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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2014 Muhammad Faiz <mfcc64@gmail.com>
   3  *
   4  * This file is part of FFmpeg.
   5  *
   6  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   8  * License as published by the Free Software Foundation; either
   9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  10  *
  11  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  14  * Lesser General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  17  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  19  */
  20
  21 #include "config.h"
  22 #include "libavcodec/avfft.h"
  23 #include "libavutil/avassert.h"
  24 #include "libavutil/channel_layout.h"
  25 #include "libavutil/opt.h"
  26 #include "libavutil/xga_font_data.h"
  27 #include "libavutil/qsort.h"
  28 #include "libavutil/time.h"
  29 #include "libavutil/eval.h"
  30 #include "avfilter.h"
  31 #include "internal.h"
  32
  33 #include <math.h>
  34 #include <stdlib.h>
  35
  36 #if CONFIG_LIBFREETYPE
  37 #include <ft2build.h>
  38 #include FT_FREETYPE_H
  39 #endif
  40
  41 /* this filter is designed to do 16 bins/semitones constant Q transform with Brown-Puckette algorithm
  42  * start from E0 to D#10 (10 octaves)
  43  * so there are 16 bins/semitones * 12 semitones/octaves * 10 octaves = 1920 bins
  44  * match with full HD resolution */
  45
  46 #define VIDEO_WIDTH 1920
  47 #define VIDEO_HEIGHT 1080
  48 #define FONT_HEIGHT 32
  49 #define SPECTOGRAM_HEIGHT ((VIDEO_HEIGHT-FONT_HEIGHT)/2)
  50 #define SPECTOGRAM_START (VIDEO_HEIGHT-SPECTOGRAM_HEIGHT)
  51 #define BASE_FREQ 20.051392800492
  52 #define COEFF_CLAMP 1.0e-4
  53 #define TLENGTH_MIN 0.001
  54 #define TLENGTH_DEFAULT "384/f*tc/(384/f+tc)"
  55 #define VOLUME_MIN 1e-10
  56 #define VOLUME_MAX 100.0
  57
  58 typedef struct {
  59     FFTSample value;
  60     int index;
  61 } SparseCoeff;
  62
  63 typedef struct {
  64     const AVClass *class;
  65     AVFrame *outpicref;
  66     FFTContext *fft_context;
  67     FFTComplex *fft_data;
  68     FFTComplex *fft_result_left;
  69     FFTComplex *fft_result_right;
  70     uint8_t *spectogram;
  71     SparseCoeff *coeff_sort;
  72     SparseCoeff *coeffs[VIDEO_WIDTH];
  73     uint8_t *font_alpha;
  74     char *fontfile;     /* using freetype */
  75     int coeffs_len[VIDEO_WIDTH];
  76     uint8_t font_color[VIDEO_WIDTH];
  77     int64_t frame_count;
  78     int spectogram_count;
  79     int spectogram_index;
  80     int fft_bits;
  81     int req_fullfilled;
  82     int remaining_fill;
  83     char *tlength;
  84     char *volume;
  85     double timeclamp;   /* lower timeclamp, time-accurate, higher timeclamp, freq-accurate (at low freq)*/
  86     float coeffclamp;   /* lower coeffclamp, more precise, higher coeffclamp, faster */
  87     int fullhd;         /* if true, output video is at full HD resolution, otherwise it will be halved */
  88     float gamma;        /* lower gamma, more contrast, higher gamma, more range */
  89     int fps;            /* the required fps is so strict, so it's enough to be int, but 24000/1001 etc cannot be encoded */
  90     int count;          /* fps * count = transform rate */
  91 } ShowCQTContext;
  92
  93 #define OFFSET(x) offsetof(ShowCQTContext, x)
  94 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  95
  96 static const AVOption showcqt_options[] = {
  97     { "volume", "set volume", OFFSET(volume), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = "16" }, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
  98     { "tlength", "set transform length", OFFSET(tlength), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = TLENGTH_DEFAULT }, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
  99     { "timeclamp", "set timeclamp", OFFSET(timeclamp), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, { .dbl = 0.17 }, 0.1, 1.0, FLAGS },
 100     { "coeffclamp", "set coeffclamp", OFFSET(coeffclamp), AV_OPT_TYPE_FLOAT, { .dbl = 1 }, 0.1, 10, FLAGS },
 101     { "gamma", "set gamma", OFFSET(gamma), AV_OPT_TYPE_FLOAT, { .dbl = 3 }, 1, 7, FLAGS },
