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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2011 Stefano Sabatini
   3  * Copyright (c) 2012 Justin Ruggles <justin.ruggles@gmail.com>
   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 /**
  23  * @file
  24  * audio volume filter
  25  */
  26
  27 #include "libavutil/channel_layout.h"
  28 #include "libavutil/common.h"
  29 #include "libavutil/eval.h"
  30 #include "libavutil/float_dsp.h"
  31 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  32 #include "libavutil/opt.h"
  33 #include "libavutil/replaygain.h"
  34
  35 #include "audio.h"
  36 #include "avfilter.h"
  37 #include "formats.h"
  38 #include "internal.h"
  39 #include "af_volume.h"
  40
  41 static const char * const precision_str[] = {
  42     "fixed", "float", "double"
  43 };
  44
  45 static const char *const var_names[] = {
  46     "n",                   ///< frame number (starting at zero)
  47     "nb_channels",         ///< number of channels
  48     "nb_consumed_samples", ///< number of samples consumed by the filter
  49     "nb_samples",          ///< number of samples in the current frame
  50     "pos",                 ///< position in the file of the frame
  51     "pts",                 ///< frame presentation timestamp
  52     "sample_rate",         ///< sample rate
  53     "startpts",            ///< PTS at start of stream
  54     "startt",              ///< time at start of stream
  55     "t",                   ///< time in the file of the frame
  56     "tb",                  ///< timebase
  57     "volume",              ///< last set value
  58     NULL
  59 };
  60
  61 #define OFFSET(x) offsetof(VolumeContext, x)
  62 #define A AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM
  63 #define F AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
  64
  65 static const AVOption volume_options[] = {
  66     { "volume", "set volume adjustment expression",
  67             OFFSET(volume_expr), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = "1.0" }, .flags = A|F },
  68     { "precision", "select mathematical precision",
  69             OFFSET(precision), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = PRECISION_FLOAT }, PRECISION_FIXED, PRECISION_DOUBLE, A|F, "precision" },
  70         { "fixed",  "select 8-bit fixed-point",     0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = PRECISION_FIXED  }, INT_MIN, INT_MAX, A|F, "precision" },
  71         { "float",  "select 32-bit floating-point", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = PRECISION_FLOAT  }, INT_MIN, INT_MAX, A|F, "precision" },
  72         { "double", "select 64-bit floating-point", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = PRECISION_DOUBLE }, INT_MIN, INT_MAX, A|F, "precision" },
  73     { "eval", "specify when to evaluate expressions", OFFSET(eval_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = EVAL_MODE_ONCE}, 0, EVAL_MODE_NB-1, .flags = A|F, "eval" },
  74          { "once",  "eval volume expression once", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=EVAL_MODE_ONCE},  .flags = A|F, .unit = "eval" },
  75          { "frame", "eval volume expression per-frame",                  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=EVAL_MODE_FRAME}, .flags = A|F, .unit = "eval" },
  76     { "replaygain", "Apply replaygain side data when present",
  77             OFFSET(replaygain), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = REPLAYGAIN_DROP }, REPLAYGAIN_DROP, REPLAYGAIN_ALBUM, A|F, "replaygain" },
  78         { "drop",   "replaygain side data is dropped", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = REPLAYGAIN_DROP   }, 0, 0, A|F, "replaygain" },
  79         { "ignore", "replaygain side data is ignored", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = REPLAYGAIN_IGNORE }, 0, 0, A|F, "replaygain" },
