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 "filters.h"
  33 #include "internal.h"
  34 #include "audio.h"
  35
  36 #define TIME_DOMAIN      0
  37 #define FREQUENCY_DOMAIN 1
  38
  39 #define HRIR_STEREO 0
  40 #define HRIR_MULTI  1
  41
  42 typedef struct HeadphoneContext {
  43     const AVClass *class;
  44
  45     char *map;
  46     int type;
  47
  48     int lfe_channel;
  49
  50     int have_hrirs;
  51     int eof_hrirs;
  52
  53     int ir_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
  77     FFTContext *fft[2], *ifft[2];
  78     FFTComplex *data_hrtf[2];
  79
  80     AVFloatDSPContext *fdsp;
  81     struct headphone_inputs {
  82         AVAudioFifo *fifo;
  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(HeadphoneContext *s, int x, 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         if (layout == AV_CH_LOW_FREQUENCY)
  99             s->lfe_channel = x;
 100         for (i = 32; i > 0; i >>= 1) {
 101             if (layout >= 1LL << i) {
 102                 channel_id += i;
 103                 layout >>= i;
 104             }
 105         }
 106         if (channel_id >= 64 || layout0 != 1LL << channel_id)
 107             return AVERROR(EINVAL);
 108         *rchannel = channel_id;
 109         *arg += len;
 110         return 0;
 111     }
 112     return AVERROR(EINVAL);
 113 }
 114
 115 static void parse_map(AVFilterContext *ctx)
 116 {
 117     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 118     char *arg, *tokenizer, *p, *args = av_strdup(s->map);
 119     int i;
 120
 121     if (!args)
 122         return;
 123     p = args;
 124
 125     s->lfe_channel = -1;
 126     s->nb_inputs = 1;
 127
 128     for (i = 0; i < 64; i++) {
 129         s->mapping[i] = -1;
 130     }
 131
 132     while ((arg = av_strtok(p, "|", &tokenizer))) {
 133         int out_ch_id;
 134         char buf[8];
 135
 136         p = NULL;
 137         if (parse_channel_name(s, s->nb_irs, &arg, &out_ch_id, buf)) {
 138             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Failed to parse \'%s\' as channel name.\n", buf);
 139             continue;
 140         }
 141         s->mapping[s->nb_irs] = out_ch_id;
 142         s->nb_irs++;
 143     }
 144
 145     if (s->hrir_fmt == HRIR_MULTI)
 146         s->nb_inputs = 2;
 147     else
 148         s->nb_inputs = s->nb_irs + 1;
 149
 150     av_free(args);
 151 }
 152
 153 typedef struct ThreadData {
 154     AVFrame *in, *out;
 155     int *write;
 156     int **delay;
 157     float **ir;
 158     int *n_clippings;
 159     float **ringbuffer;
 160     float **temp_src;
 161     FFTComplex **temp_fft;
 162 } ThreadData;
 163
 164 static int headphone_convolute(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 165 {
 166     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 167     ThreadData *td = arg;
 168     AVFrame *in = td->in, *out = td->out;
 169     int offset = jobnr;
 170     int *write = &td->write[jobnr];
 171     const int *const delay = td->delay[jobnr];
 172     const float *const ir = td->ir[jobnr];
 173     int *n_clippings = &td->n_clippings[jobnr];
 174     float *ringbuffer = td->ringbuffer[jobnr];
 175     float *temp_src = td->temp_src[jobnr];
 176     const int ir_len = s->ir_len;
 177     const float *src = (const float *)in->data[0];
 178     float *dst = (float *)out->data[0];
 179     const int in_channels = in->channels;
 180     const int buffer_length = s->buffer_length;
 181     const uint32_t modulo = (uint32_t)buffer_length - 1;
 182     float *buffer[16];
 183     int wr = *write;
 184     int read;
 185     int i, l;
 186
 187     dst += offset;
 188     for (l = 0; l < in_channels; l++) {
 189         buffer[l] = ringbuffer + l * buffer_length;
 190     }
 191
 192     for (i = 0; i < in->nb_samples; i++) {
 193         const float *temp_ir = ir;
 194