 102     { "fullhd", "set full HD resolution", OFFSET(fullhd), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = 1 }, 0, 1, FLAGS },
 103     { "fps", "set video fps", OFFSET(fps), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = 25 }, 10, 100, FLAGS },
 104     { "count", "set number of transform per frame", OFFSET(count), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = 6 }, 1, 30, FLAGS },
 105     { "fontfile", "set font file", OFFSET(fontfile), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = NULL }, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
 106     { NULL }
 107 };
 108
 109 AVFILTER_DEFINE_CLASS(showcqt);
 110
 111 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 112 {
 113     int k;
 114
 115     ShowCQTContext *s = ctx->priv;
 116     av_fft_end(s->fft_context);
 117     s->fft_context = NULL;
 118     for (k = 0; k < VIDEO_WIDTH; k++)
 119         av_freep(&s->coeffs[k]);
 120     av_freep(&s->fft_data);
 121     av_freep(&s->fft_result_left);
 122     av_freep(&s->fft_result_right);
 123     av_freep(&s->coeff_sort);
 124     av_freep(&s->spectogram);
 125     av_freep(&s->font_alpha);
 126     av_frame_free(&s->outpicref);
 127 }
 128
 129 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 130 {
 131     AVFilterFormats *formats = NULL;
 132     AVFilterChannelLayouts *layouts = NULL;
 133     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 134     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 135     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = { AV_SAMPLE_FMT_FLT, AV_SAMPLE_FMT_NONE };
 136     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = { AV_PIX_FMT_RGB24, AV_PIX_FMT_NONE };
 137     static const int64_t channel_layouts[] = { AV_CH_LAYOUT_STEREO, AV_CH_LAYOUT_STEREO_DOWNMIX, -1 };
 138     static const int samplerates[] = { 44100, 48000, -1 };
 139
 140     /* set input audio formats */
 141     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
 142     if (!formats)
 143         return AVERROR(ENOMEM);
 144     ff_formats_ref(formats, &inlink->out_formats);
 145
 146     layouts = avfilter_make_format64_list(channel_layouts);
 147     if (!layouts)
 148         return AVERROR(ENOMEM);
 149     ff_channel_layouts_ref(layouts, &inlink->out_channel_layouts);
 150
 151     formats = ff_make_format_list(samplerates);
 152     if (!formats)
 153         return AVERROR(ENOMEM);
 154     ff_formats_ref(formats, &inlink->out_samplerates);
 155
 156     /* set output video format */
 157     formats = ff_make_format_list(pix_fmts);
 158     if (!formats)
 159         return AVERROR(ENOMEM);
 160     ff_formats_ref(formats, &outlink->in_formats);
 161
 162     return 0;
 163 }
 164
 165 #if CONFIG_LIBFREETYPE
 166 static void load_freetype_font(AVFilterContext *ctx)
 167 {
 168     static const char str[] = "EF G A BC D ";
 169     ShowCQTContext *s = ctx->priv;
 170     FT_Library lib = NULL;
 171     FT_Face face = NULL;
 172     int video_scale = s->fullhd ? 2 : 1;
 173     int video_width = (VIDEO_WIDTH/2) * video_scale;
 174     int font_height = (FONT_HEIGHT/2) * video_scale;
 175     int font_width = 8 * video_scale;
 176     int font_repeat = font_width * 12;
 177     int linear_hori_advance = font_width * 65536;
 178     int non_monospace_warning = 0;
 179     int x;
 180
 181     s->font_alpha = NULL;
 182
 183     if (!s->fontfile)
 184         return;
 185
 186     if (FT_Init_FreeType(&lib))
 187         goto fail;
 188
 189     if (FT_New_Face(lib, s->fontfile, 0, &face))
 190         goto fail;
 191
 192     if (FT_Set_Char_Size(face, 16*64, 0, 0, 0))
 193         goto fail;
 194
 195     if (FT_Load_Char(face, 'A', FT_LOAD_RENDER))
 196         goto fail;
 197
 198     if (FT_Set_Char_Size(face, 16*64 * linear_hori_advance / face->glyph->linearHoriAdvance, 0, 0, 0))
 199         goto fail;
 200
 201     s->font_alpha = av_malloc(font_height * video_width);
 202     if (!s->font_alpha)
 203         goto fail;
 204
 205     memset(s->font_alpha, 0, font_height * video_width);
 206
 207     for (x = 0; x < 12; x++) {
