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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2002 Naoki Shibata
   3  * Copyright (c) 2017 Paul B Mahol
   4  *
   5  * This file is part of FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 #include "libavutil/opt.h"
  23
  24 #include "libavcodec/avfft.h"
  25
  26 #include "audio.h"
  27 #include "avfilter.h"
  28 #include "internal.h"
  29
  30 #define NBANDS 17
  31 #define M 15
  32
  33 typedef struct EqParameter {
  34     float lower, upper, gain;
  35 } EqParameter;
  36
  37 typedef struct SuperEqualizerContext {
  38     const AVClass *class;
  39
  40     EqParameter params[NBANDS + 1];
  41
  42     float gains[NBANDS + 1];
  43
  44     float fact[M + 1];
  45     float aa;
  46     float iza;
  47     float *ires, *irest;
  48     float *fsamples;
  49     int winlen, tabsize;
  50
  51     AVFrame *in, *out;
  52     RDFTContext *rdft, *irdft;
  53 } SuperEqualizerContext;
  54
  55 static const float bands[] = {
  56     65.406392, 92.498606, 130.81278, 184.99721, 261.62557, 369.99442, 523.25113, 739.9884, 1046.5023,
  57     1479.9768, 2093.0045, 2959.9536, 4186.0091, 5919.9072, 8372.0181, 11839.814, 16744.036
  58 };
  59
  60 static float izero(SuperEqualizerContext *s, float x)
  61 {
  62     float ret = 1;
  63     int m;
  64
  65     for (m = 1; m <= M; m++) {
  66         float t;
  67
  68         t = pow(x / 2, m) / s->fact[m];
  69         ret += t*t;
  70     }
  71
  72     return ret;
  73 }
  74
  75 static float hn_lpf(int n, float f, float fs)
  76 {
  77     float t = 1 / fs;
  78     float omega = 2 * M_PI * f;
  79
  80     if (n * omega * t == 0)
  81         return 2 * f * t;
  82     return 2 * f * t * sinf(n * omega * t) / (n * omega * t);
  83 }
  84
  85 static float hn_imp(int n)
  86 {
  87     return n == 0 ? 1.f : 0.f;
  88 }
  89
  90 static float hn(int n, EqParameter *param, float fs)
  91 {
  92     float ret, lhn;
  93     int i;
  94
  95     lhn = hn_lpf(n, param[0].upper, fs);
  96     ret = param[0].gain*lhn;
  97
  98     for (i = 1; i < NBANDS + 1 && param[i].upper < fs / 2; i++) {
  99         float lhn2 = hn_lpf(n, param[i].upper, fs);
 100         ret += param[i].gain * (lhn2 - lhn);
 101         lhn = lhn2;
 102     }
 103
 104     ret += param[i].gain * (hn_imp(n) - lhn);
 105
 106     return ret;
 107 }
 108
 109 static float alpha(float a)
 110 {
 111     if (a <= 21)
 112         return 0;
 113     if (a <= 50)
 114         return .5842f * pow(a - 21, 0.4f) + 0.07886f * (a - 21);
 115     return .1102f * (a - 8.7f);
 116 }
 117
 118 static float win(SuperEqualizerContext *s, float n, int N)
 119 {
 120     return izero(s, alpha(s->aa) * sqrtf(1 - 4 * n * n / ((N - 1) * (N - 1)))) / s->iza;
 121 }
 122
 123 static void process_param(float *bc, EqParameter *param, float fs)
 124 {
 125     int i;
 126
 127     for (i = 0; i <= NBANDS; i++) {
 128         param[i].lower = i == 0 ? 0 : bands[i - 1];
 129         param[i].upper = i == NBANDS ? fs : bands[i];
 130         param[i].gain  = bc[i];
 131     }
 132 }
 133
 134 static int equ_init(SuperEqualizerContext *s, int wb)
 135 {
 136     int i,j;
 137
 138     s->rdft  = av_rdft_init(wb, DFT_R2C);
 139     s->irdft = av_rdft_init(wb, IDFT_C2R);
 140     if (!s->rdft || !s->irdft)
 141         return AVERROR(ENOMEM);
 142
 143     s->aa = 96;
 144     s->winlen = (1 << (wb-1))-1;
 145     s->tabsize  = 1 << wb;
 146
 147     s->ires     = av_calloc(s->tabsize, sizeof(float));
 148     s->irest    = av_calloc(s->tabsize, sizeof(float));
 149     s->fsamples = av_calloc(s->tabsize, sizeof(float));
 150
 151     for (i = 0; i <= M; i++) {
 152         s->fact[i] = 1;
 153         for (j = 1; j <= i; j++)
 154             s->fact[i] *= j;
 155     }
 156
 157     s->iza = izero(s, alpha(s->aa));
 158
 159     return 0;
 160 }
 161
 162 static void make_fir(SuperEqualizerContext *s, float *lbc, float *rbc, EqParameter *param, float fs)
 163 {
 164     const int winlen = s->winlen;