 195         *dst = 0;
 196         for (l = 0; l < in_channels; l++) {
 197             *(buffer[l] + wr) = src[l];
 198         }
 199
 200         for (l = 0; l < in_channels; l++) {
 201             const float *const bptr = buffer[l];
 202
 203             if (l == s->lfe_channel) {
 204                 *dst += *(buffer[s->lfe_channel] + wr) * s->gain_lfe;
 205                 temp_ir += FFALIGN(ir_len, 16);
 206                 continue;
 207             }
 208
 209             read = (wr - *(delay + l) - (ir_len - 1) + buffer_length) & modulo;
 210
 211             if (read + ir_len < buffer_length) {
 212                 memcpy(temp_src, bptr + read, ir_len * sizeof(*temp_src));
 213             } else {
 214                 int len = FFMIN(ir_len - (read % ir_len), buffer_length - read);
 215
 216                 memcpy(temp_src, bptr + read, len * sizeof(*temp_src));
 217                 memcpy(temp_src + len, bptr, (ir_len - len) * sizeof(*temp_src));
 218             }
 219
 220             dst[0] += s->fdsp->scalarproduct_float(temp_ir, temp_src, ir_len);
 221             temp_ir += FFALIGN(ir_len, 16);
 222         }
 223
 224         if (fabs(*dst) > 1)
 225             *n_clippings += 1;
 226
 227         dst += 2;
 228         src += in_channels;
 229         wr   = (wr + 1) & modulo;
 230     }
 231
 232     *write = wr;
 233
 234     return 0;
 235 }
 236
 237 static int headphone_fast_convolute(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 238 {
 239     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 240     ThreadData *td = arg;
 241     AVFrame *in = td->in, *out = td->out;
 242     int offset = jobnr;
 243     int *write = &td->write[jobnr];
 244     FFTComplex *hrtf = s->data_hrtf[jobnr];
 245     int *n_clippings = &td->n_clippings[jobnr];
 246     float *ringbuffer = td->ringbuffer[jobnr];
 247     const int ir_len = s->ir_len;
 248     const float *src = (const float *)in->data[0];
 249     float *dst = (float *)out->data[0];
 250     const int in_channels = in->channels;
 251     const int buffer_length = s->buffer_length;
 252     const uint32_t modulo = (uint32_t)buffer_length - 1;
 253     FFTComplex *fft_in = s->temp_fft[jobnr];
 254     FFTContext *ifft = s->ifft[jobnr];
 255     FFTContext *fft = s->fft[jobnr];
 256     const int n_fft = s->n_fft;
 257     const float fft_scale = 1.0f / s->n_fft;
 258     FFTComplex *hrtf_offset;
 259     int wr = *write;
 260     int n_read;
 261     int i, j;
 262
 263     dst += offset;
 264
 265     n_read = FFMIN(s->ir_len, in->nb_samples);
 266     for (j = 0; j < n_read; j++) {
 267         dst[2 * j]     = ringbuffer[wr];
 268         ringbuffer[wr] = 0.0;
 269         wr  = (wr + 1) & modulo;
 270     }
 271
 272     for (j = n_read; j < in->nb_samples; j++) {
 273         dst[2 * j] = 0;
 274     }
 275
 276     for (i = 0; i < in_channels; i++) {
 277         if (i == s->lfe_channel) {
 278             for (j = 0; j < in->nb_samples; j++) {
 279                 dst[2 * j] += src[i + j * in_channels] * s->gain_lfe;
 280             }
 281             continue;
 282         }
 283
 284         offset = i * n_fft;
 285         hrtf_offset = hrtf + offset;
 286
 287         memset(fft_in, 0, sizeof(FFTComplex) * n_fft);
 288
 289         for (j = 0; j < in->nb_samples; j++) {
 290             fft_in[j].re = src[j * in_channels + i];
 291         }
 292
 293         av_fft_permute(fft, fft_in);
 294         av_fft_calc(fft, fft_in);
 295         for (j = 0; j < n_fft; j++) {
 296             const FFTComplex *hcomplex = hrtf_offset + j;
 297             const float re = fft_in[j].re;
 298             const float im = fft_in[j].im;
 299
 300             fft_in[j].re = re * hcomplex->re - im * hcomplex->im;
 301             fft_in[j].im = re * hcomplex->im + im * hcomplex->re;
 302         }
 303
 304         av_fft_permute(ifft, fft_in);