 208         int sx, sy, rx, bx, by, dx, dy;
 209
 210         if (str[x] == ' ')
 211             continue;
 212
 213         if (FT_Load_Char(face, str[x], FT_LOAD_RENDER))
 214             goto fail;
 215
 216         if (face->glyph->advance.x != font_width*64 && !non_monospace_warning) {
 217             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Font is not monospace\n");
 218             non_monospace_warning = 1;
 219         }
 220
 221         sy = font_height - 4*video_scale - face->glyph->bitmap_top;
 222         for (rx = 0; rx < 10; rx++) {
 223             sx = rx * font_repeat + x * font_width + face->glyph->bitmap_left;
 224             for (by = 0; by < face->glyph->bitmap.rows; by++) {
 225                 dy = by + sy;
 226                 if (dy < 0)
 227                     continue;
 228                 if (dy >= font_height)
 229                     break;
 230
 231                 for (bx = 0; bx < face->glyph->bitmap.width; bx++) {
 232                     dx = bx + sx;
 233                     if (dx < 0)
 234                         continue;
 235                     if (dx >= video_width)
 236                         break;
 237                     s->font_alpha[dy*video_width+dx] = face->glyph->bitmap.buffer[by*face->glyph->bitmap.width+bx];
 238                 }
 239             }
 240         }
 241     }
 242
 243     FT_Done_Face(face);
 244     FT_Done_FreeType(lib);
 245     return;
 246
 247     fail:
 248     av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Error while loading freetype font, using default font instead\n");
 249     FT_Done_Face(face);
 250     FT_Done_FreeType(lib);
 251     av_freep(&s->font_alpha);
 252     return;
 253 }
 254 #endif
 255
 256 static double a_weighting(void *p, double f)
 257 {
 258     double ret = 12200.0*12200.0 * (f*f*f*f);
 259     ret /= (f*f + 20.6*20.6) * (f*f + 12200.0*12200.0) *
 260            sqrt((f*f + 107.7*107.7) * (f*f + 737.9*737.9));
 261     return ret;
 262 }
 263
 264 static double b_weighting(void *p, double f)
 265 {
 266     double ret = 12200.0*12200.0 * (f*f*f);
 267     ret /= (f*f + 20.6*20.6) * (f*f + 12200.0*12200.0) * sqrt(f*f + 158.5*158.5);
 268     return ret;
 269 }
 270
 271 static double c_weighting(void *p, double f)
 272 {
 273     double ret = 12200.0*12200.0 * (f*f);
 274     ret /= (f*f + 20.6*20.6) * (f*f + 12200.0*12200.0);
 275     return ret;
 276 }
 277
 278 static inline int qsort_sparsecoeff(const SparseCoeff *a, const SparseCoeff *b)
 279 {
 280     if (fabsf(a->value) >= fabsf(b->value))
 281         return 1;
 282     else
 283         return -1;
 284 }
 285
 286 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 287 {
 288     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 289     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 290     ShowCQTContext *s = ctx->priv;
 291     AVExpr *tlength_expr, *volume_expr;
 292     static const char * const expr_vars[] = { "timeclamp", "tc", "frequency", "freq", "f", NULL };
 293     static const char * const expr_func_names[] = { "a_weighting", "b_weighting", "c_weighting", NULL };
 294     static double (* const expr_funcs[])(void *, double) = { a_weighting, b_weighting, c_weighting, NULL };
 295     int fft_len, k, x, y, ret;
 296     int num_coeffs = 0;
 297     int rate = inlink->sample_rate;
 298     double max_len = rate * (double) s->timeclamp;
 299     int64_t start_time, end_time;
 300     int video_scale = s->fullhd ? 2 : 1;
 301     int video_width = (VIDEO_WIDTH/2) * video_scale;
 302     int video_height = (VIDEO_HEIGHT/2) * video_scale;
 303     int spectogram_height = (SPECTOGRAM_HEIGHT/2) * video_scale;
 304
 305     s->fft_bits = ceil(log2(max_len));
 306     fft_len = 1 << s->fft_bits;
 307
 308     if (rate % (s->fps * s->count)) {
 309         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Rate (%u) is not divisible by fps*count (%u*%u)\n", rate, s->fps, s->count);
 310         return AVERROR(EINVAL);
 311     }
 312
 313     s->fft_data         = av_malloc_array(fft_len, sizeof(*s->fft_data));