 165     const int tabsize = s->tabsize;
 166     float *nires;
 167     int i;
 168
 169     if (fs <= 0)
 170         return;
 171
 172     process_param(lbc, param, fs);
 173     for (i = 0; i < winlen; i++)
 174         s->irest[i] = hn(i - winlen / 2, param, fs) * win(s, i - winlen / 2, winlen);
 175     for (; i < tabsize; i++)
 176         s->irest[i] = 0;
 177
 178     av_rdft_calc(s->rdft, s->irest);
 179     nires = s->ires;
 180     for (i = 0; i < tabsize; i++)
 181         nires[i] = s->irest[i];
 182 }
 183
 184 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 185 {
 186     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 187     SuperEqualizerContext *s = ctx->priv;
 188     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 189     const float *ires = s->ires;
 190     float *fsamples = s->fsamples;
 191     int ch, i;
 192
 193     AVFrame *out = ff_get_audio_buffer(outlink, s->winlen);
 194     float *src, *dst, *ptr;
 195
 196     if (!out) {
 197         av_frame_free(&in);
 198         return AVERROR(ENOMEM);
 199     }
 200
 201     for (ch = 0; ch < in->channels; ch++) {
 202         ptr = (float *)out->extended_data[ch];
 203         dst = (float *)s->out->extended_data[ch];
 204         src = (float *)in->extended_data[ch];
 205
 206         for (i = 0; i < s->winlen; i++)
 207             fsamples[i] = src[i];
 208         for (; i < s->tabsize; i++)
 209             fsamples[i] = 0;
 210
 211         av_rdft_calc(s->rdft, fsamples);
 212
 213         fsamples[0] = ires[0] * fsamples[0];
 214         fsamples[1] = ires[1] * fsamples[1];
 215         for (i = 1; i < s->tabsize / 2; i++) {
 216             float re, im;
 217
 218             re = ires[i*2  ] * fsamples[i*2] - ires[i*2+1] * fsamples[i*2+1];
 219             im = ires[i*2+1] * fsamples[i*2] + ires[i*2  ] * fsamples[i*2+1];
 220
 221             fsamples[i*2  ] = re;
 222             fsamples[i*2+1] = im;
 223         }
 224
 225         av_rdft_calc(s->irdft, fsamples);
 226
 227         for (i = 0; i < s->winlen; i++)
 228             dst[i] += fsamples[i] / s->tabsize * 2;
 229         for (i = s->winlen; i < s->tabsize; i++)
 230             dst[i]  = fsamples[i] / s->tabsize * 2;
 231         for (i = 0; i < s->winlen; i++)
 232             ptr[i] = dst[i];
 233         for (i = 0; i < s->winlen; i++)
 234             dst[i] = dst[i+s->winlen];
 235     }
 236
 237     out->pts = in->pts;
 238     av_frame_free(&in);
 239
 240     return ff_filter_frame(outlink, out);
 241 }
 242
 243 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
 244 {
 245     SuperEqualizerContext *s = ctx->priv;
 246
 247     return equ_init(s, 14);
 248 }
 249
 250 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 251 {
 252     AVFilterFormats *formats;
 253     AVFilterChannelLayouts *layouts;
 254     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = {
 255         AV_SAMPLE_FMT_FLTP,
 256         AV_SAMPLE_FMT_NONE
 257     };
 258     int ret;
 259
 260     layouts = ff_all_channel_counts();
 261     if (!layouts)
 262         return AVERROR(ENOMEM);
 263     ret = ff_set_common_channel_layouts(ctx, layouts);
 264     if (ret < 0)
 265         return ret;
 266
 267     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
 268     if ((ret = ff_set_common_formats(ctx, formats)) < 0)
 269         return ret;
 270
 271     formats = ff_all_samplerates();
 272     return ff_set_common_samplerates(ctx, formats);
 273 }
 274
 275 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 276 {
 277     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 278     SuperEqualizerContext *s = ctx->priv;
 279
 280     inlink->partial_buf_size =
 281     inlink->min_samples =
 282     inlink->max_samples = s->winlen;
 283
 284     s->out = ff_get_audio_buffer(inlink, s->tabsize);
 285     if (!s->out)
 286         return AVERROR(ENOMEM);
 287
 288     return 0;
 289 }
 290
 291 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 292 {
 293     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 294     SuperEqualizerContext *s = ctx->priv;
