0], data_ir_l, sizeof(float) * nb_irs * s->air_len);
 592         memcpy(s->data_ir[1], data_ir_r, sizeof(float) * nb_irs * s->air_len);
 593     } else {
 594         s->data_hrtf[0] = av_calloc(n_fft * s->nb_irs, sizeof(FFTComplex));
 595         s->data_hrtf[1] = av_calloc(n_fft * s->nb_irs, sizeof(FFTComplex));
 596         if (!s->data_hrtf[0] || !s->data_hrtf[1]) {
 597             ret = AVERROR(ENOMEM);
 598             goto fail;
 599         }
 600
 601         memcpy(s->data_hrtf[0], data_hrtf_l,
 602             sizeof(FFTComplex) * nb_irs * n_fft);
 603         memcpy(s->data_hrtf[1], data_hrtf_r,
 604             sizeof(FFTComplex) * nb_irs * n_fft);
 605     }
 606
 607     s->have_hrirs = 1;
 608
 609 fail:
 610
 611     for (i = 0; i < s->nb_inputs - 1; i++)
 612         av_frame_free(&s->in[i + 1].frame);
 613
 614     av_freep(&data_ir_l);
 615     av_freep(&data_ir_r);
 616
 617     av_freep(&data_hrtf_l);
 618     av_freep(&data_hrtf_r);
 619
 620     av_freep(&fft_in_l);
 621     av_freep(&fft_in_r);
 622
 623     return ret;
 624 }
 625
 626 static int activate(AVFilterContext *ctx)
 627 {
 628     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 629     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 630     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 631     AVFrame *in = NULL;
 632     int i, ret;
 633
 634     FF_FILTER_FORWARD_STATUS_BACK_ALL(ctx->outputs[0], ctx);
 635     if (!s->eof_hrirs) {
 636         int eof = 1;
 637         for (i = 1; i < s->nb_inputs; i++) {
 638             if (s->in[i].eof)
 639                 continue;
 640
 641             if ((ret = check_ir(ctx->inputs[i], i)) < 0)
 642                 return ret;
 643
 644             if (ff_outlink_get_status(ctx->inputs[i]) == AVERROR_EOF) {
 645                 if (!ff_inlink_queued_samples(ctx->inputs[i])) {
 646                     av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "No samples provided for "
 647                            "HRIR stream %d.\n", i - 1);
 648                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 649                 }
 650                     s->in[i].eof = 1;
 651             } else {
 652                 if (ff_outlink_frame_wanted(ctx->outputs[0]))
 653                     ff_inlink_request_frame(ctx->inputs[i]);
 654                 eof = 0;
 655             }
 656         }
 657         if (!eof)
 658             return 0;
 659         s->eof_hrirs = 1;
 660     }
 661
 662     if (!s->have_hrirs && s->eof_hrirs) {
 663         ret = convert_coeffs(ctx, inlink);
 664         if (ret < 0)
 665             return ret;
 666     }
 667
 668     if ((ret = ff_inlink_consume_samples(ctx->inputs[0], s->size, s->size, &in)) > 0) {
 669         ret = headphone_frame(s, in, outlink);
 670         if (ret < 0)
 671             return ret;
 672     }
 673
 674     if (ret < 0)
 675         return ret;
 676
 677     FF_FILTER_FORWARD_STATUS(ctx->inputs[0], ctx->outputs[0]);
 678     if (ff_outlink_frame_wanted(ctx->outputs[0]))
 679         ff_inlink_request_frame(ctx->inputs[0]);
 680
 681     return 0;
 682 }
 683
 684 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 685 {
 686     struct HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 687     AVFilterFormats *formats = NULL;
 688     AVFilterChannelLayouts *layouts = NULL;
 689     AVFilterChannelLayouts *stereo_layout = NULL;
 690     AVFilterChannelLayouts *hrir_layouts = NULL;
 691     int ret, i;
 692
 693     ret = ff_add_format(&formats, AV_SAMPLE_FMT_FLT);
 694     if (ret)
 695         return ret;
 696     ret = ff_set_common_formats(ctx, formats);
 697     if (ret)
 698         return ret;
 699
 700     layouts = ff_all_channel_layouts();
 701     if (!layouts)
 702         return AVERROR(ENOMEM);
 703
 704     ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &ctx->inputs[0]->outcfg.channel_layouts);
 705     if (ret)
 706         return ret;
 707
 708     ret = ff_add_channel_layout(&stereo_layout, AV_CH_LAYOUT_STEREO);
 709     if (ret)
 710         return ret;
 711     ret = ff_channel_layouts_ref(stereo_layout, &ctx->outputs[0]->incfg.channel_layouts);
 712     if (ret)
 713         return ret;
 714
 715     if (s->hrir_fmt == HRIR_MULTI) {
 716         hrir_layouts = ff_all_channel_counts();
 717         if (!hrir_layouts)
 718             return AVERROR(ENOMEM);
 719         ret = ff_channel_layouts_ref(hrir_layouts, &ctx->inputs[1]->outcfg.channel_layouts);
 720         if (ret)
 721             return ret;
 722     } else {
 723         for (i = 1; i < s->nb_inputs; i++) {
 724             ret = ff_channel_layouts_ref(stereo_layout, &ctx->inputs[i]->outcfg.channel_layouts);
 725             if (ret)
 726                 return ret;
 727         }
 728     }
 729
 730     formats = ff_all_samplerates();
 731     if (!formats)
 732         return AVERROR(ENOMEM);
 733     return ff_set_common_samplerates(ctx, formats);
 734 }
 735
 736 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 737 {
 738     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 739     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 740
 741     if (s->nb_irs < inlink->channels) {
 742         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Number of HRIRs must be >= %d.\n", inlink->channels);
 743         return AVERROR(EINVAL);
 744     }
 745
 746     return 0;
 747 }
 748
 749 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
 750 {
 751     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 752     int i, ret;
 753
 754     AVFilterPad pad = {
 755         .name         = "in0",
