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

   1 /*****************************************************************************
   2  * sofalizer.c : SOFAlizer filter for virtual binaural acoustics
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2013-2015 Andreas Fuchs, Wolfgang Hrauda,
   5  *                         Acoustics Research Institute (ARI), Vienna, Austria
   6  *
   7  * Authors: Andreas Fuchs <andi.fuchs.mail@gmail.com>
   8  *          Wolfgang Hrauda <wolfgang.hrauda@gmx.at>
   9  *
  10  * SOFAlizer project coordinator at ARI, main developer of SOFA:
  11  *          Piotr Majdak <piotr@majdak.at>
  12  *
  13  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
  14  * under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by
  15  * the Free Software Foundation; either version 2.1 of the License, or
  16  * (at your option) any later version.
  17  *
  18  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  19  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  20  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
  21  * GNU Lesser General Public License for more details.
  22  *
  23  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License
  24  * along with this program; if not, write to the Free Software Foundation,
  25  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston MA 02110-1301, USA.
  26  *****************************************************************************/
  27
  28 #include <math.h>
  29 #include <netcdf.h>
  30
  31 #include "libavcodec/avfft.h"
  32 #include "libavutil/avstring.h"
  33 #include "libavutil/channel_layout.h"
  34 #include "libavutil/float_dsp.h"
  35 #include "libavutil/intmath.h"
  36 #include "libavutil/opt.h"
  37 #include "avfilter.h"
  38 #include "internal.h"
  39 #include "audio.h"
  40
  41 #define TIME_DOMAIN      0
  42 #define FREQUENCY_DOMAIN 1
  43
  44 typedef struct NCSofa {  /* contains data of one SOFA file */
  45     int ncid;            /* netCDF ID of the opened SOFA file */
  46     int n_samples;       /* length of one impulse response (IR) */
  47     int m_dim;           /* number of measurement positions */
  48     int *data_delay;     /* broadband delay of each IR */
  49                          /* all measurement positions for each receiver (i.e. ear): */
  50     float *sp_a;         /* azimuth angles */
  51     float *sp_e;         /* elevation angles */
  52     float *sp_r;         /* radii */
  53                          /* data at each measurement position for each receiver: */
  54     float *data_ir;      /* IRs (time-domain) */
  55 } NCSofa;
  56
  57 typedef struct VirtualSpeaker {
  58     uint8_t set;
  59     float azim;
  60     float elev;
  61 } VirtualSpeaker;
  62
  63 typedef struct SOFAlizerContext {
  64     const AVClass *class;
  65
  66     char *filename;             /* name of SOFA file */
  67     NCSofa sofa;                /* contains data of the SOFA file */
  68
  69     int sample_rate;            /* sample rate from SOFA file */
  70     float *speaker_azim;        /* azimuth of the virtual loudspeakers */
  71     float *speaker_elev;        /* elevation of the virtual loudspeakers */
  72     char *speakers_pos;         /* custom positions of the virtual loudspeakers */
  73     float lfe_gain;             /* initial gain for the LFE channel */
  74     float gain_lfe;             /* gain applied to LFE channel */
  75     int lfe_channel;            /* LFE channel position in channel layout */
  76
  77     int n_conv;                 /* number of channels to convolute */
  78
  79                                 /* buffer variables (for convolution) */
  80     float *ringbuffer[2];       /* buffers input samples, length of one buffer: */
  81                                 /* no. input ch. (incl. LFE) x buffer_length */
  82     int write[2];               /* current write position to ringbuffer */
  83     int buffer_length;          /* is: longest IR plus max. delay in all SOFA files */
  84                                 /* then choose next power of 2 */
  85     int n_fft;                  /* number of samples in one FFT block */
  86
  87                                 /* netCDF variables */
  88     int *delay[2];              /* broadband delay for each channel/IR to be convolved */
  89
  90     float *data_ir[2];          /* IRs for all channels to be convolved */
  91                                 /* (this excludes the LFE) */
  92     float *temp_src[2];
  93     FFTComplex *temp_fft[2];
  94
  95                          /* control variables */
  96     float gain;          /* filter gain (in dB) */
  97     float rotation;      /* rotation of virtual loudspeakers (in degrees)  */
  98     float elevation;     /* elevation of virtual loudspeakers (in deg.) */
  99     float radius;        /* distance virtual loudspeakers to listener (in metres) */
 100     int type;            /* processing type */
 101
 102     VirtualSpeaker vspkrpos[64];
 103
 104     FFTContext *fft[2], *ifft[2];
 105     FFTComplex *data_hrtf[2];
 106
 107     AVFloatDSPContext *fdsp;
 108 } SOFAlizerContext;
 109
 110 static int close_sofa(struct NCSofa *sofa)
 111 {
 112     av_freep(&sofa->data_delay);
 113     av_freep(&sofa->sp_a);
 114     av_freep(&sofa->sp_e);
 115     av_freep(&sofa->sp_r);
 116     av_freep(&sofa->data_ir);
 117     nc_close(sofa->ncid);
 118     sofa->ncid = 0;
 119
 120     return 0;
 121 }
 122
 123 static int load_sofa(AVFilterContext *ctx, char *filename, int *samplingrate)
 124 {
 125     struct SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
 126     /* variables associated with content of SOFA file: */
 127     int ncid, n_dims, n_vars, n_gatts, n_unlim_dim_id, status;
 128     char data_delay_dim_name[NC_MAX_NAME];
 129     float *sp_a, *sp_e, *sp_r, *data_ir;
 130     char *sofa_conventions;
 131     char dim_name[NC_MAX_NAME];   /* names of netCDF dimensions */
 132     size_t *dim_length;           /* lengths of netCDF dimensions */
 133     char *text;
 134     unsigned int sample_rate;
 135     int data_delay_dim_id[2];
 136     int samplingrate_id;
 137     int data_delay_id;
 138     int n_samples;
 139     int m_dim_id = -1;
 140     int n_dim_id = -1;
 141     int data_ir_id;
 142     size_t att_len;
 143     int m_dim;
 144     int *data_delay;
 145     int sp_id;
 146     int i, ret;
 147
 148     s->sofa.ncid = 0;
 149     status = nc_open(filename, NC_NOWRITE, &ncid); /* open SOFA file read-only */
 150     if (status != NC_NOERR) {
 151         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Can't find SOFA-file '%s'\n", filename);
 152         return AVERROR(EINVAL);
 153     }
 154
 155     /* get number of dimensions, vars, global attributes and Id of unlimited dimensions: */
 156     nc_inq(ncid, &n_dims, &n_vars, &n_gatts, &n_unlim_dim_id);