 305         av_fft_calc(ifft, fft_in);
 306
 307         for (j = 0; j < in->nb_samples; j++) {
 308             dst[2 * j] += fft_in[j].re * fft_scale;
 309         }
 310
 311         for (j = 0; j < ir_len - 1; j++) {
 312             int write_pos = (wr + j) & modulo;
 313
 314             *(ringbuffer + write_pos) += fft_in[in->nb_samples + j].re * fft_scale;
 315         }
 316     }
 317
 318     for (i = 0; i < out->nb_samples; i++) {
 319         if (fabs(*dst) > 1) {
 320             n_clippings[0]++;
 321         }
 322
 323         dst += 2;
 324     }
 325
 326     *write = wr;
 327
 328     return 0;
 329 }
 330
 331 static int read_ir(AVFilterLink *inlink, int input_number, AVFrame *frame)
 332 {
 333     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 334     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 335     int ir_len, max_ir_len, ret;
 336
 337     ret = av_audio_fifo_write(s->in[input_number].fifo, (void **)frame->extended_data,
 338                              frame->nb_samples);
 339     av_frame_free(&frame);
 340
 341     if (ret < 0)
 342         return ret;
 343
 344     ir_len = av_audio_fifo_size(s->in[input_number].fifo);
 345     max_ir_len = 65536;
 346     if (ir_len > max_ir_len) {
 347         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Too big length of IRs: %d > %d.\n", ir_len, max_ir_len);
 348         return AVERROR(EINVAL);
 349     }
 350     s->in[input_number].ir_len = ir_len;
 351     s->ir_len = FFMAX(ir_len, s->ir_len);
 352
 353     return 0;
 354 }
 355
 356 static int headphone_frame(HeadphoneContext *s, AVFrame *in, AVFilterLink *outlink)
 357 {
 358     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 359     int n_clippings[2] = { 0 };
 360     ThreadData td;
 361     AVFrame *out;
 362
 363     out = ff_get_audio_buffer(outlink, in->nb_samples);
 364     if (!out) {
 365         av_frame_free(&in);
 366         return AVERROR(ENOMEM);
 367     }
 368     out->pts = in->pts;
 369
 370     td.in = in; td.out = out; td.write = s->write;
 371     td.delay = s->delay; td.ir = s->data_ir; td.n_clippings = n_clippings;
 372     td.ringbuffer = s->ringbuffer; td.temp_src = s->temp_src;
 373     td.temp_fft = s->temp_fft;
 374
 375     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 376         ctx->internal->execute(ctx, headphone_convolute, &td, NULL, 2);
 377     } else {
 378         ctx->internal->execute(ctx, headphone_fast_convolute, &td, NULL, 2);
 379     }
 380     emms_c();
 381
 382     if (n_clippings[0] + n_clippings[1] > 0) {
 383         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "%d of %d samples clipped. Please reduce gain.\n",
 384                n_clippings[0] + n_clippings[1], out->nb_samples * 2);
 385     }
 386
 387     av_frame_free(&in);
 388     return ff_filter_frame(outlink, out);
 389 }
 390
 391 static int convert_coeffs(AVFilterContext *ctx, AVFilterLink *inlink)
 392 {
 393     struct HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 394     const int ir_len = s->ir_len;
 395     int nb_irs = s->nb_irs;
 396     int nb_input_channels = ctx->inputs[0]->channels;
 397     float gain_lin = expf((s->gain - 3 * nb_input_channels) / 20 * M_LN10);
 398     FFTComplex *data_hrtf_l = NULL;
 399     FFTComplex *data_hrtf_r = NULL;
 400     FFTComplex *fft_in_l = NULL;
 401     FFTComplex *fft_in_r = NULL;
 402     float *data_ir_l = NULL;
 403     float *data_ir_r = NULL;
 404     int offset = 0, ret = 0;
 405     int n_fft;
 406     int i, j, k;
 407
 408     s->buffer_length = 1 << (32 - ff_clz(s->ir_len));
 409     s->n_fft = n_fft = 1 << (32 - ff_clz(s->ir_len + s->size));
 410
 411     if (s->type == FREQUENCY_DOMAIN) {
 412         fft_in_l = av_calloc(n_fft, sizeof(*fft_in_l));
 413         fft_in_r = av_calloc(n_fft, sizeof(*fft_in_r));
 414         if (!fft_in_l || !fft_in_r) {