  80         { "track",  "track gain is preferred",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = REPLAYGAIN_TRACK  }, 0, 0, A|F, "replaygain" },
  81         { "album",  "album gain is preferred",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = REPLAYGAIN_ALBUM  }, 0, 0, A|F, "replaygain" },
  82     { "replaygain_preamp", "Apply replaygain pre-amplification",
  83             OFFSET(replaygain_preamp), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, { .dbl = 0.0 }, -15.0, 15.0, A|F },
  84     { "replaygain_noclip", "Apply replaygain clipping prevention",
  85             OFFSET(replaygain_noclip), AV_OPT_TYPE_BOOL, { .i64 = 1 }, 0, 1, A|F },
  86     { NULL }
  87 };
  88
  89 AVFILTER_DEFINE_CLASS(volume);
  90
  91 static int set_expr(AVExpr **pexpr, const char *expr, void *log_ctx)
  92 {
  93     int ret;
  94     AVExpr *old = NULL;
  95
  96     if (*pexpr)
  97         old = *pexpr;
  98     ret = av_expr_parse(pexpr, expr, var_names,
  99                         NULL, NULL, NULL, NULL, 0, log_ctx);
 100     if (ret < 0) {
 101         av_log(log_ctx, AV_LOG_ERROR,
 102                "Error when evaluating the volume expression '%s'\n", expr);
 103         *pexpr = old;
 104         return ret;
 105     }
 106
 107     av_expr_free(old);
 108     return 0;
 109 }
 110
 111 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
 112 {
 113     VolumeContext *vol = ctx->priv;
 114
 115     vol->fdsp = avpriv_float_dsp_alloc(0);
 116     if (!vol->fdsp)
 117         return AVERROR(ENOMEM);
 118
 119     return set_expr(&vol->volume_pexpr, vol->volume_expr, ctx);
 120 }
 121
 122 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 123 {
 124     VolumeContext *vol = ctx->priv;
 125     av_expr_free(vol->volume_pexpr);
 126     av_opt_free(vol);
 127     av_freep(&vol->fdsp);
 128 }
 129
 130 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 131 {
 132     VolumeContext *vol = ctx->priv;
 133     AVFilterFormats *formats = NULL;
 134     AVFilterChannelLayouts *layouts;
 135     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[][7] = {
 136         [PRECISION_FIXED] = {
 137             AV_SAMPLE_FMT_U8,
 138             AV_SAMPLE_FMT_U8P,
 139             AV_SAMPLE_FMT_S16,
 140             AV_SAMPLE_FMT_S16P,
 141             AV_SAMPLE_FMT_S32,
 142             AV_SAMPLE_FMT_S32P,
 143             AV_SAMPLE_FMT_NONE
 144         },
 145         [PRECISION_FLOAT] = {
 146             AV_SAMPLE_FMT_FLT,
 147             AV_SAMPLE_FMT_FLTP,
 148             AV_SAMPLE_FMT_NONE
 149         },
 150         [PRECISION_DOUBLE] = {
 151             AV_SAMPLE_FMT_DBL,
 152             AV_SAMPLE_FMT_DBLP,
 153             AV_SAMPLE_FMT_NONE
 154         }
 155     };
 156     int ret;
 157
 158     layouts = ff_all_channel_counts();
 159     if (!layouts)
 160         return AVERROR(ENOMEM);
 161     ret = ff_set_common_channel_layouts(ctx, layouts);
 162     if (ret < 0)
 163         return ret;
 164
 165     formats = ff_make_format_list(sample_fmts[vol->precision]);
 166     if (!formats)
 167         return AVERROR(ENOMEM);
 168     ret = ff_set_common_formats(ctx, formats);
 169     if (ret < 0)
 170         return ret;
 171
 172     formats = ff_all_samplerates();
 173     if (!formats)
 174         return AVERROR(ENOMEM);
 175     return ff_set_common_samplerates(ctx, formats);
 176 }
 177
 178 static inline void scale_samples_u8(uint8_t *dst, const uint8_t *src,
 179                                     int nb_samples, int volume)
 180 {
 181     int i;
 182     for (i = 0; i < nb_samples; i++)
 183         dst[i] = av_clip_uint8(((((int64_t)src[i] - 128) * volume + 128) >> 8) + 128);
 184 }
 185
 186 static inline void scale_samples_u8_small(uint8_t *dst, const uint8_t *src,
 187                                           int nb_samples, int volume)
 188 {
 189     int i;
 190     for (i = 0; i < nb_samples; i++)
 191         dst[i] = av_clip_uint8((((src[i] - 128) * volume + 128) >> 8) + 128);
 192 }
 193
