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/eval.h"
  28 #include "avfilter.h"
  29 #include "internal.h"
  30
  31 #include <math.h>
  32 #include <stdlib.h>
  33
  34 #if CONFIG_LIBFREETYPE
  35 #include <ft2build.h>
  36 #include FT_FREETYPE_H
  37 #endif
  38
  39 /* this filter is designed to do 16 bins/semitones constant Q transform with Brown-Puckette algorithm
  40  * start from E0 to D#10 (10 octaves)
  41  * so there are 16 bins/semitones * 12 semitones/octaves * 10 octaves = 1920 bins
  42  * match with full HD resolution */
  43
  44 #define VIDEO_WIDTH 1920
  45 #define VIDEO_HEIGHT 1080
  46 #define FONT_HEIGHT 32
  47 #define SPECTOGRAM_HEIGHT ((VIDEO_HEIGHT-FONT_HEIGHT)/2)
  48 #define SPECTOGRAM_START (VIDEO_HEIGHT-SPECTOGRAM_HEIGHT)
  49 #define BASE_FREQ 20.051392800492
  50 #define TLENGTH_MIN 0.001
  51 #define TLENGTH_DEFAULT "384/f*tc/(384/f+tc)"
  52 #define VOLUME_MIN 1e-10
  53 #define VOLUME_MAX 100.0
  54 #define FONTCOLOR_DEFAULT "st(0, (midi(f)-59.5)/12);" \
  55     "st(1, if(between(ld(0),0,1), 0.5-0.5*cos(2*PI*ld(0)), 0));" \
  56     "r(1-ld(1)) + b(ld(1))"
  57
  58 typedef struct {
  59     FFTSample *values;
  60     int start, len;
  61 } Coeffs;
  62
  63 typedef struct {
  64     const AVClass *class;
  65     AVFrame *outpicref;
  66     FFTContext *fft_context;
  67     FFTComplex *fft_data;
  68     FFTComplex *fft_result;
  69     uint8_t *spectogram;
  70     Coeffs coeffs[VIDEO_WIDTH];
  71     uint8_t *font_alpha;
  72     char *fontfile;     /* using freetype */
  73     uint8_t fontcolor_value[VIDEO_WIDTH*3];  /* result of fontcolor option */
  74     int64_t frame_count;
  75     int spectogram_count;
  76     int spectogram_index;
  77     int fft_bits;
  78     int remaining_fill;
  79     char *tlength;
  80     char *volume;
  81     char *fontcolor;
  82     double timeclamp;   /* lower timeclamp, time-accurate, higher timeclamp, freq-accurate (at low freq)*/
  83     float coeffclamp;   /* lower coeffclamp, more precise, higher coeffclamp, faster */
  84     int fullhd;         /* if true, output video is at full HD resolution, otherwise it will be halved */
  85     float gamma;        /* lower gamma, more contrast, higher gamma, more range */
  86     float gamma2;       /* gamma of bargraph */
  87     int fps;            /* the required fps is so strict, so it's enough to be int, but 24000/1001 etc cannot be encoded */
  88     int count;          /* fps * count = transform rate */
  89     int draw_text;
  90 } ShowCQTContext;
  91
  92 #define OFFSET(x) offsetof(ShowCQTContext, x)
  93 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  94
  95 static const AVOption showcqt_options[] = {
  96     { "volume", "set volume", OFFSET(volume), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = "16" }, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
  97     { "tlength", "set transform length", OFFSET(tlength), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = TLENGTH_DEFAULT }, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
  98     { "timeclamp", "set timeclamp", OFFSET(timeclamp), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, { .dbl = 0.17 }, 0.1, 1.0, FLAGS },
  99     { "coeffclamp", "set coeffclamp", OFFSET(coeffclamp), AV_OPT_TYPE_FLOAT, { .dbl = 1 }, 0.1, 10, FLAGS },
 100     { "gamma", "set gamma", OFFSET(gamma), AV_OPT_TYPE_FLOAT, { .dbl = 3 }, 1, 7, FLAGS },
 101     { "gamma2", "set gamma of bargraph", OFFSET(gamma2), AV_OPT_TYPE_FLOAT, { .dbl = 1 }, 1, 7, FLAGS },