 415             ret = AVERROR(ENOMEM);
 416             goto fail;
 417         }
 418
 419         av_fft_end(s->fft[0]);
 420         av_fft_end(s->fft[1]);
 421         s->fft[0] = av_fft_init(log2(s->n_fft), 0);
 422         s->fft[1] = av_fft_init(log2(s->n_fft), 0);
 423         av_fft_end(s->ifft[0]);
 424         av_fft_end(s->ifft[1]);
 425         s->ifft[0] = av_fft_init(log2(s->n_fft), 1);
 426         s->ifft[1] = av_fft_init(log2(s->n_fft), 1);
 427
 428         if (!s->fft[0] || !s->fft[1] || !s->ifft[0] || !s->ifft[1]) {
 429             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unable to create FFT contexts of size %d.\n", s->n_fft);
 430             ret = AVERROR(ENOMEM);
 431             goto fail;
 432         }
 433     }
 434
 435     s->data_ir[0] = av_calloc(FFALIGN(s->ir_len, 16), sizeof(float) * s->nb_irs);
 436     s->data_ir[1] = av_calloc(FFALIGN(s->ir_len, 16), sizeof(float) * s->nb_irs);
 437     s->delay[0] = av_calloc(s->nb_irs, sizeof(float));
 438     s->delay[1] = av_calloc(s->nb_irs, sizeof(float));
 439
 440     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 441         s->ringbuffer[0] = av_calloc(s->buffer_length, sizeof(float) * nb_input_channels);
 442         s->ringbuffer[1] = av_calloc(s->buffer_length, sizeof(float) * nb_input_channels);
 443     } else {
 444         s->ringbuffer[0] = av_calloc(s->buffer_length, sizeof(float));
 445         s->ringbuffer[1] = av_calloc(s->buffer_length, sizeof(float));
 446         s->temp_fft[0] = av_calloc(s->n_fft, sizeof(FFTComplex));
 447         s->temp_fft[1] = av_calloc(s->n_fft, sizeof(FFTComplex));
 448         if (!s->temp_fft[0] || !s->temp_fft[1]) {
 449             ret = AVERROR(ENOMEM);
 450             goto fail;
 451         }
 452     }
 453
 454     if (!s->data_ir[0] || !s->data_ir[1] ||
 455         !s->ringbuffer[0] || !s->ringbuffer[1]) {
 456         ret = AVERROR(ENOMEM);
 457         goto fail;
 458     }
 459
 460     for (i = 0; i < s->nb_inputs - 1; i++) {
 461         s->in[i + 1].frame = ff_get_audio_buffer(ctx->inputs[i + 1], s->ir_len);
 462         if (!s->in[i + 1].frame) {
 463             ret = AVERROR(ENOMEM);
 464             goto fail;
 465         }
 466     }
 467
 468     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 469         s->temp_src[0] = av_calloc(FFALIGN(ir_len, 16), sizeof(float));
 470         s->temp_src[1] = av_calloc(FFALIGN(ir_len, 16), sizeof(float));
 471
 472         data_ir_l = av_calloc(nb_irs * FFALIGN(ir_len, 16), sizeof(*data_ir_l));
 473         data_ir_r = av_calloc(nb_irs * FFALIGN(ir_len, 16), sizeof(*data_ir_r));
 474         if (!data_ir_r || !data_ir_l || !s->temp_src[0] || !s->temp_src[1]) {
 475             ret = AVERROR(ENOMEM);
 476             goto fail;
 477         }
 478     } else {
 479         data_hrtf_l = av_calloc(n_fft, sizeof(*data_hrtf_l) * nb_irs);
 480         data_hrtf_r = av_calloc(n_fft, sizeof(*data_hrtf_r) * nb_irs);
 481         if (!data_hrtf_r || !data_hrtf_l) {
 482             ret = AVERROR(ENOMEM);
 483             goto fail;
 484         }
 485     }
 486
 487     for (i = 0; i < s->nb_inputs - 1; i++) {
 488         int len = s->in[i + 1].ir_len;
 489         int delay_l = s->in[i + 1].delay_l;
 490         int delay_r = s->in[i + 1].delay_r;
 491         float *ptr;
 492
 493         av_audio_fifo_read(s->in[i + 1].fifo, (void **)s->in[i + 1].frame->extended_data, len);
 494         ptr = (float *)s->in[i + 1].frame->extended_data[0];
 495
 496         if (s->hrir_fmt == HRIR_STEREO) {
 497             int idx = -1;
 498
 499             for (j = 0; j < inlink->channels; j++) {
 500                 if (s->mapping[i] < 0) {
 501                     continue;
 502                 }
 503
 504                 if ((av_channel_layout_extract_channel(inlink->channel_layout, j)) == (1LL << s->mapping[i])) {
