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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2002 Anders Johansson <ajh@atri.curtin.edu.au>
   3  * Copyright (c) 2011 Clément Bœsch <ubitux@gmail.com>
   4  * Copyright (c) 2011 Nicolas George <nicolas.george@normalesup.org>
   5  *
   6  * This file is part of FFmpeg.
   7  *
   8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  10  * License as published by the Free Software Foundation; either
  11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  16  * GNU Lesser General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  21  */
  22
  23 /**
  24  * @file
  25  * Audio panning filter (channels mixing)
  26  * Original code written by Anders Johansson for MPlayer,
  27  * reimplemented for FFmpeg.
  28  */
  29
  30 #include <stdio.h>
  31 #include "libavutil/audioconvert.h"
  32 #include "libavutil/avstring.h"
  33 #include "libavutil/opt.h"
  34 #include "libswresample/swresample.h"
  35 #include "audio.h"
  36 #include "avfilter.h"
  37 #include "formats.h"
  38 #include "internal.h"
  39
  40 #define MAX_CHANNELS 63
  41
  42 typedef struct PanContext {
  43     int64_t out_channel_layout;
  44     double gain[MAX_CHANNELS][MAX_CHANNELS];
  45     int64_t need_renorm;
  46     int need_renumber;
  47     int nb_input_channels;
  48     int nb_output_channels;
  49
  50     int pure_gains;
  51     /* channel mapping specific */
  52     int channel_map[SWR_CH_MAX];
  53     struct SwrContext *swr;
  54 } PanContext;
  55
  56 static int parse_channel_name(char **arg, int *rchannel, int *rnamed)
  57 {
  58     char buf[8];
  59     int len, i, channel_id = 0;
  60     int64_t layout, layout0;
  61
  62     /* try to parse a channel name, e.g. "FL" */
  63     if (sscanf(*arg, "%7[A-Z]%n", buf, &len)) {
  64         layout0 = layout = av_get_channel_layout(buf);
  65         /* channel_id <- first set bit in layout */
  66         for (i = 32; i > 0; i >>= 1) {
  67             if (layout >= (int64_t)1 << i) {
  68                 channel_id += i;
  69                 layout >>= i;
  70             }
  71         }
  72         /* reject layouts that are not a single channel */
  73         if (channel_id >= MAX_CHANNELS || layout0 != (int64_t)1 << channel_id)
  74             return AVERROR(EINVAL);
  75         *rchannel = channel_id;
  76         *rnamed = 1;
  77         *arg += len;
  78         return 0;
  79     }
  80     /* try to parse a channel number, e.g. "c2" */
  81     if (sscanf(*arg, "c%d%n", &channel_id, &len) &&
  82         channel_id >= 0 && channel_id < MAX_CHANNELS) {
  83         *rchannel = channel_id;
  84         *rnamed = 0;
  85         *arg += len;
  86         return 0;
  87     }
  88     return AVERROR(EINVAL);
  89 }
  90
  91 static void skip_spaces(char **arg)
  92 {
  93     int len = 0;
  94
  95     sscanf(*arg, " %n", &len);
  96     *arg += len;
  97 }
  98
  99 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx, const char *args0)
 100 {
 101     PanContext *const pan = ctx->priv;
 102     char *arg, *arg0, *tokenizer, *args = av_strdup(args0);
 103     int out_ch_id, in_ch_id, len, named, ret;
 104     int nb_in_channels[2] = { 0, 0 }; // number of unnamed and named input channels
 105     double gain;
 106
 107     if (!args0) {
 108         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 109                "pan filter needs a channel layout and a set "
 110                "of channels definitions as parameter\n");
 111         return AVERROR(EINVAL);
 112     }
 113     if (!args)
 114         return AVERROR(ENOMEM);
 115     arg = av_strtok(args, ":", &tokenizer);
 116     ret = ff_parse_channel_layout(&pan->out_channel_layout, arg, ctx);
 117     if (ret < 0)
 118         goto fail;
 119     pan->nb_output_channels = av_get_channel_layout_nb_channels(pan->out_channel_layout);
 120
 121     /* parse channel specifications */
 122     while ((arg = arg0 = av_strtok(NULL, ":", &tokenizer))) {
 123         /* channel name */
 124         if (parse_channel_name(&arg, &out_ch_id, &named)) {
 125             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 126                    "Expected out channel name, got \"%.8s\"\n", arg);
 127             ret = AVERROR(EINVAL);
 128             goto fail;
 129         }
 130         if (named) {
 131             if (!((pan->out_channel_layout >> out_ch_id) & 1)) {
 132                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 133                        "Channel \"%.8s\" does not exist in the chosen layout\n", arg0);
 134                 ret = AVERROR(EINVAL);
 135                 goto fail;
 136             }
 137             /* get the channel number in the output channel layout:
 138              * out_channel_layout & ((1 << out_ch_id) - 1) are all the
 139              * channels that come before out_ch_id,
 140              * so their count is the index of out_ch_id */
 141             out_ch_id = av_get_channel_layout_nb_channels(pan->out_channel_layout & (((int64_t)1 << out_ch_id) - 1));
 142         }