 102     { "fullhd", "set full HD resolution", OFFSET(fullhd), AV_OPT_TYPE_BOOL, { .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     { "fontcolor", "set font color", OFFSET(fontcolor), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = FONTCOLOR_DEFAULT }, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
 107     { "text", "draw text", OFFSET(draw_text), AV_OPT_TYPE_BOOL, { .i64 = 1 }, 0, 1, FLAGS },
 108     { NULL }
 109 };
 110
 111 AVFILTER_DEFINE_CLASS(showcqt);
 112
 113 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 114 {
 115     int k;
 116
 117     ShowCQTContext *s = ctx->priv;
 118     av_fft_end(s->fft_context);
 119     s->fft_context = NULL;
 120     for (k = 0; k < VIDEO_WIDTH; k++)
 121         av_freep(&s->coeffs[k].values);
 122     av_freep(&s->fft_data);
 123     av_freep(&s->fft_result);
 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_array(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 double midi(void *p, double f)
 279 {
 280     return log2(f/440.0) * 12.0 + 69.0;
 281 }
 282
 283 static double r_func(void *p, double x)
 284 {
 285     x = av_clipd(x, 0.0, 1.0);
 286     return (int)(x*255.0+0.5) << 16;
 287 }
 288
 289 static double g_func(void *p, double x)
 290 {
 291     x = av_clipd(x, 0.0, 1.0);
 292     return (int)(x*255.0+0.5) << 8;
 293 }
 294
 295 static double b_func(void *p, double x)
 296 {
 297     x = av_clipd(x, 0.0, 1.0);
 298     return (int)(x*255.0+0.5);
 299 }
 300
 301 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 302 {
 303     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 304     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 305     ShowCQTContext *s = ctx->priv;
 306     AVExpr *tlength_expr = NULL, *volume_expr = NULL, *fontcolor_expr = NULL;
 307     uint8_t *fontcolor_value = s->fontcolor_value;
 308     static const char * const expr_vars[] = { "timeclamp", "tc", "frequency", "freq", "f", NULL };
 309     static const char * const expr_func_names[] = { "a_weighting", "b_weighting", "c_weighting", NULL };
 310     static const char * const expr_fontcolor_func_names[] = { "midi", "r", "g", "b", NULL };
 311     static double (* const expr_funcs[])(void *, double) = { a_weighting, b_weighting, c_weighting, NULL };
 312     static double (* const expr_fontcolor_funcs[])(void *, double) = { midi, r_func, g_func, b_func, NULL };
 313     int fft_len, k, x, ret;
 314     int num_coeffs = 0;
 315     int rate = inlink->sample_rate;
 316     double max_len = rate * (double) s->timeclamp;
 317     int video_scale = s->fullhd ? 2 : 1;
 318     int video_width = (VIDEO_WIDTH/2) * video_scale;
 319     int video_height = (VIDEO_HEIGHT/2) * video_scale;
 320     int spectogram_height = (SPECTOGRAM_HEIGHT/2) * video_scale;
 321
 322     s->fft_bits = ceil(log2(max_len));
 323     fft_len = 1 << s->fft_bits;
 324
 325     if (rate % (s->fps * s->count)) {
 326         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Rate (%u) is not divisible by fps*count (%u*%u)\n", rate, s->fps, s->count);
 327         return AVERROR(EINVAL);
 328     }
 329
 330     s->fft_data         = av_malloc_array(fft_len, sizeof(*s->fft_data));
 331     s->fft_result       = av_malloc_array(fft_len + 1, sizeof(*s->fft_result));
 332     s->fft_context      = av_fft_init(s->fft_bits, 0);
 333
 334     if (!s->fft_data || !s->fft_result || !s->fft_context)
 335         return AVERROR(ENOMEM);
 336
 337 #if CONFIG_LIBFREETYPE
 338     load_freetype_font(ctx);
 339 #else
 340     if (s->fontfile)