 756         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 757         .config_props = config_input,
 758     };
 759     if ((ret = ff_insert_inpad(ctx, 0, &pad)) < 0)
 760         return ret;
 761
 762     if (!s->map) {
 763         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Valid mapping must be set.\n");
 764         return AVERROR(EINVAL);
 765     }
 766
 767     parse_map(ctx);
 768
 769     s->in = av_calloc(s->nb_inputs, sizeof(*s->in));
 770     if (!s->in)
 771         return AVERROR(ENOMEM);
 772
 773     for (i = 1; i < s->nb_inputs; i++) {
 774         char *name = av_asprintf("hrir%d", i - 1);
 775         AVFilterPad pad = {
 776             .name         = name,
 777             .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 778         };
 779         if (!name)
 780             return AVERROR(ENOMEM);
 781         if ((ret = ff_insert_inpad(ctx, i, &pad)) < 0) {
 782             av_freep(&pad.name);
 783             return ret;
 784         }
 785     }
 786
 787     s->fdsp = avpriv_float_dsp_alloc(0);
 788     if (!s->fdsp)
 789         return AVERROR(ENOMEM);
 790
 791     return 0;
 792 }
 793
 794 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 795 {
 796     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 797     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 798     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 799
 800     if (s->hrir_fmt == HRIR_MULTI) {
 801         AVFilterLink *hrir_link = ctx->inputs[1];
 802
 803         if (hrir_link->channels < inlink->channels * 2) {
 804             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Number of channels in HRIR stream must be >= %d.\n", inlink->channels * 2);
 805             return AVERROR(EINVAL);
 806         }
 807     }
 808
 809     s->gain_lfe = expf((s->gain - 3 * inlink->channels + s->lfe_gain) / 20 * M_LN10);
 810
 811     return 0;
 812 }
 813
 814 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 815 {
 816     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 817
 818     av_fft_end(s->ifft[0]);
 819     av_fft_end(s->ifft[1]);
 820     av_fft_end(s->fft[0]);
 821     av_fft_end(s->fft[1]);
 822     av_freep(&s->delay[0]);
 823     av_freep(&s->delay[1]);
 824     av_freep(&s->data_ir[0]);
 825     av_freep(&s->data_ir[1]);
 826     av_freep(&s->ringbuffer[0]);
 827     av_freep(&s->ringbuffer[1]);
 828     av_freep(&s->temp_src[0]);
 829     av_freep(&s->temp_src[1]);
 830     av_freep(&s->temp_fft[0]);
 831     av_freep(&s->temp_fft[1]);
 832     av_freep(&s->temp_afft[0]);
 833     av_freep(&s->temp_afft[1]);
 834     av_freep(&s->data_hrtf[0]);
 835     av_freep(&s->data_hrtf[1]);
 836     av_freep(&s->fdsp);
 837
 838     av_freep(&s->in);
 839     for (unsigned i = 1; i < ctx->nb_inputs; i++)
 840         av_freep(&ctx->input_pads[i].name);
 841 }
 842
 843 #define OFFSET(x) offsetof(HeadphoneContext, x)
 844 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
 845
 846 static const AVOption headphone_options[] = {
 847     { "map",       "set channels convolution mappings",  OFFSET(map),      AV_OPT_TYPE_STRING, {.str=NULL},            .flags = FLAGS },
 848     { "gain",      "set gain in dB",                     OFFSET(gain),     AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0},     -20,  40, .flags = FLAGS },
 849     { "lfe",       "set lfe gain in dB",                 OFFSET(lfe_gain), AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0},     -20,  40, .flags = FLAGS },
 850     { "type",      "set processing",                     OFFSET(type),     AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=1},       0,   1, .flags = FLAGS, "type" },
 851     { "time",      "time domain",                        0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=0},       0,   0, .flags = FLAGS, "type" },
 852     { "freq",      "frequency domain",                   0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=1},       0,   0, .flags = FLAGS, "type" },
 853     { "size",      "set frame size",                     OFFSET(size),     AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=1024},1024,96000, .flags = FLAGS },
 854     { "hrir",      "set hrir format",                    OFFSET(hrir_fmt), AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=HRIR_STEREO}, 0, 1, .flags = FLAGS, "hrir" },
 855     { "stereo",    "hrir files have exactly 2 channels", 0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=HRIR_STEREO}, 0, 0, .flags = FLAGS, "hrir" },
 856     { "multich",   "single multichannel hrir file",      0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=HRIR_MULTI},  0, 0, .flags = FLAGS, "hrir" },
 857     { NULL }
 858 };
 859
 860 AVFILTER_DEFINE_CLASS(headphone);
 861
 862 static const AVFilterPad outputs[] = {
 863     {
 864         .name          = "default",
 865         .type          = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 866         .config_props  = config_output,
 867     },
 868     { NULL }
 869 };
 870
 871 AVFilter ff_af_headphone = {
 872     .name          = "headphone",
 873     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply headphone binaural spatialization with HRTFs in additional streams."),
 874     .priv_size     = sizeof(HeadphoneContext),
 875     .priv_class    = &headphone_class,
 876     .init          = init,
 877     .uninit        = uninit,
 878     .query_formats = query_formats,
 879     .activate      = activate,
 880     .inputs        = NULL,
 881     .outputs       = outputs,
 882     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS | AVFILTER_FLAG_DYNAMIC_INPUTS,
 883 };