 157
 158     /* -- get number of measurements ("M") and length of one IR ("N") -- */
 159     dim_length = av_malloc_array(n_dims, sizeof(*dim_length));
 160     if (!dim_length) {
 161         nc_close(ncid);
 162         return AVERROR(ENOMEM);
 163     }
 164
 165     for (i = 0; i < n_dims; i++) { /* go through all dimensions of file */
 166         nc_inq_dim(ncid, i, (char *)&dim_name, &dim_length[i]); /* get dimensions */
 167         if (!strncmp("M", (const char *)&dim_name, 1)) /* get ID of dimension "M" */
 168             m_dim_id = i;
 169         if (!strncmp("N", (const char *)&dim_name, 1)) /* get ID of dimension "N" */
 170             n_dim_id = i;
 171     }
 172
 173     if ((m_dim_id == -1) || (n_dim_id == -1)) { /* dimension "M" or "N" couldn't be found */
 174         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Can't find required dimensions in SOFA file.\n");
 175         av_freep(&dim_length);
 176         nc_close(ncid);
 177         return AVERROR(EINVAL);
 178     }
 179
 180     n_samples = dim_length[n_dim_id]; /* get length of one IR */
 181     m_dim     = dim_length[m_dim_id]; /* get number of measurements */
 182
 183     av_freep(&dim_length);
 184
 185     /* -- check file type -- */
 186     /* get length of attritube "Conventions" */
 187     status = nc_inq_attlen(ncid, NC_GLOBAL, "Conventions", &att_len);
 188     if (status != NC_NOERR) {
 189         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Can't get length of attribute \"Conventions\".\n");
 190         nc_close(ncid);
 191         return AVERROR_INVALIDDATA;
 192     }
 193
 194     /* check whether file is SOFA file */
 195     text = av_malloc(att_len + 1);
 196     if (!text) {
 197         nc_close(ncid);
 198         return AVERROR(ENOMEM);
 199     }
 200
 201     nc_get_att_text(ncid, NC_GLOBAL, "Conventions", text);
 202     *(text + att_len) = 0;
 203     if (strncmp("SOFA", text, 4)) {
 204         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Not a SOFA file!\n");
 205         av_freep(&text);
 206         nc_close(ncid);
 207         return AVERROR(EINVAL);
 208     }
 209     av_freep(&text);
 210
 211     status = nc_inq_attlen(ncid, NC_GLOBAL, "License", &att_len);
 212     if (status == NC_NOERR) {
 213         text = av_malloc(att_len + 1);
 214         if (text) {
 215             nc_get_att_text(ncid, NC_GLOBAL, "License", text);
 216             *(text + att_len) = 0;
 217             av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "SOFA file License: %s\n", text);
 218             av_freep(&text);
 219         }
 220     }
 221
 222     status = nc_inq_attlen(ncid, NC_GLOBAL, "SourceDescription", &att_len);
 223     if (status == NC_NOERR) {
 224         text = av_malloc(att_len + 1);
 225         if (text) {
 226             nc_get_att_text(ncid, NC_GLOBAL, "SourceDescription", text);
 227             *(text + att_len) = 0;
 228             av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "SOFA file SourceDescription: %s\n", text);
 229             av_freep(&text);
 230         }
 231     }
 232
 233     status = nc_inq_attlen(ncid, NC_GLOBAL, "Comment", &att_len);
 234     if (status == NC_NOERR) {
 235         text = av_malloc(att_len + 1);
 236         if (text) {
 237             nc_get_att_text(ncid, NC_GLOBAL, "Comment", text);
 238             *(text + att_len) = 0;
 239             av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "SOFA file Comment: %s\n", text);
 240             av_freep(&text);
 241         }
 242     }
 243
 244     status = nc_inq_attlen(ncid, NC_GLOBAL, "SOFAConventions", &att_len);
 245     if (status != NC_NOERR) {
 246         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Can't get length of attribute \"SOFAConventions\".\n");
 247         nc_close(ncid);
 248         return AVERROR_INVALIDDATA;
 249     }
 250
 251     sofa_conventions = av_malloc(att_len + 1);
 252     if (!sofa_conventions) {
 253         nc_close(ncid);
 254         return AVERROR(ENOMEM);
 255     }
 256
 257     nc_get_att_text(ncid, NC_GLOBAL, "SOFAConventions", sofa_conventions);
 258     *(sofa_conventions + att_len) = 0;
 259     if (strncmp("SimpleFreeFieldHRIR", sofa_conventions, att_len)) {
 260         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Not a SimpleFreeFieldHRIR file!\n");
 261         av_freep(&sofa_conventions);
 262         nc_close(ncid);
 263         return AVERROR(EINVAL);
 264     }
 265     av_freep(&sofa_conventions);
 266
 267     /* -- get sampling rate of HRTFs -- */
 268     /* read ID, then value */
 269     status  = nc_inq_varid(ncid, "Data.SamplingRate", &samplingrate_id);
 270     status += nc_get_var_uint(ncid, samplingrate_id, &sample_rate);
 271     if (status != NC_NOERR) {
 272         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Couldn't read Data.SamplingRate.\n");
 273         nc_close(ncid);
 274         return AVERROR(EINVAL);
 275     }
 276     *samplingrate = sample_rate; /* remember sampling rate */
 277
 278     /* -- allocate memory for one value for each measurement position: -- */
 279     sp_a = s->sofa.sp_a = av_malloc_array(m_dim, sizeof(float));
 280     sp_e = s->sofa.sp_e = av_malloc_array(m_dim, sizeof(float));
 281     sp_r = s->sofa.sp_r = av_malloc_array(m_dim, sizeof(float));
 282     /* delay and IR values required for each ear and measurement position: */
 283     data_delay = s->sofa.data_delay = av_calloc(m_dim, 2 * sizeof(int));
 284     data_ir = s->sofa.data_ir = av_calloc(m_dim * FFALIGN(n_samples, 16), sizeof(float) * 2);
 285
 286     if (!data_delay || !sp_a || !sp_e || !sp_r || !data_ir) {
 287         /* if memory could not be allocated */
 288         close_sofa(&s->sofa);
 289         return AVERROR(ENOMEM);
 290     }
 291
 292     /* get impulse responses (HRTFs): */
 293     /* get corresponding ID */
 294     status = nc_inq_varid(ncid, "Data.IR", &data_ir_id);
 295     status += nc_get_var_float(ncid, data_ir_id, data_ir); /* read and store IRs */
 296     if (status != NC_NOERR) {
 297         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Couldn't read Data.IR!\n");
 298         ret = AVERROR(EINVAL);
 299         goto error;
 300     }
 301
 302     /* get source positions of the HRTFs in the SOFA file: */
 303     status  = nc_inq_varid(ncid, "SourcePosition", &sp_id); /* get corresponding ID */
 304     status += nc_get_vara_float(ncid, sp_id, (size_t[2]){ 0, 0 } ,
 305                 (size_t[2]){ m_dim, 1}, sp_a); /* read & store azimuth angles */
 306     status += nc_get_vara_float(ncid, sp_id, (size_t[2]){ 0, 1 } ,
 307                 (size_t[2]){ m_dim, 1}, sp_e); /* read & store elevation angles */
 308     status += nc_get_vara_float(ncid, sp_id, (size_t[2]){ 0, 2 } ,
 309                 (size_t[2]){ m_dim, 1}, sp_r); /* read & store radii */