 143         if (out_ch_id < 0 || out_ch_id >= pan->nb_output_channels) {
 144             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 145                    "Invalid out channel name \"%.8s\"\n", arg0);
 146             ret = AVERROR(EINVAL);
 147             goto fail;
 148         }
 149         skip_spaces(&arg);
 150         if (*arg == '=') {
 151             arg++;
 152         } else if (*arg == '<') {
 153             pan->need_renorm |= (int64_t)1 << out_ch_id;
 154             arg++;
 155         } else {
 156             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 157                    "Syntax error after channel name in \"%.8s\"\n", arg0);
 158             ret = AVERROR(EINVAL);
 159             goto fail;
 160         }
 161         /* gains */
 162         while (1) {
 163             gain = 1;
 164             if (sscanf(arg, "%lf%n *%n", &gain, &len, &len))
 165                 arg += len;
 166             if (parse_channel_name(&arg, &in_ch_id, &named)){
 167                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 168                        "Expected in channel name, got \"%.8s\"\n", arg);
 169                  ret = AVERROR(EINVAL);
 170                  goto fail;
 171             }
 172             nb_in_channels[named]++;
 173             if (nb_in_channels[!named]) {
 174                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 175                        "Can not mix named and numbered channels\n");
 176                 ret = AVERROR(EINVAL);
 177                 goto fail;
 178             }
 179             pan->gain[out_ch_id][in_ch_id] = gain;
 180             skip_spaces(&arg);
 181             if (!*arg)
 182                 break;
 183             if (*arg != '+') {
 184                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Syntax error near \"%.8s\"\n", arg);
 185                 ret = AVERROR(EINVAL);
 186                 goto fail;
 187             }
 188             arg++;
 189         }
 190     }
 191     pan->need_renumber = !!nb_in_channels[1];
 192
 193     ret = 0;
 194 fail:
 195     av_free(args);
 196     return ret;
 197 }
 198
 199 static int are_gains_pure(const PanContext *pan)
 200 {
 201     int i, j;
 202
 203     for (i = 0; i < MAX_CHANNELS; i++) {
 204         int nb_gain = 0;
 205
 206         for (j = 0; j < MAX_CHANNELS; j++) {
 207             double gain = pan->gain[i][j];
 208
 209             /* channel mapping is effective only if 0% or 100% of a channel is
 210              * selected... */
 211             if (gain != 0. && gain != 1.)
 212                 return 0;
 213             /* ...and if the output channel is only composed of one input */
 214             if (gain && nb_gain++)
 215                 return 0;
 216         }
 217     }
 218     return 1;
 219 }
 220
 221 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 222 {
 223     PanContext *pan = ctx->priv;
 224     AVFilterLink *inlink  = ctx->inputs[0];
 225     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 226     AVFilterFormats *formats = NULL;
 227     AVFilterChannelLayouts *layouts;
 228
 229     pan->pure_gains = are_gains_pure(pan);
 230     /* libswr supports any sample and packing formats */
 231     ff_set_common_formats(ctx, ff_all_formats(AVMEDIA_TYPE_AUDIO));
 232
 233     formats = ff_all_samplerates();
 234     if (!formats)
 235         return AVERROR(ENOMEM);
 236     ff_set_common_samplerates(ctx, formats);
 237
 238     // inlink supports any channel layout
 239     layouts = ff_all_channel_layouts();
 240     ff_channel_layouts_ref(layouts, &inlink->out_channel_layouts);
 241
 242     // outlink supports only requested output channel layout
 243     layouts = NULL;
 244     ff_add_channel_layout(&layouts, pan->out_channel_layout);
 245     ff_channel_layouts_ref(layouts, &outlink->in_channel_layouts);
 246     return 0;
 247 }
 248
 249 static int config_props(AVFilterLink *link)
 250 {
 251     AVFilterContext *ctx = link->dst;
 252     PanContext *pan = ctx->priv;
 253     char buf[1024], *cur;
 254     int i, j, k, r;
 255     double t;
 256
 257     pan->nb_input_channels = av_get_channel_layout_nb_channels(link->channel_layout);
 258     if (pan->need_renumber) {
 259         // input channels were given by their name: renumber them
 260         for (i = j = 0; i < MAX_CHANNELS; i++) {
 261             if ((link->channel_layout >> i) & 1) {
 262                 for (k = 0; k < pan->nb_output_channels; k++)
 263                     pan->gain[k][j] = pan->gain[k][i];
 264                 j++;
 265             }
 266         }
 267     }
 268
 269     // sanity check; can't be done in query_formats since the inlink
 270     // channel layout is unknown at that time
 271     if (pan->nb_input_channels > SWR_CH_MAX ||
 272         pan->nb_output_channels > SWR_CH_MAX) {
 273         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 274                "libswresample support a maximum of %d channels. "
 275                "Feel free to ask for a higher limit.\n", SWR_CH_MAX);