 314     s->coeff_sort       = av_malloc_array(fft_len, sizeof(*s->coeff_sort));
 315     s->fft_result_left  = av_malloc_array(fft_len, sizeof(*s->fft_result_left));
 316     s->fft_result_right = av_malloc_array(fft_len, sizeof(*s->fft_result_right));
 317     s->fft_context      = av_fft_init(s->fft_bits, 0);
 318
 319     if (!s->fft_data || !s->coeff_sort || !s->fft_result_left || !s->fft_result_right || !s->fft_context)
 320         return AVERROR(ENOMEM);
 321
 322     /* initializing font */
 323     for (x = 0; x < video_width; x++) {
 324         if (x >= (12*3+8)*8*video_scale && x < (12*4+8)*8*video_scale) {
 325             float fx = (x-(12*3+8)*8*video_scale) * (2.0f/(192.0f*video_scale));
 326             float sv = sinf(M_PI*fx);
 327             s->font_color[x] = sv*sv*255.0f + 0.5f;
 328         } else {
 329             s->font_color[x] = 0;
 330         }
 331     }
 332
 333 #if CONFIG_LIBFREETYPE
 334     load_freetype_font(ctx);
 335 #else
 336     if (s->fontfile)
 337         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Freetype is not available, ignoring fontfile option\n");
 338     s->font_alpha = NULL;
 339 #endif
 340
 341     av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "Calculating spectral kernel, please wait\n");
 342     start_time = av_gettime_relative();
 343     ret = av_expr_parse(&tlength_expr, s->tlength, expr_vars, NULL, NULL, NULL, NULL, 0, ctx);
 344     if (ret < 0)
 345         return ret;
 346     ret = av_expr_parse(&volume_expr, s->volume, expr_vars, expr_func_names,
 347                         expr_funcs, NULL, NULL, 0, ctx);
 348     if (ret < 0) {
 349         av_expr_free(tlength_expr);
 350         return ret;
 351     }
 352     for (k = 0; k < VIDEO_WIDTH; k++) {
 353         int hlen = fft_len >> 1;
 354         float total = 0;
 355         float partial = 0;
 356         double freq = BASE_FREQ * exp2(k * (1.0/192.0));
 357         double tlen, tlength, volume;
 358         double expr_vars_val[] = { s->timeclamp, s->timeclamp, freq, freq, freq, 0 };
 359         /* a window function from Albert H. Nuttall,
 360          * "Some Windows with Very Good Sidelobe Behavior"
 361          * -93.32 dB peak sidelobe and 18 dB/octave asymptotic decay
 362          * coefficient normalized to a0 = 1 */
 363         double a0 = 0.355768;
 364         double a1 = 0.487396/a0;
 365         double a2 = 0.144232/a0;
 366         double a3 = 0.012604/a0;
 367         double sv_step, cv_step, sv, cv;
 368         double sw_step, cw_step, sw, cw, w;
 369
 370         tlength = av_expr_eval(tlength_expr, expr_vars_val, NULL);
 371         if (isnan(tlength)) {
 372             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "at freq %g: tlength is nan, setting it to %g\n", freq, s->timeclamp);
 373             tlength = s->timeclamp;
 374         } else if (tlength < TLENGTH_MIN) {
 375             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "at freq %g: tlength is %g, setting it to %g\n", freq, tlength, TLENGTH_MIN);
 376             tlength = TLENGTH_MIN;
 377         } else if (tlength > s->timeclamp) {
 378             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "at freq %g: tlength is %g, setting it to %g\n", freq, tlength, s->timeclamp);
 379             tlength = s->timeclamp;
 380         }
 381
 382         volume = FFABS(av_expr_eval(volume_expr, expr_vars_val, NULL));
 383         if (isnan(volume)) {
 384             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "at freq %g: volume is nan, setting it to 0\n", freq);
 385             volume = VOLUME_MIN;
 386         } else if (volume < VOLUME_MIN) {
 387             volume = VOLUME_MIN;
 388         } else if (volume > VOLUME_MAX) {
 389             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "at freq %g: volume is %g, setting it to %g\n", freq, volume, VOLUME_MAX);
 390             volume = VOLUME_MAX;
 391         }
 392
 393         tlen = tlength * rate;
 394         s->fft_data[0].re = 0;
 395         s->fft_data[0].im = 0;
 396         s->fft_data[hlen].re = (1.0 + a1 + a2 + a3) * (1.0/tlen) * volume * (1.0/fft_len);