 505                     idx = i;
 506                     break;
 507                 }
 508             }
 509
 510             if (idx == -1)
 511                 continue;
 512             if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 513                 offset = idx * FFALIGN(len, 16);
 514                 for (j = 0; j < len; j++) {
 515                     data_ir_l[offset + j] = ptr[len * 2 - j * 2 - 2] * gain_lin;
 516                     data_ir_r[offset + j] = ptr[len * 2 - j * 2 - 1] * gain_lin;
 517                 }
 518             } else {
 519                 memset(fft_in_l, 0, n_fft * sizeof(*fft_in_l));
 520                 memset(fft_in_r, 0, n_fft * sizeof(*fft_in_r));
 521
 522                 offset = idx * n_fft;
 523                 for (j = 0; j < len; j++) {
 524                     fft_in_l[delay_l + j].re = ptr[j * 2    ] * gain_lin;
 525                     fft_in_r[delay_r + j].re = ptr[j * 2 + 1] * gain_lin;
 526                 }
 527
 528                 av_fft_permute(s->fft[0], fft_in_l);
 529                 av_fft_calc(s->fft[0], fft_in_l);
 530                 memcpy(data_hrtf_l + offset, fft_in_l, n_fft * sizeof(*fft_in_l));
 531                 av_fft_permute(s->fft[0], fft_in_r);
 532                 av_fft_calc(s->fft[0], fft_in_r);
 533                 memcpy(data_hrtf_r + offset, fft_in_r, n_fft * sizeof(*fft_in_r));
 534             }
 535         } else {
 536             int I, N = ctx->inputs[1]->channels;
 537
 538             for (k = 0; k < N / 2; k++) {
 539                 int idx = -1;
 540
 541                 for (j = 0; j < inlink->channels; j++) {
 542                     if (s->mapping[k] < 0) {
 543                         continue;
 544                     }
 545
 546                     if ((av_channel_layout_extract_channel(inlink->channel_layout, j)) == (1LL << s->mapping[k])) {
 547                         idx = k;
 548                         break;
 549                     }
 550                 }
 551                 if (idx == -1)
 552                     continue;
 553
 554                 I = idx * 2;
 555                 if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 556                     offset = idx * FFALIGN(len, 16);
 557                     for (j = 0; j < len; j++) {
 558                         data_ir_l[offset + j] = ptr[len * N - j * N - N + I    ] * gain_lin;
 559                         data_ir_r[offset + j] = ptr[len * N - j * N - N + I + 1] * gain_lin;
 560                     }
 561                 } else {
 562                     memset(fft_in_l, 0, n_fft * sizeof(*fft_in_l));
 563                     memset(fft_in_r, 0, n_fft * sizeof(*fft_in_r));
 564
 565                     offset = idx * n_fft;
 566                     for (j = 0; j < len; j++) {
 567                         fft_in_l[delay_l + j].re = ptr[j * N + I    ] * gain_lin;
 568                         fft_in_r[delay_r + j].re = ptr[j * N + I + 1] * gain_lin;
 569                     }
 570
 571                     av_fft_permute(s->fft[0], fft_in_l);
 572                     av_fft_calc(s->fft[0], fft_in_l);
 573                     memcpy(data_hrtf_l + offset, fft_in_l, n_fft * sizeof(*fft_in_l));
 574                     av_fft_permute(s->fft[0], fft_in_r);
 575                     av_fft_calc(s->fft[0], fft_in_r);
 576                     memcpy(data_hrtf_r + offset, fft_in_r, n_fft * sizeof(*fft_in_r));
 577                 }
 578             }
 579         }
 580     }
 581
 582     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 583         memcpy(s->data_ir[0], data_ir_l, sizeof(float) * nb_irs * FFALIGN(ir_len, 16));
 584         memcpy(s->data_ir[1], data_ir_r, sizeof(float) * nb_irs * FFALIGN(ir_len, 16));
 585     } else {
 586         s->data_hrtf[0] = av_calloc(n_fft * s->nb_irs, sizeof(FFTComplex));