 310     if (status != NC_NOERR) { /* if any source position variable coudn't be read */
 311         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Couldn't read SourcePosition.\n");
 312         ret = AVERROR(EINVAL);
 313         goto error;
 314     }
 315
 316     /* read Data.Delay, check for errors and fit it to data_delay */
 317     status  = nc_inq_varid(ncid, "Data.Delay", &data_delay_id);
 318     status += nc_inq_vardimid(ncid, data_delay_id, &data_delay_dim_id[0]);
 319     status += nc_inq_dimname(ncid, data_delay_dim_id[0], data_delay_dim_name);
 320     if (status != NC_NOERR) {
 321         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Couldn't read Data.Delay.\n");
 322         ret = AVERROR(EINVAL);
 323         goto error;
 324     }
 325
 326     /* Data.Delay dimension check */
 327     /* dimension of Data.Delay is [I R]: */
 328     if (!strncmp(data_delay_dim_name, "I", 2)) {
 329         /* check 2 characters to assure string is 0-terminated after "I" */
 330         int delay[2]; /* delays get from SOFA file: */
 331         int *data_delay_r;
 332
 333         av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "Data.Delay has dimension [I R]\n");
 334         status = nc_get_var_int(ncid, data_delay_id, &delay[0]);
 335         if (status != NC_NOERR) {
 336             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Couldn't read Data.Delay\n");
 337             ret = AVERROR(EINVAL);
 338             goto error;
 339         }
 340         data_delay_r = data_delay + m_dim;
 341         for (i = 0; i < m_dim; i++) { /* extend given dimension [I R] to [M R] */
 342             /* assign constant delay value for all measurements to data_delay fields */
 343             data_delay[i]   = delay[0];
 344             data_delay_r[i] = delay[1];
 345         }
 346         /* dimension of Data.Delay is [M R] */
 347     } else if (!strncmp(data_delay_dim_name, "M", 2)) {
 348         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Data.Delay in dimension [M R]\n");
 349         /* get delays from SOFA file: */
 350         status = nc_get_var_int(ncid, data_delay_id, data_delay);
 351         if (status != NC_NOERR) {
 352             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Couldn't read Data.Delay\n");
 353             ret = AVERROR(EINVAL);
 354             goto error;
 355         }
 356     } else { /* dimension of Data.Delay is neither [I R] nor [M R] */
 357         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Data.Delay does not have the required dimensions [I R] or [M R].\n");
 358         ret = AVERROR(EINVAL);
 359         goto error;
 360     }
 361
 362     /* save information in SOFA struct: */
 363     s->sofa.m_dim = m_dim; /* no. measurement positions */
 364     s->sofa.n_samples = n_samples; /* length on one IR */
 365     s->sofa.ncid = ncid; /* netCDF ID of SOFA file */
 366     nc_close(ncid); /* close SOFA file */
 367
 368     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "m_dim: %d n_samples %d\n", m_dim, n_samples);
 369
 370     return 0;
 371
 372 error:
 373     close_sofa(&s->sofa);
 374     return ret;
 375 }
 376
 377 static int parse_channel_name(char **arg, int *rchannel, char *buf)
 378 {
 379     int len, i, channel_id = 0;
 380     int64_t layout, layout0;
 381
 382     /* try to parse a channel name, e.g. "FL" */
 383     if (sscanf(*arg, "%7[A-Z]%n", buf, &len)) {
 384         layout0 = layout = av_get_channel_layout(buf);
 385         /* channel_id <- first set bit in layout */
 386         for (i = 32; i > 0; i >>= 1) {
 387             if (layout >= 1LL << i) {
 388                 channel_id += i;
 389                 layout >>= i;
 390             }
 391         }
 392         /* reject layouts that are not a single channel */
 393         if (channel_id >= 64 || layout0 != 1LL << channel_id)
 394             return AVERROR(EINVAL);
 395         *rchannel = channel_id;
 396         *arg += len;
 397         return 0;
 398     }
 399     return AVERROR(EINVAL);
 400 }
 401
 402 static void parse_speaker_pos(AVFilterContext *ctx, int64_t in_channel_layout)
 403 {
 404     SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
 405     char *arg, *tokenizer, *p, *args = av_strdup(s->speakers_pos);
 406
 407     if (!args)
 408         return;
 409     p = args;
 410
 411     while ((arg = av_strtok(p, "|", &tokenizer))) {
 412         char buf[8];
 413         float azim, elev;
 414         int out_ch_id;
 415
 416         p = NULL;
 417         if (parse_channel_name(&arg, &out_ch_id, buf)) {
 418             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Failed to parse \'%s\' as channel name.\n", buf);
 419             continue;
 420         }
 421         if (sscanf(arg, "%f %f", &azim, &elev) == 2) {
 422             s->vspkrpos[out_ch_id].set = 1;
 423             s->vspkrpos[out_ch_id].azim = azim;
 424             s->vspkrpos[out_ch_id].elev = elev;
 425         } else if (sscanf(arg, "%f", &azim) == 1) {
 426             s->vspkrpos[out_ch_id].set = 1;
 427             s->vspkrpos[out_ch_id].azim = azim;
 428             s->vspkrpos[out_ch_id].elev = 0;
 429         }
 430     }
 431
 432     av_free(args);
 433 }
 434
 435 static int get_speaker_pos(AVFilterContext *ctx,
 436                            float *speaker_azim, float *speaker_elev)
 437 {
 438     struct SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
 439     uint64_t channels_layout = ctx->inputs[0]->channel_layout;
 440     float azim[16] = { 0 };
 441     float elev[16] = { 0 };
 442     int m, ch, n_conv = ctx->inputs[0]->channels; /* get no. input channels */
 443
 444     if (n_conv > 16)
 445         return AVERROR(EINVAL);
 446
 447     s->lfe_channel = -1;
 448
 449     if (s->speakers_pos)
 450         parse_speaker_pos(ctx, channels_layout);
 451
 452     /* set speaker positions according to input channel configuration: */
 453     for (m = 0, ch = 0; ch < n_conv && m < 64; m++) {
 454         uint64_t mask = channels_layout & (1ULL << m);
 455
 456         switch (mask) {
 457         case AV_CH_FRONT_LEFT:            azim[ch] =  30;      break;
 458         case AV_CH_FRONT_RIGHT:           azim[ch] = 330;      break;
 459         case AV_CH_FRONT_CENTER:          azim[ch] =   0;      break;
 460         case AV_CH_LOW_FREQUENCY:
 461         case AV_CH_LOW_FREQUENCY_2:       s->lfe_channel = ch; break;
 462         case AV_CH_BACK_LEFT:             azim[ch] = 150;      break;
 463         case AV_CH_BACK_RIGHT:            azim[ch] = 210;      break;
 464         case AV_CH_BACK_CENTER:           azim[ch] = 180;      break;
 465         case AV_CH_SIDE_LEFT:             azim[ch] =  90;      break;
 466         case AV_CH_SIDE_RIGHT:            azim[ch] = 270;      break;