 397         s->fft_data[hlen].im = 0;
 398         sv_step = sv = sin(2.0*M_PI*freq*(1.0/rate));
 399         cv_step = cv = cos(2.0*M_PI*freq*(1.0/rate));
 400         /* also optimizing window func */
 401         sw_step = sw = sin(2.0*M_PI*(1.0/tlen));
 402         cw_step = cw = cos(2.0*M_PI*(1.0/tlen));
 403         for (x = 1; x < 0.5 * tlen; x++) {
 404             double cv_tmp, cw_tmp;
 405             double cw2, cw3, sw2;
 406
 407             cw2 = cw * cw - sw * sw;
 408             sw2 = cw * sw + sw * cw;
 409             cw3 = cw * cw2 - sw * sw2;
 410             w = (1.0 + a1 * cw + a2 * cw2 + a3 * cw3) * (1.0/tlen) * volume * (1.0/fft_len);
 411             s->fft_data[hlen + x].re = w * cv;
 412             s->fft_data[hlen + x].im = w * sv;
 413             s->fft_data[hlen - x].re = s->fft_data[hlen + x].re;
 414             s->fft_data[hlen - x].im = -s->fft_data[hlen + x].im;
 415
 416             cv_tmp = cv * cv_step - sv * sv_step;
 417             sv = sv * cv_step + cv * sv_step;
 418             cv = cv_tmp;
 419             cw_tmp = cw * cw_step - sw * sw_step;
 420             sw = sw * cw_step + cw * sw_step;
 421             cw = cw_tmp;
 422         }
 423         for (; x < hlen; x++) {
 424             s->fft_data[hlen + x].re = 0;
 425             s->fft_data[hlen + x].im = 0;
 426             s->fft_data[hlen - x].re = 0;
 427             s->fft_data[hlen - x].im = 0;
 428         }
 429         av_fft_permute(s->fft_context, s->fft_data);
 430         av_fft_calc(s->fft_context, s->fft_data);
 431
 432         for (x = 0; x < fft_len; x++) {
 433             s->coeff_sort[x].index = x;
 434             s->coeff_sort[x].value = s->fft_data[x].re;
 435         }
 436
 437         AV_QSORT(s->coeff_sort, fft_len, SparseCoeff, qsort_sparsecoeff);
 438         for (x = 0; x < fft_len; x++)
 439             total += fabsf(s->coeff_sort[x].value);
 440
 441         for (x = 0; x < fft_len; x++) {
 442             partial += fabsf(s->coeff_sort[x].value);
 443             if (partial > total * s->coeffclamp * COEFF_CLAMP) {
 444                 s->coeffs_len[k] = fft_len - x;
 445                 num_coeffs += s->coeffs_len[k];
 446                 s->coeffs[k] = av_malloc_array(s->coeffs_len[k], sizeof(*s->coeffs[k]));
 447                 if (!s->coeffs[k]) {
 448                     av_expr_free(volume_expr);
 449                     av_expr_free(tlength_expr);
 450                     return AVERROR(ENOMEM);
 451                 }
 452                 for (y = 0; y < s->coeffs_len[k]; y++)
 453                     s->coeffs[k][y] = s->coeff_sort[x+y];
 454                 break;
 455             }
 456         }
 457     }
 458     av_expr_free(volume_expr);
 459     av_expr_free(tlength_expr);
 460     end_time = av_gettime_relative();
 461     av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "Elapsed time %.6f s (fft_len=%u, num_coeffs=%u)\n", 1e-6 * (end_time-start_time), fft_len, num_coeffs);
 462
 463     outlink->w = video_width;
 464     outlink->h = video_height;
 465
 466     s->req_fullfilled = 0;
 467     s->spectogram_index = 0;
 468     s->frame_count = 0;
 469     s->spectogram_count = 0;
 470     s->remaining_fill = fft_len >> 1;
 471     memset(s->fft_data, 0, fft_len * sizeof(*s->fft_data));
 472
 473     s->outpicref = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 474     if (!s->outpicref)
 475         return AVERROR(ENOMEM);
 476
 477     s->spectogram = av_calloc(spectogram_height, s->outpicref->linesize[0]);
 478     if (!s->spectogram)
 479         return AVERROR(ENOMEM);
 480
 481     outlink->sample_aspect_ratio = av_make_q(1, 1);
 482     outlink->time_base = av_make_q(1, s->fps);
 483     outlink->frame_rate = av_make_q(s->fps, 1);
 484     return 0;
 485 }
 486
 487 static int plot_cqt(AVFilterLink *inlink)
 488 {
 489     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 490     ShowCQTContext *s = ctx->priv;
 491     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 492     int fft_len = 1 << s->fft_bits;