 295
 296     make_fir(s, s->gains, s->gains, s->params, outlink->sample_rate);
 297
 298     return 0;
 299 }
 300
 301 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 302 {
 303     SuperEqualizerContext *s = ctx->priv;
 304
 305     av_frame_free(&s->out);
 306     av_freep(&s->irest);
 307     av_freep(&s->ires);
 308     av_freep(&s->fsamples);
 309     av_rdft_end(s->rdft);
 310     av_rdft_end(s->irdft);
 311 }
 312
 313 static const AVFilterPad superequalizer_inputs[] = {
 314     {
 315         .name         = "default",
 316         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 317         .filter_frame = filter_frame,
 318         .config_props = config_input,
 319     },
 320     { NULL }
 321 };
 322
 323 static const AVFilterPad superequalizer_outputs[] = {
 324     {
 325         .name         = "default",
 326         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 327         .config_props = config_output,
 328     },
 329     { NULL }
 330 };
 331
 332 #define AF AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
 333 #define OFFSET(x) offsetof(SuperEqualizerContext, x)
 334
 335 static const AVOption superequalizer_options[] = {
 336     {  "1b", "set 65Hz band gain",    OFFSET(gains [0]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 20, AF },
 337     {  "2b", "set 92Hz band gain",    OFFSET(gains [1]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 20, AF },
 338     {  "3b", "set 131Hz band gain",   OFFSET(gains [2]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 20, AF },
 339     {  "4b", "set 185Hz band gain",   OFFSET(gains [3]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 20, AF },
 340     {  "5b", "set 262Hz band gain",   OFFSET(gains [4]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 20, AF },
 341     {  "6b", "set 370Hz band gain",   OFFSET(gains [5]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 20, AF },
 342     {  "7b", "set 523Hz band gain",   OFFSET(gains [6]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 20, AF },
 343     {  "8b", "set 740Hz band gain",   OFFSET(gains [7]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 20, AF },
 344     {  "9b", "set 1047Hz band gain",  OFFSET(gains [8]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 20, AF },
 345     { "10b", "set 1480Hz band gain",  OFFSET(gains [9]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 20, AF },
 346     { "11b", "set 2093Hz band gain",  OFFSET(gains[10]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 20, AF },
 347     { "12b", "set 2960Hz band gain",  OFFSET(gains[11]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 20, AF },
 348     { "13b", "set 4186Hz band gain",  OFFSET(gains[12]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 20, AF },
 349     { "14b", "set 5920Hz band gain",  OFFSET(gains[13]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 20, AF },
 350     { "15b", "set 8372Hz band gain",  OFFSET(gains[14]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 20, AF },
 351     { "16b", "set 11840Hz band gain", OFFSET(gains[15]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 20, AF },
 352     { "17b", "set 16744Hz band gain", OFFSET(gains[16]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 20, AF },
 353     { "18b", "set 20000Hz band gain", OFFSET(gains[17]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1}, 0, 20, AF },
 354     { NULL }
 355 };
 356
 357 AVFILTER_DEFINE_CLASS(superequalizer);
 358
 359 AVFilter ff_af_superequalizer = {
 360     .name          = "superequalizer",
 361     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply 18 band equalization filter."),
 362     .priv_size     = sizeof(SuperEqualizerContext),
 363     .priv_class    = &superequalizer_class,
 364     .query_formats = query_formats,
 365     .init          = init,
 366     .uninit        = uninit,
 367     .inputs        = superequalizer_inputs,
 368     .outputs       = superequalizer_outputs,
 369 };