 467         case AV_CH_FRONT_LEFT_OF_CENTER:  azim[ch] =  15;      break;
 468         case AV_CH_FRONT_RIGHT_OF_CENTER: azim[ch] = 345;      break;
 469         case AV_CH_TOP_CENTER:            azim[ch] =   0;
 470                                           elev[ch] =  90;      break;
 471         case AV_CH_TOP_FRONT_LEFT:        azim[ch] =  30;
 472                                           elev[ch] =  45;      break;
 473         case AV_CH_TOP_FRONT_CENTER:      azim[ch] =   0;
 474                                           elev[ch] =  45;      break;
 475         case AV_CH_TOP_FRONT_RIGHT:       azim[ch] = 330;
 476                                           elev[ch] =  45;      break;
 477         case AV_CH_TOP_BACK_LEFT:         azim[ch] = 150;
 478                                           elev[ch] =  45;      break;
 479         case AV_CH_TOP_BACK_RIGHT:        azim[ch] = 210;
 480                                           elev[ch] =  45;      break;
 481         case AV_CH_TOP_BACK_CENTER:       azim[ch] = 180;
 482                                           elev[ch] =  45;      break;
 483         case AV_CH_WIDE_LEFT:             azim[ch] =  90;      break;
 484         case AV_CH_WIDE_RIGHT:            azim[ch] = 270;      break;
 485         case AV_CH_SURROUND_DIRECT_LEFT:  azim[ch] =  90;      break;
 486         case AV_CH_SURROUND_DIRECT_RIGHT: azim[ch] = 270;      break;
 487         case AV_CH_STEREO_LEFT:           azim[ch] =  90;      break;
 488         case AV_CH_STEREO_RIGHT:          azim[ch] = 270;      break;
 489         case 0:                                                break;
 490         default:
 491             return AVERROR(EINVAL);
 492         }
 493
 494         if (s->vspkrpos[m].set) {
 495             azim[ch] = s->vspkrpos[m].azim;
 496             elev[ch] = s->vspkrpos[m].elev;
 497         }
 498
 499         if (mask)
 500             ch++;
 501     }
 502
 503     memcpy(speaker_azim, azim, n_conv * sizeof(float));
 504     memcpy(speaker_elev, elev, n_conv * sizeof(float));
 505
 506     return 0;
 507
 508 }
 509
 510 static int max_delay(struct NCSofa *sofa)
 511 {
 512     int i, max = 0;
 513
 514     for (i = 0; i < sofa->m_dim * 2; i++) {
 515         /* search maximum delay in given SOFA file */
 516         max = FFMAX(max, sofa->data_delay[i]);
 517     }
 518
 519     return max;
 520 }
 521
 522 static int find_m(SOFAlizerContext *s, int azim, int elev, float radius)
 523 {
 524     /* get source positions and M of currently selected SOFA file */
 525     float *sp_a = s->sofa.sp_a; /* azimuth angle */
 526     float *sp_e = s->sofa.sp_e; /* elevation angle */
 527     float *sp_r = s->sofa.sp_r; /* radius */
 528     int m_dim = s->sofa.m_dim; /* no. measurements */
 529     int best_id = 0; /* index m currently closest to desired source pos. */
 530     float delta = 1000; /* offset between desired and currently best pos. */
 531     float current;
 532     int i;
 533
 534     for (i = 0; i < m_dim; i++) {
 535         /* search through all measurements in currently selected SOFA file */
 536         /* distance of current to desired source position: */
 537         current = fabs(sp_a[i] - azim) +
 538                   fabs(sp_e[i] - elev) +
 539                   fabs(sp_r[i] - radius);
 540         if (current <= delta) {
 541             /* if current distance is smaller than smallest distance so far */
 542             delta = current;
 543             best_id = i; /* remember index */
 544         }
 545     }
 546
 547     return best_id;
 548 }
 549
 550 static int compensate_volume(AVFilterContext *ctx)
 551 {
 552     struct SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
 553     float compensate;
 554     float energy = 0;
 555     float *ir;
 556     int m;
 557
 558     if (s->sofa.ncid) {
 559         /* find IR at front center position in the SOFA file (IR closest to 0°,0°,1m) */
 560         struct NCSofa *sofa = &s->sofa;
 561         m = find_m(s, 0, 0, 1);
 562         /* get energy of that IR and compensate volume */
 563         ir = sofa->data_ir + 2 * m * sofa->n_samples;
 564         if (sofa->n_samples & 31) {
 565             energy = avpriv_scalarproduct_float_c(ir, ir, sofa->n_samples);
 566         } else {
 567             energy = s->fdsp->scalarproduct_float(ir, ir, sofa->n_samples);
 568         }
 569         compensate = 256 / (sofa->n_samples * sqrt(energy));
 570         av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "Compensate-factor: %f\n", compensate);
 571         ir = sofa->data_ir;
 572         /* apply volume compensation to IRs */
 573         if (sofa->n_samples & 31) {
 574             int i;
 575             for (i = 0; i < sofa->n_samples * sofa->m_dim * 2; i++) {
 576                 ir[i] = ir[i] * compensate;
 577             }
 578         } else {
 579             s->fdsp->vector_fmul_scalar(ir, ir, compensate, sofa->n_samples * sofa->m_dim * 2);
 580             emms_c();
 581         }
 582     }
 583
 584     return 0;
 585 }
 586
 587 typedef struct ThreadData {
 588     AVFrame *in, *out;
 589     int *write;
 590     int **delay;
 591     float **ir;
 592     int *n_clippings;
 593     float **ringbuffer;
 594     float **temp_src;
 595     FFTComplex **temp_fft;
 596 } ThreadData;
 597
 598 static int sofalizer_convolute(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 599 {
 600     SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
 601     ThreadData *td = arg;
 602     AVFrame *in = td->in, *out = td->out;
 603     int offset = jobnr;
 604     int *write = &td->write[jobnr];
 605     const int *const delay = td->delay[jobnr];
 606     const float *const ir = td->ir[jobnr];
 607     int *n_clippings = &td->n_clippings[jobnr];
 608     float *ringbuffer = td->ringbuffer[jobnr];
 609     float *temp_src = td->temp_src[jobnr];
 610     const int n_samples = s->sofa.n_samples; /* length of one IR */
 611     const float *src = (const float *)in->data[0]; /* get pointer to audio input buffer */
 612     float *dst = (float *)out->data[0]; /* get pointer to audio output buffer */
 613     const int in_channels = s->n_conv; /* number of input channels */
 614     /* ring buffer length is: longest IR plus max. delay -> next power of 2 */
 615     const int buffer_length = s->buffer_length;
 616     /* -1 for AND instead of MODULO (applied to powers of 2): */
 617     const uint32_t modulo = (uint32_t)buffer_length - 1;
 618     float *buffer[16]; /* holds ringbuffer for each input channel */
 619     int wr = *write;
 620     int read;
 621     int i, l;
 622
 623     dst += offset;
 624     for (l = 0; l < in_channels; l++) {
 625         /* get starting address of ringbuffer for each input channel */
 626         buffer[l] = ringbuffer + l * buffer_length;
 627     }
 628
 629     for (i = 0; i < in->nb_samples; i++) {