 493     FFTSample result[VIDEO_WIDTH][4];
 494     int x, y, ret = 0;
 495     int linesize = s->outpicref->linesize[0];
 496     int video_scale = s->fullhd ? 2 : 1;
 497     int video_width = (VIDEO_WIDTH/2) * video_scale;
 498     int spectogram_height = (SPECTOGRAM_HEIGHT/2) * video_scale;
 499     int spectogram_start = (SPECTOGRAM_START/2) * video_scale;
 500     int font_height = (FONT_HEIGHT/2) * video_scale;
 501
 502     /* real part contains left samples, imaginary part contains right samples */
 503     memcpy(s->fft_result_left, s->fft_data, fft_len * sizeof(*s->fft_data));
 504     av_fft_permute(s->fft_context, s->fft_result_left);
 505     av_fft_calc(s->fft_context, s->fft_result_left);
 506
 507     /* separate left and right, (and multiply by 2.0) */
 508     s->fft_result_right[0].re = 2.0f * s->fft_result_left[0].im;
 509     s->fft_result_right[0].im = 0;
 510     s->fft_result_left[0].re = 2.0f * s->fft_result_left[0].re;
 511     s->fft_result_left[0].im = 0;
 512     for (x = 1; x <= fft_len >> 1; x++) {
 513         FFTSample tmpy = s->fft_result_left[fft_len-x].im - s->fft_result_left[x].im;
 514
 515         s->fft_result_right[x].re = s->fft_result_left[x].im + s->fft_result_left[fft_len-x].im;
 516         s->fft_result_right[x].im = s->fft_result_left[x].re - s->fft_result_left[fft_len-x].re;
 517         s->fft_result_right[fft_len-x].re = s->fft_result_right[x].re;
 518         s->fft_result_right[fft_len-x].im = -s->fft_result_right[x].im;
 519
 520         s->fft_result_left[x].re = s->fft_result_left[x].re + s->fft_result_left[fft_len-x].re;
 521         s->fft_result_left[x].im = tmpy;
 522         s->fft_result_left[fft_len-x].re = s->fft_result_left[x].re;
 523         s->fft_result_left[fft_len-x].im = -s->fft_result_left[x].im;
 524     }
 525
 526     /* calculating cqt */
 527     for (x = 0; x < VIDEO_WIDTH; x++) {
 528         int u;
 529         float g = 1.0f / s->gamma;
 530         FFTComplex l = {0,0};
 531         FFTComplex r = {0,0};
 532
 533         for (u = 0; u < s->coeffs_len[x]; u++) {
 534             FFTSample value = s->coeffs[x][u].value;
 535             int index = s->coeffs[x][u].index;
 536             l.re += value * s->fft_result_left[index].re;
 537             l.im += value * s->fft_result_left[index].im;
 538             r.re += value * s->fft_result_right[index].re;
 539             r.im += value * s->fft_result_right[index].im;
 540         }
 541         /* result is power, not amplitude */
 542         result[x][0] = l.re * l.re + l.im * l.im;
 543         result[x][2] = r.re * r.re + r.im * r.im;
 544         result[x][1] = 0.5f * (result[x][0] + result[x][2]);
 545         result[x][3] = result[x][1];
 546         result[x][0] = 255.0f * powf(FFMIN(1.0f,result[x][0]), g);
 547         result[x][1] = 255.0f * powf(FFMIN(1.0f,result[x][1]), g);
 548         result[x][2] = 255.0f * powf(FFMIN(1.0f,result[x][2]), g);
 549     }
 550
 551     if (!s->fullhd) {
 552         for (x = 0; x < video_width; x++) {
 553             result[x][0] = 0.5f * (result[2*x][0] + result[2*x+1][0]);
 554             result[x][1] = 0.5f * (result[2*x][1] + result[2*x+1][1]);
 555             result[x][2] = 0.5f * (result[2*x][2] + result[2*x+1][2]);
 556             result[x][3] = 0.5f * (result[2*x][3] + result[2*x+1][3]);
 557         }
 558     }
 559
 560     for (x = 0; x < video_width; x++) {
 561         s->spectogram[s->spectogram_index*linesize + 3*x] = result[x][0] + 0.5f;
 562         s->spectogram[s->spectogram_index*linesize + 3*x + 1] = result[x][1] + 0.5f;
 563         s->spectogram[s->spectogram_index*linesize + 3*x + 2] = result[x][2] + 0.5f;
 564     }
 565
 566     /* drawing */
 567     if (!s->spectogram_count) {
 568         uint8_t *data = (uint8_t*) s->outpicref->data[0];
 569         float rcp_result[VIDEO_WIDTH];
 570         int total_length = linesize * spectogram_height;
 571         int back_length = linesize * s->spectogram_index;
 572
 573         for (x = 0; x < video_width; x++)
 574             rcp_result[x] = 1.0f / (result[x][3]+0.0001f);