 194 static inline void scale_samples_s16(uint8_t *dst, const uint8_t *src,
 195                                      int nb_samples, int volume)
 196 {
 197     int i;
 198     int16_t *smp_dst       = (int16_t *)dst;
 199     const int16_t *smp_src = (const int16_t *)src;
 200     for (i = 0; i < nb_samples; i++)
 201         smp_dst[i] = av_clip_int16(((int64_t)smp_src[i] * volume + 128) >> 8);
 202 }
 203
 204 static inline void scale_samples_s16_small(uint8_t *dst, const uint8_t *src,
 205                                            int nb_samples, int volume)
 206 {
 207     int i;
 208     int16_t *smp_dst       = (int16_t *)dst;
 209     const int16_t *smp_src = (const int16_t *)src;
 210     for (i = 0; i < nb_samples; i++)
 211         smp_dst[i] = av_clip_int16((smp_src[i] * volume + 128) >> 8);
 212 }
 213
 214 static inline void scale_samples_s32(uint8_t *dst, const uint8_t *src,
 215                                      int nb_samples, int volume)
 216 {
 217     int i;
 218     int32_t *smp_dst       = (int32_t *)dst;
 219     const int32_t *smp_src = (const int32_t *)src;
 220     for (i = 0; i < nb_samples; i++)
 221         smp_dst[i] = av_clipl_int32((((int64_t)smp_src[i] * volume + 128) >> 8));
 222 }
 223
 224 static av_cold void volume_init(VolumeContext *vol)
 225 {
 226     vol->samples_align = 1;
 227
 228     switch (av_get_packed_sample_fmt(vol->sample_fmt)) {
 229     case AV_SAMPLE_FMT_U8:
 230         if (vol->volume_i < 0x1000000)
 231             vol->scale_samples = scale_samples_u8_small;
 232         else
 233             vol->scale_samples = scale_samples_u8;
 234         break;
 235     case AV_SAMPLE_FMT_S16:
 236         if (vol->volume_i < 0x10000)
 237             vol->scale_samples = scale_samples_s16_small;
 238         else
 239             vol->scale_samples = scale_samples_s16;
 240         break;
 241     case AV_SAMPLE_FMT_S32:
 242         vol->scale_samples = scale_samples_s32;
 243         break;
 244     case AV_SAMPLE_FMT_FLT:
 245         vol->samples_align = 4;
 246         break;
 247     case AV_SAMPLE_FMT_DBL:
 248         vol->samples_align = 8;
 249         break;
 250     }
 251
 252     if (ARCH_X86)
 253         ff_volume_init_x86(vol);
 254 }
 255
 256 static int set_volume(AVFilterContext *ctx)
 257 {
 258     VolumeContext *vol = ctx->priv;
 259
 260     vol->volume = av_expr_eval(vol->volume_pexpr, vol->var_values, NULL);
 261     if (isnan(vol->volume)) {
 262         if (vol->eval_mode == EVAL_MODE_ONCE) {
 263             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid value NaN for volume\n");
 264             return AVERROR(EINVAL);
 265         } else {
 266             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Invalid value NaN for volume, setting to 0\n");
 267             vol->volume = 0;
 268         }
 269     }
 270     vol->var_values[VAR_VOLUME] = vol->volume;
 271
 272     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "n:%f t:%f pts:%f precision:%s ",
 273            vol->var_values[VAR_N], vol->var_values[VAR_T], vol->var_values[VAR_PTS],
 274            precision_str[vol->precision]);
 275
 276     if (vol->precision == PRECISION_FIXED) {
 277         vol->volume_i = (int)(vol->volume * 256 + 0.5);
 278         vol->volume   = vol->volume_i / 256.0;
 279         av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "volume_i:%d/255 ", vol->volume_i);
 280     }
 281     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "volume:%f volume_dB:%f\n",
 282            vol->volume, 20.0*log10(vol->volume));
 283
 284     volume_init(vol);
 285     return 0;
 286 }
 287
 288 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 289 {
 290     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 291     VolumeContext *vol   = ctx->priv;
 292     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 293
 294     vol->sample_fmt = inlink->format;
 295     vol->channels   = inlink->channels;