 630         const float *temp_ir = ir; /* using same set of IRs for each sample */
 631
 632         *dst = 0;
 633         for (l = 0; l < in_channels; l++) {
 634             /* write current input sample to ringbuffer (for each channel) */
 635             *(buffer[l] + wr) = src[l];
 636         }
 637
 638         /* loop goes through all channels to be convolved */
 639         for (l = 0; l < in_channels; l++) {
 640             const float *const bptr = buffer[l];
 641
 642             if (l == s->lfe_channel) {
 643                 /* LFE is an input channel but requires no convolution */
 644                 /* apply gain to LFE signal and add to output buffer */
 645                 *dst += *(buffer[s->lfe_channel] + wr) * s->gain_lfe;
 646                 temp_ir += FFALIGN(n_samples, 16);
 647                 continue;
 648             }
 649
 650             /* current read position in ringbuffer: input sample write position
 651              * - delay for l-th ch. + diff. betw. IR length and buffer length
 652              * (mod buffer length) */
 653             read = (wr - *(delay + l) - (n_samples - 1) + buffer_length) & modulo;
 654
 655             if (read + n_samples < buffer_length) {
 656                 memcpy(temp_src, bptr + read, n_samples * sizeof(*temp_src));
 657             } else {
 658                 int len = FFMIN(n_samples - (read % n_samples), buffer_length - read);
 659
 660                 memcpy(temp_src, bptr + read, len * sizeof(*temp_src));
 661                 memcpy(temp_src + len, bptr, (n_samples - len) * sizeof(*temp_src));
 662             }
 663
 664             /* multiply signal and IR, and add up the results */
 665             dst[0] += s->fdsp->scalarproduct_float(temp_ir, temp_src, n_samples);
 666             temp_ir += FFALIGN(n_samples, 16);
 667         }
 668
 669         /* clippings counter */
 670         if (fabs(*dst) > 1)
 671             *n_clippings += 1;
 672
 673         /* move output buffer pointer by +2 to get to next sample of processed channel: */
 674         dst += 2;
 675         src += in_channels;
 676         wr   = (wr + 1) & modulo; /* update ringbuffer write position */
 677     }
 678
 679     *write = wr; /* remember write position in ringbuffer for next call */
 680
 681     return 0;
 682 }
 683
 684 static int sofalizer_fast_convolute(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 685 {
 686     SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
 687     ThreadData *td = arg;
 688     AVFrame *in = td->in, *out = td->out;
 689     int offset = jobnr;
 690     int *write = &td->write[jobnr];
 691     FFTComplex *hrtf = s->data_hrtf[jobnr]; /* get pointers to current HRTF data */
 692     int *n_clippings = &td->n_clippings[jobnr];
 693     float *ringbuffer = td->ringbuffer[jobnr];
 694     const int n_samples = s->sofa.n_samples; /* length of one IR */
 695     const float *src = (const float *)in->data[0]; /* get pointer to audio input buffer */
 696     float *dst = (float *)out->data[0]; /* get pointer to audio output buffer */
 697     const int in_channels = s->n_conv; /* number of input channels */
 698     /* ring buffer length is: longest IR plus max. delay -> next power of 2 */
 699     const int buffer_length = s->buffer_length;
 700     /* -1 for AND instead of MODULO (applied to powers of 2): */
 701     const uint32_t modulo = (uint32_t)buffer_length - 1;
 702     FFTComplex *fft_in = s->temp_fft[jobnr]; /* temporary array for FFT input/output data */
 703     FFTContext *ifft = s->ifft[jobnr];
 704     FFTContext *fft = s->fft[jobnr];
 705     const int n_conv = s->n_conv;
 706     const int n_fft = s->n_fft;
 707     const float fft_scale = 1.0f / s->n_fft;
 708     FFTComplex *hrtf_offset;
 709     int wr = *write;
 710     int n_read;
 711     int i, j;
 712
 713     dst += offset;
 714
 715     /* find minimum between number of samples and output buffer length:
 716      * (important, if one IR is longer than the output buffer) */
 717     n_read = FFMIN(s->sofa.n_samples, in->nb_samples);
 718     for (j = 0; j < n_read; j++) {
 719         /* initialize output buf with saved signal from overflow buf */
 720         dst[2 * j]     = ringbuffer[wr];
 721         ringbuffer[wr] = 0.0; /* re-set read samples to zero */
 722         /* update ringbuffer read/write position */
 723         wr  = (wr + 1) & modulo;
 724     }
 725
 726     /* initialize rest of output buffer with 0 */
 727     for (j = n_read; j < in->nb_samples; j++) {
 728         dst[2 * j] = 0;
 729     }
 730
 731     for (i = 0; i < n_conv; i++) {
 732         if (i == s->lfe_channel) { /* LFE */
 733             for (j = 0; j < in->nb_samples; j++) {
 734                 /* apply gain to LFE signal and add to output buffer */
 735                 dst[2 * j] += src[i + j * in_channels] * s->gain_lfe;
 736             }
 737             continue;
 738         }
 739
 740         /* outer loop: go through all input channels to be convolved */
 741         offset = i * n_fft; /* no. samples already processed */
 742         hrtf_offset = hrtf + offset;
 743
 744         /* fill FFT input with 0 (we want to zero-pad) */
 745         memset(fft_in, 0, sizeof(FFTComplex) * n_fft);
 746
 747         for (j = 0; j < in->nb_samples; j++) {
 748             /* prepare input for FFT */
 749             /* write all samples of current input channel to FFT input array */
 750             fft_in[j].re = src[j * in_channels + i];
 751         }
 752
 753         /* transform input signal of current channel to frequency domain */
 754         av_fft_permute(fft, fft_in);
 755         av_fft_calc(fft, fft_in);
 756         for (j = 0; j < n_fft; j++) {
 757             const FFTComplex *hcomplex = hrtf_offset + j;
 758             const float re = fft_in[j].re;
 759             const float im = fft_in[j].im;
 760
 761             /* complex multiplication of input signal and HRTFs */
 762             /* output channel (real): */
 763             fft_in[j].re = re * hcomplex->re - im * hcomplex->im;
 764             /* output channel (imag): */
 765             fft_in[j].im = re * hcomplex->im + im * hcomplex->re;
 766         }
 767
 768         /* transform output signal of current channel back to time domain */
 769         av_fft_permute(ifft, fft_in);
 770         av_fft_calc(ifft, fft_in);
 771
 772         for (j = 0; j < in->nb_samples; j++) {
 773             /* write output signal of current channel to output buffer */
 774             dst[2 * j] += fft_in[j].re * fft_scale;
 775         }
 776
 777         for (j = 0; j < n_samples - 1; j++) { /* overflow length is IR length - 1 */
 778             /* write the rest of output signal to overflow buffer */
 779             int write_pos = (wr + j) & modulo;
 780
 781             *(ringbuffer + write_pos) += fft_in[in->nb_samples + j].re * fft_scale;