 276         return AVERROR_PATCHWELCOME;
 277     }
 278
 279     // init libswresample context
 280     pan->swr = swr_alloc_set_opts(pan->swr,
 281                                   pan->out_channel_layout, link->format, link->sample_rate,
 282                                   link->channel_layout,    link->format, link->sample_rate,
 283                                   0, ctx);
 284     if (!pan->swr)
 285         return AVERROR(ENOMEM);
 286
 287     // gains are pure, init the channel mapping
 288     if (pan->pure_gains) {
 289
 290         // get channel map from the pure gains
 291         for (i = 0; i < pan->nb_output_channels; i++) {
 292             int ch_id = -1;
 293             for (j = 0; j < pan->nb_input_channels; j++) {
 294                 if (pan->gain[i][j]) {
 295                     ch_id = j;
 296                     break;
 297                 }
 298             }
 299             pan->channel_map[i] = ch_id;
 300         }
 301
 302         av_opt_set_int(pan->swr, "icl", pan->out_channel_layout, 0);
 303         av_opt_set_int(pan->swr, "uch", pan->nb_output_channels, 0);
 304         swr_set_channel_mapping(pan->swr, pan->channel_map);
 305     } else {
 306         // renormalize
 307         for (i = 0; i < pan->nb_output_channels; i++) {
 308             if (!((pan->need_renorm >> i) & 1))
 309                 continue;
 310             t = 0;
 311             for (j = 0; j < pan->nb_input_channels; j++)
 312                 t += pan->gain[i][j];
 313             if (t > -1E-5 && t < 1E-5) {
 314                 // t is almost 0 but not exactly, this is probably a mistake
 315                 if (t)
 316                     av_log(ctx, AV_LOG_WARNING,
 317                            "Degenerate coefficients while renormalizing\n");
 318                 continue;
 319             }
 320             for (j = 0; j < pan->nb_input_channels; j++)
 321                 pan->gain[i][j] /= t;
 322         }
 323         av_opt_set_int(pan->swr, "icl", link->channel_layout, 0);
 324         av_opt_set_int(pan->swr, "ocl", pan->out_channel_layout, 0);
 325         swr_set_matrix(pan->swr, pan->gain[0], pan->gain[1] - pan->gain[0]);
 326     }
 327
 328     r = swr_init(pan->swr);
 329     if (r < 0)
 330         return r;
 331
 332     // summary
 333     for (i = 0; i < pan->nb_output_channels; i++) {
 334         cur = buf;
 335         for (j = 0; j < pan->nb_input_channels; j++) {
 336             r = snprintf(cur, buf + sizeof(buf) - cur, "%s%.3g i%d",
 337                          j ? " + " : "", pan->gain[i][j], j);
 338             cur += FFMIN(buf + sizeof(buf) - cur, r);
 339         }
 340         av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "o%d = %s\n", i, buf);
 341     }
 342     // add channel mapping summary if possible
 343     if (pan->pure_gains) {
 344         av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "Pure channel mapping detected:");
 345         for (i = 0; i < pan->nb_output_channels; i++)
 346             if (pan->channel_map[i] < 0)
 347                 av_log(ctx, AV_LOG_INFO, " M");
 348             else
 349                 av_log(ctx, AV_LOG_INFO, " %d", pan->channel_map[i]);
 350         av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "\n");
 351         return 0;
 352     }
 353     return 0;
 354 }
 355
 356 static int filter_samples(AVFilterLink *inlink, AVFilterBufferRef *insamples)
 357 {
 358     int ret;
 359     int n = insamples->audio->nb_samples;
 360     AVFilterLink *const outlink = inlink->dst->outputs[0];
 361     AVFilterBufferRef *outsamples = ff_get_audio_buffer(outlink, AV_PERM_WRITE, n);
 362     PanContext *pan = inlink->dst->priv;
 363
 364     swr_convert(pan->swr, outsamples->data, n, (void *)insamples->data, n);
 365     avfilter_copy_buffer_ref_props(outsamples, insamples);
 366     outsamples->audio->channel_layout = outlink->channel_layout;
 367
 368     ret = ff_filter_samples(outlink, outsamples);
 369     avfilter_unref_buffer(insamples);
 370     return ret;
 371 }
 372
 373 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 374 {
 375     PanContext *pan = ctx->priv;
 376     swr_free(&pan->swr);
 377 }
 378
 379 AVFilter avfilter_af_pan = {
 380     .name          = "pan",
 381     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Remix channels with coefficients (panning)."),
 382     .priv_size     = sizeof(PanContext),
 383     .init          = init,
 384     .uninit        = uninit,
 385     .query_formats = query_formats,
 386
 387     .inputs    = (const AVFilterPad[]) {
 388         { .name             = "default",
 389           .type             = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 390           .config_props     = config_props,
 391           .filter_samples   = filter_samples,
 392           .min_perms        = AV_PERM_READ, },
 393         { .name = NULL}
 394     },
 395     .outputs   = (const AVFilterPad[]) {
 396         { .name             = "default",
 397           .type             = AVMEDIA_TYPE_AUDIO, },
 398         { .name = NULL}
 399     },
 400 };