 587         s->data_hrtf[1] = av_calloc(n_fft * s->nb_irs, sizeof(FFTComplex));
 588         if (!s->data_hrtf[0] || !s->data_hrtf[1]) {
 589             ret = AVERROR(ENOMEM);
 590             goto fail;
 591         }
 592
 593         memcpy(s->data_hrtf[0], data_hrtf_l,
 594             sizeof(FFTComplex) * nb_irs * n_fft);
 595         memcpy(s->data_hrtf[1], data_hrtf_r,
 596             sizeof(FFTComplex) * nb_irs * n_fft);
 597     }
 598
 599     s->have_hrirs = 1;
 600
 601 fail:
 602
 603     av_freep(&data_ir_l);
 604     av_freep(&data_ir_r);
 605
 606     av_freep(&data_hrtf_l);
 607     av_freep(&data_hrtf_r);
 608
 609     av_freep(&fft_in_l);
 610     av_freep(&fft_in_r);
 611
 612     return ret;
 613 }
 614
 615 static int activate(AVFilterContext *ctx)
 616 {
 617     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 618     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 619     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 620     AVFrame *in = NULL;
 621     int i, ret;
 622
 623     FF_FILTER_FORWARD_STATUS_BACK_ALL(ctx->outputs[0], ctx);
 624     if (!s->eof_hrirs) {
 625         for (i = 1; i < s->nb_inputs; i++) {
 626             AVFrame *ir = NULL;
 627             int64_t pts;
 628             int status;
 629
 630             if (s->in[i].eof)
 631                 continue;
 632
 633             if ((ret = ff_inlink_consume_frame(ctx->inputs[i], &ir)) > 0) {
 634                 ret = read_ir(ctx->inputs[i], i, ir);
 635                 if (ret < 0)
 636                     return ret;
 637             }
 638             if (ret < 0)
 639                 return ret;
 640
 641             if (!s->in[i].eof) {
 642                 if (ff_inlink_acknowledge_status(ctx->inputs[i], &status, &pts)) {
 643                     if (status == AVERROR_EOF) {
 644                         s->in[i].eof = 1;
 645                     }
 646                 }
 647             }
 648         }
 649
 650         for (i = 1; i < s->nb_inputs; i++) {
 651             if (!s->in[i].eof)
 652                 break;
 653         }
 654
 655         if (i != s->nb_inputs) {
 656             if (ff_outlink_frame_wanted(ctx->outputs[0])) {
 657                 for (i = 1; i < s->nb_inputs; i++) {
 658                     if (!s->in[i].eof)
 659                         ff_inlink_request_frame(ctx->inputs[i]);
 660                 }
 661             }
 662             return 0;
 663         } else {
 664             s->eof_hrirs = 1;
 665         }
 666     }
 667
 668     if (!s->have_hrirs && s->eof_hrirs) {
 669         ret = convert_coeffs(ctx, inlink);
 670         if (ret < 0)
 671             return ret;
 672     }
 673
 674     if ((ret = ff_inlink_consume_samples(ctx->inputs[0], s->size, s->size, &in)) > 0) {
 675         ret = headphone_frame(s, in, outlink);
 676         if (ret < 0)
 677             return ret;
 678     }
 679
 680     if (ret < 0)
 681         return ret;
 682
 683     FF_FILTER_FORWARD_STATUS(ctx->inputs[0], ctx->outputs[0]);
 684     if (ff_outlink_frame_wanted(ctx->outputs[0]))
 685         ff_inlink_request_frame(ctx->inputs[0]);
 686
 687     return 0;
 688 }
 689
 690 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 691 {
 692     struct HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 693     AVFilterFormats *formats = NULL;
 694     AVFilterChannelLayouts *layouts = NULL;
 695     AVFilterChannelLayouts *stereo_layout = NULL;
 696     AVFilterChannelLayouts *hrir_layouts = NULL;
 697     int ret, i;
 698
 699     ret = ff_add_format(&formats, AV_SAMPLE_FMT_FLT);
 700     if (ret)
 701         return ret;
 702     ret = ff_set_common_formats(ctx, formats);
 703     if (ret)
 704         return ret;
 705
 706     layouts = ff_all_channel_layouts();
 707     if (!layouts)
 708         return AVERROR(ENOMEM);
 709