 782         }
 783     }
 784
 785     /* go through all samples of current output buffer: count clippings */
 786     for (i = 0; i < out->nb_samples; i++) {
 787         /* clippings counter */
 788         if (fabs(*dst) > 1) { /* if current output sample > 1 */
 789             n_clippings[0]++;
 790         }
 791
 792         /* move output buffer pointer by +2 to get to next sample of processed channel: */
 793         dst += 2;
 794     }
 795
 796     /* remember read/write position in ringbuffer for next call */
 797     *write = wr;
 798
 799     return 0;
 800 }
 801
 802 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 803 {
 804     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 805     SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
 806     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 807     int n_clippings[2] = { 0 };
 808     ThreadData td;
 809     AVFrame *out;
 810
 811     out = ff_get_audio_buffer(outlink, in->nb_samples);
 812     if (!out) {
 813         av_frame_free(&in);
 814         return AVERROR(ENOMEM);
 815     }
 816     av_frame_copy_props(out, in);
 817
 818     td.in = in; td.out = out; td.write = s->write;
 819     td.delay = s->delay; td.ir = s->data_ir; td.n_clippings = n_clippings;
 820     td.ringbuffer = s->ringbuffer; td.temp_src = s->temp_src;
 821     td.temp_fft = s->temp_fft;
 822
 823     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 824         ctx->internal->execute(ctx, sofalizer_convolute, &td, NULL, 2);
 825     } else {
 826         ctx->internal->execute(ctx, sofalizer_fast_convolute, &td, NULL, 2);
 827     }
 828     emms_c();
 829
 830     /* display error message if clipping occurred */
 831     if (n_clippings[0] + n_clippings[1] > 0) {
 832         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "%d of %d samples clipped. Please reduce gain.\n",
 833                n_clippings[0] + n_clippings[1], out->nb_samples * 2);
 834     }
 835
 836     av_frame_free(&in);
 837     return ff_filter_frame(outlink, out);
 838 }
 839
 840 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 841 {
 842     struct SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
 843     AVFilterFormats *formats = NULL;
 844     AVFilterChannelLayouts *layouts = NULL;
 845     int ret, sample_rates[] = { 48000, -1 };
 846
 847     ret = ff_add_format(&formats, AV_SAMPLE_FMT_FLT);
 848     if (ret)
 849         return ret;
 850     ret = ff_set_common_formats(ctx, formats);
 851     if (ret)
 852         return ret;
 853
 854     layouts = ff_all_channel_layouts();
 855     if (!layouts)
 856         return AVERROR(ENOMEM);
 857
 858     ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &ctx->inputs[0]->out_channel_layouts);
 859     if (ret)
 860         return ret;
 861
 862     layouts = NULL;
 863     ret = ff_add_channel_layout(&layouts, AV_CH_LAYOUT_STEREO);
 864     if (ret)
 865         return ret;
 866
 867     ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &ctx->outputs[0]->in_channel_layouts);
 868     if (ret)
 869         return ret;
 870
 871     sample_rates[0] = s->sample_rate;
 872     formats = ff_make_format_list(sample_rates);
 873     if (!formats)
 874         return AVERROR(ENOMEM);
 875     return ff_set_common_samplerates(ctx, formats);
 876 }
 877
 878 static int load_data(AVFilterContext *ctx, int azim, int elev, float radius)
 879 {
 880     struct SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
 881     const int n_samples = s->sofa.n_samples;
 882     int n_conv = s->n_conv; /* no. channels to convolve */
 883     int n_fft = s->n_fft;
 884     int delay_l[16]; /* broadband delay for each IR */
 885     int delay_r[16];
 886     int nb_input_channels = ctx->inputs[0]->channels; /* no. input channels */
 887     float gain_lin = expf((s->gain - 3 * nb_input_channels) / 20 * M_LN10); /* gain - 3dB/channel */
 888     FFTComplex *data_hrtf_l = NULL;
 889     FFTComplex *data_hrtf_r = NULL;
 890     FFTComplex *fft_in_l = NULL;
 891     FFTComplex *fft_in_r = NULL;
 892     float *data_ir_l = NULL;
 893     float *data_ir_r = NULL;
 894     int offset = 0; /* used for faster pointer arithmetics in for-loop */
 895     int m[16]; /* measurement index m of IR closest to required source positions */
 896     int i, j, azim_orig = azim, elev_orig = elev;
 897
 898     if (!s->sofa.ncid) { /* if an invalid SOFA file has been selected */
 899         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Selected SOFA file is invalid. Please select valid SOFA file.\n");
 900         return AVERROR_INVALIDDATA;
 901     }
 902
 903     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 904         s->temp_src[0] = av_calloc(FFALIGN(n_samples, 16), sizeof(float));
 905         s->temp_src[1] = av_calloc(FFALIGN(n_samples, 16), sizeof(float));
 906
 907         /* get temporary IR for L and R channel */
 908         data_ir_l = av_calloc(n_conv * FFALIGN(n_samples, 16), sizeof(*data_ir_l));
 909         data_ir_r = av_calloc(n_conv * FFALIGN(n_samples, 16), sizeof(*data_ir_r));
 910         if (!data_ir_r || !data_ir_l || !s->temp_src[0] || !s->temp_src[1]) {
 911             av_free(data_ir_l);
 912             av_free(data_ir_r);
 913             return AVERROR(ENOMEM);
 914         }
 915     } else {
 916         /* get temporary HRTF memory for L and R channel */
 917         data_hrtf_l = av_malloc_array(n_fft, sizeof(*data_hrtf_l) * n_conv);
 918         data_hrtf_r = av_malloc_array(n_fft, sizeof(*data_hrtf_r) * n_conv);
 919         if (!data_hrtf_r || !data_hrtf_l) {
 920             av_free(data_hrtf_l);
 921             av_free(data_hrtf_r);
 922             return AVERROR(ENOMEM);
 923         }
 924     }
 925
 926     for (i = 0; i < s->n_conv; i++) {
 927         /* load and store IRs and corresponding delays */
 928         azim = (int)(s->speaker_azim[i] + azim_orig) % 360;
 929         elev = (int)(s->speaker_elev[i] + elev_orig) % 90;
 930         /* get id of IR closest to desired position */
 931         m[i] = find_m(s, azim, elev, radius);
 932
 933         /* load the delays associated with the current IRs */
 934         delay_l[i] = *(s->sofa.data_delay + 2 * m[i]);
 935         delay_r[i] = *(s->sofa.data_delay + 2 * m[i] + 1);
 936
 937         if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 938             offset = i * FFALIGN(n_samples, 16); /* no. samples already written */
 939             for (j = 0; j < n_samples; j++) {
 940                 /* load reversed IRs of the specified source position
 941                  * sample-by-sample for left and right ear; and apply gain */
 942                 *(data_ir_l + offset + j) = /* left channel */
 943                 *(s->sofa.data_ir + 2 * m[i] * n_samples + n_samples - 1 - j) * gain_lin;