 296     vol->planes     = av_sample_fmt_is_planar(inlink->format) ? vol->channels : 1;
 297
 298     vol->var_values[VAR_N] =
 299     vol->var_values[VAR_NB_CONSUMED_SAMPLES] =
 300     vol->var_values[VAR_NB_SAMPLES] =
 301     vol->var_values[VAR_POS] =
 302     vol->var_values[VAR_PTS] =
 303     vol->var_values[VAR_STARTPTS] =
 304     vol->var_values[VAR_STARTT] =
 305     vol->var_values[VAR_T] =
 306     vol->var_values[VAR_VOLUME] = NAN;
 307
 308     vol->var_values[VAR_NB_CHANNELS] = inlink->channels;
 309     vol->var_values[VAR_TB]          = av_q2d(inlink->time_base);
 310     vol->var_values[VAR_SAMPLE_RATE] = inlink->sample_rate;
 311
 312     av_log(inlink->src, AV_LOG_VERBOSE, "tb:%f sample_rate:%f nb_channels:%f\n",
 313            vol->var_values[VAR_TB],
 314            vol->var_values[VAR_SAMPLE_RATE],
 315            vol->var_values[VAR_NB_CHANNELS]);
 316
 317     return set_volume(ctx);
 318 }
 319
 320 static int process_command(AVFilterContext *ctx, const char *cmd, const char *args,
 321                            char *res, int res_len, int flags)
 322 {
 323     VolumeContext *vol = ctx->priv;
 324     int ret = AVERROR(ENOSYS);
 325
 326     if (!strcmp(cmd, "volume")) {
 327         if ((ret = set_expr(&vol->volume_pexpr, args, ctx)) < 0)
 328             return ret;
 329         if (vol->eval_mode == EVAL_MODE_ONCE)
 330             set_volume(ctx);
 331     }
 332
 333     return ret;
 334 }
 335
 336 #define D2TS(d)  (isnan(d) ? AV_NOPTS_VALUE : (int64_t)(d))
 337 #define TS2D(ts) ((ts) == AV_NOPTS_VALUE ? NAN : (double)(ts))
 338 #define TS2T(ts, tb) ((ts) == AV_NOPTS_VALUE ? NAN : (double)(ts)*av_q2d(tb))
 339
 340 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *buf)
 341 {
 342     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 343     VolumeContext *vol    = inlink->dst->priv;
 344     AVFilterLink *outlink = inlink->dst->outputs[0];
 345     int nb_samples        = buf->nb_samples;
 346     AVFrame *out_buf;
 347     int64_t pos;
 348     AVFrameSideData *sd = av_frame_get_side_data(buf, AV_FRAME_DATA_REPLAYGAIN);
 349     int ret;
 350
 351     if (sd && vol->replaygain != REPLAYGAIN_IGNORE) {
 352         if (vol->replaygain != REPLAYGAIN_DROP) {
 353             AVReplayGain *replaygain = (AVReplayGain*)sd->data;
 354             int32_t gain  = 100000;
 355             uint32_t peak = 100000;
 356             float g, p;
 357
 358             if (vol->replaygain == REPLAYGAIN_TRACK &&
 359                 replaygain->track_gain != INT32_MIN) {
 360                 gain = replaygain->track_gain;
 361
 362                 if (replaygain->track_peak != 0)
 363                     peak = replaygain->track_peak;
 364             } else if (replaygain->album_gain != INT32_MIN) {
 365                 gain = replaygain->album_gain;
 366
 367                 if (replaygain->album_peak != 0)
 368                     peak = replaygain->album_peak;
 369             } else {
 370                 av_log(inlink->dst, AV_LOG_WARNING, "Both ReplayGain gain "
 371                        "values are unknown.\n");
 372             }
 373             g = gain / 100000.0f;
 374             p = peak / 100000.0f;
 375
 376             av_log(inlink->dst, AV_LOG_VERBOSE,
 377                    "Using gain %f dB from replaygain side data.\n", g);
 378
 379             vol->volume   = ff_exp10((g + vol->replaygain_preamp) / 20);
 380             if (vol->replaygain_noclip)
 381                 vol->volume = FFMIN(vol->volume, 1.0 / p);
 382             vol->volume_i = (int)(vol->volume * 256 + 0.5);
 383
 384             volume_init(vol);
 385         }
 386         av_frame_remove_side_data(buf, AV_FRAME_DATA_REPLAYGAIN);
 387     }
 388
 389     if (isnan(vol->var_values[VAR_STARTPTS])) {
 390         vol->var_values[VAR_STARTPTS] = TS2D(buf->pts);
 391         vol->var_values[VAR_STARTT  ] = TS2T(buf->pts, inlink->time_base);
 392     }