 710     ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &ctx->inputs[0]->out_channel_layouts);
 711     if (ret)
 712         return ret;
 713
 714     ret = ff_add_channel_layout(&stereo_layout, AV_CH_LAYOUT_STEREO);
 715     if (ret)
 716         return ret;
 717
 718     if (s->hrir_fmt == HRIR_MULTI) {
 719         hrir_layouts = ff_all_channel_counts();
 720         if (!hrir_layouts)
 721             ret = AVERROR(ENOMEM);
 722         ret = ff_channel_layouts_ref(hrir_layouts, &ctx->inputs[1]->out_channel_layouts);
 723         if (ret)
 724             return ret;
 725     } else {
 726         for (i = 1; i < s->nb_inputs; i++) {
 727             ret = ff_channel_layouts_ref(stereo_layout, &ctx->inputs[i]->out_channel_layouts);
 728             if (ret)
 729                 return ret;
 730         }
 731     }
 732
 733     ret = ff_channel_layouts_ref(stereo_layout, &ctx->outputs[0]->in_channel_layouts);
 734     if (ret)
 735         return ret;
 736
 737     formats = ff_all_samplerates();
 738     if (!formats)
 739         return AVERROR(ENOMEM);
 740     return ff_set_common_samplerates(ctx, formats);
 741 }
 742
 743 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 744 {
 745     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 746     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 747
 748     if (s->nb_irs < inlink->channels) {
 749         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Number of HRIRs must be >= %d.\n", inlink->channels);
 750         return AVERROR(EINVAL);
 751     }
 752
 753     return 0;
 754 }
 755
 756 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
 757 {
 758     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 759     int i, ret;
 760
 761     AVFilterPad pad = {
 762         .name         = "in0",
 763         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 764         .config_props = config_input,
 765     };
 766     if ((ret = ff_insert_inpad(ctx, 0, &pad)) < 0)
 767         return ret;
 768
 769     if (!s->map) {
 770         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Valid mapping must be set.\n");
 771         return AVERROR(EINVAL);
 772     }
 773
 774     parse_map(ctx);
 775
 776     s->in = av_calloc(s->nb_inputs, sizeof(*s->in));
 777     if (!s->in)
 778         return AVERROR(ENOMEM);
 779
 780     for (i = 1; i < s->nb_inputs; i++) {
 781         char *name = av_asprintf("hrir%d", i - 1);
 782         AVFilterPad pad = {
 783             .name         = name,
 784             .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 785         };
 786         if (!name)
 787             return AVERROR(ENOMEM);
 788         if ((ret = ff_insert_inpad(ctx, i, &pad)) < 0) {
 789             av_freep(&pad.name);
 790             return ret;
 791         }
 792     }
 793
 794     s->fdsp = avpriv_float_dsp_alloc(0);
 795     if (!s->fdsp)
 796         return AVERROR(ENOMEM);
 797
 798     return 0;
 799 }
 800
 801 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 802 {
 803     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 804     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 805     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 806     int i;
 807
 808     if (s->hrir_fmt == HRIR_MULTI) {
 809         AVFilterLink *hrir_link = ctx->inputs[1];
 810
 811         if (hrir_link->channels < inlink->channels * 2) {
 812             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Number of channels in HRIR stream must be >= %d.\n", inlink->channels * 2);
 813             return AVERROR(EINVAL);
 814         }
 815     }
 816
 817     for (i = 0; i < s->nb_inputs; i++) {
 818         s->in[i].fifo = av_audio_fifo_alloc(ctx->inputs[i]->format, ctx->inputs[i]->channels, 1024);
 819         if (!s->in[i].fifo)
 820             return AVERROR(ENOMEM);
 821     }
 822     s->gain_lfe = expf((s->gain - 3 * inlink->channels - 6 + s->lfe_gain) / 20 * M_LN10);