 575
 576         /* drawing bar */
 577         for (y = 0; y < spectogram_height; y++) {
 578             float height = (spectogram_height - y) * (1.0f/spectogram_height);
 579             uint8_t *lineptr = data + y * linesize;
 580             for (x = 0; x < video_width; x++) {
 581                 float mul;
 582                 if (result[x][3] <= height) {
 583                     *lineptr++ = 0;
 584                     *lineptr++ = 0;
 585                     *lineptr++ = 0;
 586                 } else {
 587                     mul = (result[x][3] - height) * rcp_result[x];
 588                     *lineptr++ = mul * result[x][0] + 0.5f;
 589                     *lineptr++ = mul * result[x][1] + 0.5f;
 590                     *lineptr++ = mul * result[x][2] + 0.5f;
 591                 }
 592             }
 593         }
 594
 595         /* drawing font */
 596         if (s->font_alpha) {
 597             for (y = 0; y < font_height; y++) {
 598                 uint8_t *lineptr = data + (spectogram_height + y) * linesize;
 599                 uint8_t *spectogram_src = s->spectogram + s->spectogram_index * linesize;
 600                 for (x = 0; x < video_width; x++) {
 601                     uint8_t alpha = s->font_alpha[y*video_width+x];
 602                     uint8_t color = s->font_color[x];
 603                     lineptr[3*x] = (spectogram_src[3*x] * (255-alpha) + (255-color) * alpha + 255) >> 8;
 604                     lineptr[3*x+1] = (spectogram_src[3*x+1] * (255-alpha) + 255) >> 8;
 605                     lineptr[3*x+2] = (spectogram_src[3*x+2] * (255-alpha) + color * alpha + 255) >> 8;
 606                 }
 607             }
 608         } else {
 609             for (y = 0; y < font_height; y++) {
 610                 uint8_t *lineptr = data + (spectogram_height + y) * linesize;
 611                 memcpy(lineptr, s->spectogram + s->spectogram_index * linesize, video_width*3);
 612             }
 613             for (x = 0; x < video_width; x += video_width/10) {
 614                 int u;
 615                 static const char str[] = "EF G A BC D ";
 616                 uint8_t *startptr = data + spectogram_height * linesize + x * 3;
 617                 for (u = 0; str[u]; u++) {
 618                     int v;
 619                     for (v = 0; v < 16; v++) {
 620                         uint8_t *p = startptr + v * linesize * video_scale + 8 * 3 * u * video_scale;
 621                         int ux = x + 8 * u * video_scale;
 622                         int mask;
 623                         for (mask = 0x80; mask; mask >>= 1) {
 624                             if (mask & avpriv_vga16_font[str[u] * 16 + v]) {
 625                                 p[0] = 255 - s->font_color[ux];
 626                                 p[1] = 0;
 627                                 p[2] = s->font_color[ux];
 628                                 if (video_scale == 2) {
 629                                     p[linesize] = p[0];
 630                                     p[linesize+1] = p[1];
 631                                     p[linesize+2] = p[2];
 632                                     p[3] = p[linesize+3] = 255 - s->font_color[ux+1];
 633                                     p[4] = p[linesize+4] = 0;
 634                                     p[5] = p[linesize+5] = s->font_color[ux+1];
 635                                 }
 636                             }
 637                             p  += 3 * video_scale;
 638                             ux += video_scale;
 639                         }
 640                     }
 641                 }
 642             }
 643         }
 644
 645         /* drawing spectogram/sonogram */
 646         data += spectogram_start * linesize;
 647         memcpy(data, s->spectogram + s->spectogram_index*linesize, total_length - back_length);
 648
 649         data += total_length - back_length;
 650         if (back_length)
 651             memcpy(data, s->spectogram, back_length);
 652
 653         s->outpicref->pts = s->frame_count;
 654         ret = ff_filter_frame(outlink, av_frame_clone(s->outpicref));