 393     vol->var_values[VAR_PTS] = TS2D(buf->pts);
 394     vol->var_values[VAR_T  ] = TS2T(buf->pts, inlink->time_base);
 395     vol->var_values[VAR_N  ] = inlink->frame_count;
 396
 397     pos = av_frame_get_pkt_pos(buf);
 398     vol->var_values[VAR_POS] = pos == -1 ? NAN : pos;
 399     if (vol->eval_mode == EVAL_MODE_FRAME)
 400         set_volume(ctx);
 401
 402     if (vol->volume == 1.0 || vol->volume_i == 256) {
 403         out_buf = buf;
 404         goto end;
 405     }
 406
 407     /* do volume scaling in-place if input buffer is writable */
 408     if (av_frame_is_writable(buf)
 409             && (vol->precision != PRECISION_FIXED || vol->volume_i > 0)) {
 410         out_buf = buf;
 411     } else {
 412         out_buf = ff_get_audio_buffer(inlink, nb_samples);
 413         if (!out_buf)
 414             return AVERROR(ENOMEM);
 415         ret = av_frame_copy_props(out_buf, buf);
 416         if (ret < 0) {
 417             av_frame_free(&out_buf);
 418             av_frame_free(&buf);
 419             return ret;
 420         }
 421     }
 422
 423     if (vol->precision != PRECISION_FIXED || vol->volume_i > 0) {
 424         int p, plane_samples;
 425
 426         if (av_sample_fmt_is_planar(buf->format))
 427             plane_samples = FFALIGN(nb_samples, vol->samples_align);
 428         else
 429             plane_samples = FFALIGN(nb_samples * vol->channels, vol->samples_align);
 430
 431         if (vol->precision == PRECISION_FIXED) {
 432             for (p = 0; p < vol->planes; p++) {
 433                 vol->scale_samples(out_buf->extended_data[p],
 434                                    buf->extended_data[p], plane_samples,
 435                                    vol->volume_i);
 436             }
 437         } else if (av_get_packed_sample_fmt(vol->sample_fmt) == AV_SAMPLE_FMT_FLT) {
 438             for (p = 0; p < vol->planes; p++) {
 439                 vol->fdsp->vector_fmul_scalar((float *)out_buf->extended_data[p],
 440                                              (const float *)buf->extended_data[p],
 441                                              vol->volume, plane_samples);
 442             }
 443         } else {
 444             for (p = 0; p < vol->planes; p++) {
 445                 vol->fdsp->vector_dmul_scalar((double *)out_buf->extended_data[p],
 446                                              (const double *)buf->extended_data[p],
 447                                              vol->volume, plane_samples);
 448             }
 449         }
 450     }
 451
 452     emms_c();
 453
 454     if (buf != out_buf)
 455         av_frame_free(&buf);
 456
 457 end:
 458     vol->var_values[VAR_NB_CONSUMED_SAMPLES] += out_buf->nb_samples;
 459     return ff_filter_frame(outlink, out_buf);
 460 }
 461
 462 static const AVFilterPad avfilter_af_volume_inputs[] = {
 463     {
 464         .name           = "default",
 465         .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 466         .filter_frame   = filter_frame,
 467     },
 468     { NULL }
 469 };
 470
 471 static const AVFilterPad avfilter_af_volume_outputs[] = {
 472     {
 473         .name         = "default",
 474         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 475         .config_props = config_output,
 476     },
 477     { NULL }
 478 };
 479
 480 AVFilter ff_af_volume = {
 481     .name           = "volume",
 482     .description    = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Change input volume."),
 483     .query_formats  = query_formats,
 484     .priv_size      = sizeof(VolumeContext),
 485     .priv_class     = &volume_class,
 486     .init           = init,
 487     .uninit         = uninit,
 488     .inputs         = avfilter_af_volume_inputs,
 489     .outputs        = avfilter_af_volume_outputs,
 490     .flags          = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC,
 491     .process_command = process_command,
 492 };