 823
 824     return 0;
 825 }
 826
 827 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 828 {
 829     HeadphoneContext *s = ctx->priv;
 830     int i;
 831
 832     av_fft_end(s->ifft[0]);
 833     av_fft_end(s->ifft[1]);
 834     av_fft_end(s->fft[0]);
 835     av_fft_end(s->fft[1]);
 836     av_freep(&s->delay[0]);
 837     av_freep(&s->delay[1]);
 838     av_freep(&s->data_ir[0]);
 839     av_freep(&s->data_ir[1]);
 840     av_freep(&s->ringbuffer[0]);
 841     av_freep(&s->ringbuffer[1]);
 842     av_freep(&s->temp_src[0]);
 843     av_freep(&s->temp_src[1]);
 844     av_freep(&s->temp_fft[0]);
 845     av_freep(&s->temp_fft[1]);
 846     av_freep(&s->data_hrtf[0]);
 847     av_freep(&s->data_hrtf[1]);
 848     av_freep(&s->fdsp);
 849
 850     for (i = 0; i < s->nb_inputs; i++) {
 851         av_frame_free(&s->in[i].frame);
 852         av_audio_fifo_free(s->in[i].fifo);
 853         if (ctx->input_pads && i)
 854             av_freep(&ctx->input_pads[i].name);
 855     }
 856     av_freep(&s->in);
 857 }
 858
 859 #define OFFSET(x) offsetof(HeadphoneContext, x)
 860 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
 861
 862 static const AVOption headphone_options[] = {
 863     { "map",       "set channels convolution mappings",  OFFSET(map),      AV_OPT_TYPE_STRING, {.str=NULL},            .flags = FLAGS },
 864     { "gain",      "set gain in dB",                     OFFSET(gain),     AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0},     -20,  40, .flags = FLAGS },
 865     { "lfe",       "set lfe gain in dB",                 OFFSET(lfe_gain), AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0},     -20,  40, .flags = FLAGS },
 866     { "type",      "set processing",                     OFFSET(type),     AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=1},       0,   1, .flags = FLAGS, "type" },
 867     { "time",      "time domain",                        0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=0},       0,   0, .flags = FLAGS, "type" },
 868     { "freq",      "frequency domain",                   0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=1},       0,   0, .flags = FLAGS, "type" },
 869     { "size",      "set frame size",                     OFFSET(size),     AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=1024},1024,96000, .flags = FLAGS },
 870     { "hrir",      "set hrir format",                    OFFSET(hrir_fmt), AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=HRIR_STEREO}, 0, 1, .flags = FLAGS, "hrir" },
 871     { "stereo",    "hrir files have exactly 2 channels", 0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=HRIR_STEREO}, 0, 0, .flags = FLAGS, "hrir" },
 872     { "multich",   "single multichannel hrir file",      0,                AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=HRIR_MULTI},  0, 0, .flags = FLAGS, "hrir" },
 873     { NULL }
 874 };
 875
 876 AVFILTER_DEFINE_CLASS(headphone);
 877
 878 static const AVFilterPad outputs[] = {
 879     {
 880         .name          = "default",
 881         .type          = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 882         .config_props  = config_output,
 883     },
 884     { NULL }
 885 };
 886
 887 AVFilter ff_af_headphone = {
 888     .name          = "headphone",
 889     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply headphone binaural spatialization with HRTFs in additional streams."),
 890     .priv_size     = sizeof(HeadphoneContext),
 891     .priv_class    = &headphone_class,
 892     .init          = init,
 893     .uninit        = uninit,
 894     .query_formats = query_formats,
 895     .activate      = activate,
 896     .inputs        = NULL,
 897     .outputs       = outputs,
 898     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS | AVFILTER_FLAG_DYNAMIC_INPUTS,
 899 };