 944                 *(data_ir_r + offset + j) = /* right channel */
 945                 *(s->sofa.data_ir + 2 * m[i] * n_samples + n_samples - 1 - j  + n_samples) * gain_lin;
 946             }
 947         } else {
 948             fft_in_l = av_calloc(n_fft, sizeof(*fft_in_l));
 949             fft_in_r = av_calloc(n_fft, sizeof(*fft_in_r));
 950             if (!fft_in_l || !fft_in_r) {
 951                 av_free(data_hrtf_l);
 952                 av_free(data_hrtf_r);
 953                 av_free(fft_in_l);
 954                 av_free(fft_in_r);
 955                 return AVERROR(ENOMEM);
 956             }
 957
 958             offset = i * n_fft; /* no. samples already written */
 959             for (j = 0; j < n_samples; j++) {
 960                 /* load non-reversed IRs of the specified source position
 961                  * sample-by-sample and apply gain,
 962                  * L channel is loaded to real part, R channel to imag part,
 963                  * IRs ared shifted by L and R delay */
 964                 fft_in_l[delay_l[i] + j].re = /* left channel */
 965                 *(s->sofa.data_ir + 2 * m[i] * n_samples + j) * gain_lin;
 966                 fft_in_r[delay_r[i] + j].re = /* right channel */
 967                 *(s->sofa.data_ir + (2 * m[i] + 1) * n_samples + j) * gain_lin;
 968             }
 969
 970             /* actually transform to frequency domain (IRs -> HRTFs) */
 971             av_fft_permute(s->fft[0], fft_in_l);
 972             av_fft_calc(s->fft[0], fft_in_l);
 973             memcpy(data_hrtf_l + offset, fft_in_l, n_fft * sizeof(*fft_in_l));
 974             av_fft_permute(s->fft[0], fft_in_r);
 975             av_fft_calc(s->fft[0], fft_in_r);
 976             memcpy(data_hrtf_r + offset, fft_in_r, n_fft * sizeof(*fft_in_r));
 977         }
 978
 979         av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "Index: %d, Azimuth: %f, Elevation: %f, Radius: %f of SOFA file.\n",
 980                m[i], *(s->sofa.sp_a + m[i]), *(s->sofa.sp_e + m[i]), *(s->sofa.sp_r + m[i]));
 981     }
 982
 983     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 984         /* copy IRs and delays to allocated memory in the SOFAlizerContext struct: */
 985         memcpy(s->data_ir[0], data_ir_l, sizeof(float) * n_conv * FFALIGN(n_samples, 16));
 986         memcpy(s->data_ir[1], data_ir_r, sizeof(float) * n_conv * FFALIGN(n_samples, 16));
 987
 988         av_freep(&data_ir_l); /* free temporary IR memory */
 989         av_freep(&data_ir_r);
 990     } else {
 991         s->data_hrtf[0] = av_malloc_array(n_fft * s->n_conv, sizeof(FFTComplex));
 992         s->data_hrtf[1] = av_malloc_array(n_fft * s->n_conv, sizeof(FFTComplex));
 993         if (!s->data_hrtf[0] || !s->data_hrtf[1]) {
 994             av_freep(&data_hrtf_l);
 995             av_freep(&data_hrtf_r);
 996             av_freep(&fft_in_l);
 997             av_freep(&fft_in_r);
 998             return AVERROR(ENOMEM); /* memory allocation failed */
 999         }
1000
1001         memcpy(s->data_hrtf[0], data_hrtf_l, /* copy HRTF data to */
1002             sizeof(FFTComplex) * n_conv * n_fft); /* filter struct */
1003         memcpy(s->data_hrtf[1], data_hrtf_r,
1004             sizeof(FFTComplex) * n_conv * n_fft);
1005
1006         av_freep(&data_hrtf_l); /* free temporary HRTF memory */
1007         av_freep(&data_hrtf_r);
1008
1009         av_freep(&fft_in_l); /* free temporary FFT memory */
1010         av_freep(&fft_in_r);
1011     }
1012
1013     memcpy(s->delay[0], &delay_l[0], sizeof(int) * s->n_conv);
1014     memcpy(s->delay[1], &delay_r[0], sizeof(int) * s->n_conv);
1015
1016     return 0;
1017 }
1018
1019 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
1020 {
1021     SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
1022     int ret;
1023
1024     if (!s->filename) {
1025         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Valid SOFA filename must be set.\n");
1026         return AVERROR(EINVAL);
1027     }
1028
1029     /* load SOFA file, */
1030     /* initialize file IDs to 0 before attempting to load SOFA files,
1031      * this assures that in case of error, only the memory of already
1032      * loaded files is free'd */
1033     s->sofa.ncid = 0;
1034     ret = load_sofa(ctx, s->filename, &s->sample_rate);
1035     if (ret) {
1036         /* file loading error */
1037         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Error while loading SOFA file: '%s'\n", s->filename);
1038     } else { /* no file loading error, resampling not required */
1039         av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "File '%s' loaded.\n", s->filename);
1040     }
1041
1042     if (ret) {
1043         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "No valid SOFA file could be loaded. Please specify valid SOFA file.\n");
1044         return ret;
1045     }
1046
1047     s->fdsp = avpriv_float_dsp_alloc(0);
1048     if (!s->fdsp)
1049         return AVERROR(ENOMEM);
1050
1051     return 0;
1052 }
1053
1054 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
1055 {
1056     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
1057     SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
1058     int nb_input_channels = inlink->channels; /* no. input channels */
1059     int n_max_ir = 0;
1060     int n_current;
1061     int n_max = 0;
1062     int ret;
1063
1064     if (s->type == FREQUENCY_DOMAIN) {
1065         inlink->partial_buf_size =
1066         inlink->min_samples =
1067         inlink->max_samples = inlink->sample_rate;
1068     }
1069
1070     /* gain -3 dB per channel, -6 dB to get LFE on a similar level */
1071     s->gain_lfe = expf((s->gain - 3 * inlink->channels - 6 + s->lfe_gain) / 20 * M_LN10);
1072
1073     s->n_conv = nb_input_channels;
1074
1075     /* get size of ringbuffer (longest IR plus max. delay) */
1076     /* then choose next power of 2 for performance optimization */
1077     n_current = s->sofa.n_samples + max_delay(&s->sofa);
1078     if (n_current > n_max) {
1079         /* length of longest IR plus max. delay (in all SOFA files) */
1080         n_max = n_current;
1081         /* length of longest IR (without delay, in all SOFA files) */
1082         n_max_ir = s->sofa.n_samples;
1083     }
1084     /* buffer length is longest IR plus max. delay -> next power of 2
1085        (32 - count leading zeros gives required exponent)  */
1086     s->buffer_length = 1 << (32 - ff_clz(n_max));
1087     s->n_fft         = 1 << (32 - ff_clz(n_max + inlink->sample_rate));
1088
1089     if (s->type == FREQUENCY_DOMAIN) {
1090         av_fft_end(s->fft[0]);
1091         av_fft_end(s->fft[1]);
1092         s->fft[0] = av_fft_init(log2(s->n_fft), 0);
1093         s->fft[1] = av_fft_init(log2(s->n_fft), 0);
1094         av_fft_end(s->ifft[0]);
1095         av_fft_end(s->ifft[1]);