 655         s->req_fullfilled = 1;
 656         s->frame_count++;
 657     }
 658     s->spectogram_count = (s->spectogram_count + 1) % s->count;
 659     s->spectogram_index = (s->spectogram_index + spectogram_height - 1) % spectogram_height;
 660     return ret;
 661 }
 662
 663 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
 664 {
 665     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 666     ShowCQTContext *s = ctx->priv;
 667     int step = inlink->sample_rate / (s->fps * s->count);
 668     int fft_len = 1 << s->fft_bits;
 669     int remaining;
 670     float *audio_data;
 671
 672     if (!insamples) {
 673         while (s->remaining_fill < (fft_len >> 1)) {
 674             int ret, x;
 675             memset(&s->fft_data[fft_len - s->remaining_fill], 0, sizeof(*s->fft_data) * s->remaining_fill);
 676             ret = plot_cqt(inlink);
 677             if (ret < 0)
 678                 return ret;
 679             for (x = 0; x < (fft_len-step); x++)
 680                 s->fft_data[x] = s->fft_data[x+step];
 681             s->remaining_fill += step;
 682         }
 683         return AVERROR(EOF);
 684     }
 685
 686     remaining = insamples->nb_samples;
 687     audio_data = (float*) insamples->data[0];
 688
 689     while (remaining) {
 690         if (remaining >= s->remaining_fill) {
 691             int i = insamples->nb_samples - remaining;
 692             int j = fft_len - s->remaining_fill;
 693             int m, ret;
 694             for (m = 0; m < s->remaining_fill; m++) {
 695                 s->fft_data[j+m].re = audio_data[2*(i+m)];
 696                 s->fft_data[j+m].im = audio_data[2*(i+m)+1];
 697             }
 698             ret = plot_cqt(inlink);
 699             if (ret < 0) {
 700                 av_frame_free(&insamples);
 701                 return ret;
 702             }
 703             remaining -= s->remaining_fill;
 704             for (m = 0; m < fft_len-step; m++)
 705                 s->fft_data[m] = s->fft_data[m+step];
 706             s->remaining_fill = step;
 707         } else {
 708             int i = insamples->nb_samples - remaining;
 709             int j = fft_len - s->remaining_fill;
 710             int m;
 711             for (m = 0; m < remaining; m++) {
 712                 s->fft_data[m+j].re = audio_data[2*(i+m)];
 713                 s->fft_data[m+j].im = audio_data[2*(i+m)+1];
 714             }
 715             s->remaining_fill -= remaining;
 716             remaining = 0;
 717         }
 718     }
 719     av_frame_free(&insamples);
 720     return 0;
 721 }
 722
 723 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
 724 {
 725     ShowCQTContext *s = outlink->src->priv;
 726     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
 727     int ret;
 728
 729     s->req_fullfilled = 0;
 730     do {
 731         ret = ff_request_frame(inlink);
 732     } while (!s->req_fullfilled && ret >= 0);
 733
 734     if (ret == AVERROR_EOF && s->outpicref)
 735         filter_frame(inlink, NULL);
 736     return ret;
 737 }
 738
 739 static const AVFilterPad showcqt_inputs[] = {
 740     {
 741         .name         = "default",
 742         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 743         .filter_frame = filter_frame,
 744     },
 745     { NULL }
 746 };
 747
 748 static const AVFilterPad showcqt_outputs[] = {
 749     {
 750         .name          = "default",
 751         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 752         .config_props  = config_output,
 753         .request_frame = request_frame,
 754     },
 755     { NULL }
 756 };
 757
 758 AVFilter ff_avf_showcqt = {
 759     .name          = "showcqt",
 760     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a CQT (Constant Q Transform) spectrum video output."),
 761     .uninit        = uninit,
 762     .query_formats = query_formats,
 763     .priv_size     = sizeof(ShowCQTContext),
 764     .inputs        = showcqt_inputs,
 765     .outputs       = showcqt_outputs,
 766     .priv_class    = &showcqt_class,
 767 };