1096         s->ifft[0] = av_fft_init(log2(s->n_fft), 1);
1097         s->ifft[1] = av_fft_init(log2(s->n_fft), 1);
1098
1099         if (!s->fft[0] || !s->fft[1] || !s->ifft[0] || !s->ifft[1]) {
1100             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unable to create FFT contexts of size %d.\n", s->n_fft);
1101             return AVERROR(ENOMEM);
1102         }
1103     }
1104
1105     /* Allocate memory for the impulse responses, delays and the ringbuffers */
1106     /* size: (longest IR) * (number of channels to convolute) */
1107     s->data_ir[0] = av_calloc(FFALIGN(n_max_ir, 16), sizeof(float) * s->n_conv);
1108     s->data_ir[1] = av_calloc(FFALIGN(n_max_ir, 16), sizeof(float) * s->n_conv);
1109     /* length:  number of channels to convolute */
1110     s->delay[0] = av_malloc_array(s->n_conv, sizeof(float));
1111     s->delay[1] = av_malloc_array(s->n_conv, sizeof(float));
1112     /* length: (buffer length) * (number of input channels),
1113      * OR: buffer length (if frequency domain processing)
1114      * calloc zero-initializes the buffer */
1115
1116     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
1117         s->ringbuffer[0] = av_calloc(s->buffer_length, sizeof(float) * nb_input_channels);
1118         s->ringbuffer[1] = av_calloc(s->buffer_length, sizeof(float) * nb_input_channels);
1119     } else {
1120         s->ringbuffer[0] = av_calloc(s->buffer_length, sizeof(float));
1121         s->ringbuffer[1] = av_calloc(s->buffer_length, sizeof(float));
1122         s->temp_fft[0] = av_malloc_array(s->n_fft, sizeof(FFTComplex));
1123         s->temp_fft[1] = av_malloc_array(s->n_fft, sizeof(FFTComplex));
1124         if (!s->temp_fft[0] || !s->temp_fft[1])
1125             return AVERROR(ENOMEM);
1126     }
1127
1128     /* length: number of channels to convolute */
1129     s->speaker_azim = av_calloc(s->n_conv, sizeof(*s->speaker_azim));
1130     s->speaker_elev = av_calloc(s->n_conv, sizeof(*s->speaker_elev));
1131
1132     /* memory allocation failed: */
1133     if (!s->data_ir[0] || !s->data_ir[1] || !s->delay[1] ||
1134         !s->delay[0] || !s->ringbuffer[0] || !s->ringbuffer[1] ||
1135         !s->speaker_azim || !s->speaker_elev)
1136         return AVERROR(ENOMEM);
1137
1138     compensate_volume(ctx);
1139
1140     /* get speaker positions */
1141     if ((ret = get_speaker_pos(ctx, s->speaker_azim, s->speaker_elev)) < 0) {
1142         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Couldn't get speaker positions. Input channel configuration not supported.\n");
1143         return ret;
1144     }
1145
1146     /* load IRs to data_ir[0] and data_ir[1] for required directions */
1147     if ((ret = load_data(ctx, s->rotation, s->elevation, s->radius)) < 0)
1148         return ret;
1149
1150     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "Samplerate: %d Channels to convolute: %d, Length of ringbuffer: %d x %d\n",
1151         inlink->sample_rate, s->n_conv, nb_input_channels, s->buffer_length);
1152
1153     return 0;
1154 }
1155
1156 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
1157 {
1158     SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
1159
1160     if (s->sofa.ncid) {
1161         av_freep(&s->sofa.sp_a);
1162         av_freep(&s->sofa.sp_e);
1163         av_freep(&s->sofa.sp_r);
1164         av_freep(&s->sofa.data_delay);
1165         av_freep(&s->sofa.data_ir);
1166     }
1167     av_fft_end(s->ifft[0]);
1168     av_fft_end(s->ifft[1]);
1169     av_fft_end(s->fft[0]);
1170     av_fft_end(s->fft[1]);
1171     av_freep(&s->delay[0]);
1172     av_freep(&s->delay[1]);
1173     av_freep(&s->data_ir[0]);
1174     av_freep(&s->data_ir[1]);
1175     av_freep(&s->ringbuffer[0]);
1176     av_freep(&s->ringbuffer[1]);
1177     av_freep(&s->speaker_azim);
1178     av_freep(&s->speaker_elev);
1179     av_freep(&s->temp_src[0]);
1180     av_freep(&s->temp_src[1]);
1181     av_freep(&s->temp_fft[0]);
1182     av_freep(&s->temp_fft[1]);
1183     av_freep(&s->data_hrtf[0]);
1184     av_freep(&s->data_hrtf[1]);
1185     av_freep(&s->fdsp);
1186 }
1187
1188 #define OFFSET(x) offsetof(SOFAlizerContext, x)
1189 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
1190
1191 static const AVOption sofalizer_options[] = {
1192     { "sofa",      "sofa filename",  OFFSET(filename),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str=NULL},            .flags = FLAGS },
1193     { "gain",      "set gain in dB", OFFSET(gain),      AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0},     -20,  40, .flags = FLAGS },
1194     { "rotation",  "set rotation"  , OFFSET(rotation),  AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0},    -360, 360, .flags = FLAGS },
1195     { "elevation", "set elevation",  OFFSET(elevation), AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0},     -90,  90, .flags = FLAGS },
1196     { "radius",    "set radius",     OFFSET(radius),    AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=1},       0,   3, .flags = FLAGS },
1197     { "type",      "set processing", OFFSET(type),      AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=1},       0,   1, .flags = FLAGS, "type" },
1198     { "time",      "time domain",      0,               AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=0},       0,   0, .flags = FLAGS, "type" },
1199     { "freq",      "frequency domain", 0,               AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=1},       0,   0, .flags = FLAGS, "type" },
1200     { "speakers",  "set speaker custom positions", OFFSET(speakers_pos), AV_OPT_TYPE_STRING,  {.str=0},    0, 0, .flags = FLAGS },
1201     { "lfegain",   "set lfe gain",                 OFFSET(lfe_gain),     AV_OPT_TYPE_FLOAT,   {.dbl=0},   -9, 9, .flags = FLAGS },
1202     { NULL }
1203 };
1204
1205 AVFILTER_DEFINE_CLASS(sofalizer);
1206
1207 static const AVFilterPad inputs[] = {
1208     {
1209         .name         = "default",
1210         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1211         .config_props = config_input,
1212         .filter_frame = filter_frame,
1213     },
1214     { NULL }
1215 };
1216
1217 static const AVFilterPad outputs[] = {
1218     {
1219         .name = "default",
1220         .type = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1221     },
1222     { NULL }
1223 };
1224
1225 AVFilter ff_af_sofalizer = {
1226     .name          = "sofalizer",
1227     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("SOFAlizer (Spatially Oriented Format for Acoustics)."),
1228     .priv_size     = sizeof(SOFAlizerContext),
1229     .priv_class    = &sofalizer_class,
1230     .init          = init,
1231     .uninit        = uninit,
1232     .query_formats = query_formats,
1233     .inputs        = inputs,
1234     .outputs       = outputs,
1235     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
1236 };