 341         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Freetype is not available, ignoring fontfile option\n");
 342     s->font_alpha = NULL;
 343 #endif
 344
 345     ret = av_expr_parse(&tlength_expr, s->tlength, expr_vars, NULL, NULL, NULL, NULL, 0, ctx);
 346     if (ret < 0)
 347         goto eval_error;
 348
 349     ret = av_expr_parse(&volume_expr, s->volume, expr_vars, expr_func_names,
 350                         expr_funcs, NULL, NULL, 0, ctx);
 351     if (ret < 0)
 352         goto eval_error;
 353
 354     ret = av_expr_parse(&fontcolor_expr, s->fontcolor, expr_vars, expr_fontcolor_func_names,
 355                         expr_fontcolor_funcs, NULL, NULL, 0, ctx);
 356     if (ret < 0)
 357         goto eval_error;
 358
 359     for (k = 0; k < VIDEO_WIDTH; k++) {
 360         double freq = BASE_FREQ * exp2(k * (1.0/192.0));
 361         double flen, center, tlength, volume;
 362         int start, end;
 363         double expr_vars_val[] = { s->timeclamp, s->timeclamp, freq, freq, freq, 0 };
 364
 365         tlength = av_expr_eval(tlength_expr, expr_vars_val, NULL);
 366         if (isnan(tlength)) {
 367             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "at freq %g: tlength is nan, setting it to %g\n", freq, s->timeclamp);
 368             tlength = s->timeclamp;
 369         } else if (tlength < TLENGTH_MIN) {
 370             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "at freq %g: tlength is %g, setting it to %g\n", freq, tlength, TLENGTH_MIN);
 371             tlength = TLENGTH_MIN;
 372         } else if (tlength > s->timeclamp) {
 373             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "at freq %g: tlength is %g, setting it to %g\n", freq, tlength, s->timeclamp);
 374             tlength = s->timeclamp;
 375         }
 376
 377         volume = FFABS(av_expr_eval(volume_expr, expr_vars_val, NULL));
 378         if (isnan(volume)) {
 379             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "at freq %g: volume is nan, setting it to 0\n", freq);
 380             volume = VOLUME_MIN;
 381         } else if (volume < VOLUME_MIN) {
 382             volume = VOLUME_MIN;
 383         } else if (volume > VOLUME_MAX) {
 384             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "at freq %g: volume is %g, setting it to %g\n", freq, volume, VOLUME_MAX);
 385             volume = VOLUME_MAX;
 386         }
 387
 388         if (s->fullhd || !(k & 1)) {
 389             int fontcolor = av_expr_eval(fontcolor_expr, expr_vars_val, NULL);
 390             fontcolor_value[0] = (fontcolor >> 16) & 0xFF;
 391             fontcolor_value[1] = (fontcolor >> 8) & 0xFF;
 392             fontcolor_value[2] = fontcolor & 0xFF;
 393             fontcolor_value += 3;
 394         }
 395
 396         /* direct frequency domain windowing */
 397         flen = 8.0 * fft_len / (tlength * rate);
 398         center = freq * fft_len / rate;
 399         start = FFMAX(0, ceil(center - 0.5 * flen));
 400         end = FFMIN(fft_len, floor(center + 0.5 * flen));
 401         s->coeffs[k].len = end - start + 1;
 402         s->coeffs[k].start = start;
 403         num_coeffs += s->coeffs[k].len;
 404         s->coeffs[k].values = av_malloc_array(s->coeffs[k].len, sizeof(*s->coeffs[k].values));
 405         if (!s->coeffs[k].values) {
 406             ret = AVERROR(ENOMEM);
 407             goto eval_error;
 408         }
 409         for (x = start; x <= end; x++) {
 410             int sign = (x & 1) ? (-1) : 1;
 411             double u = 2.0 * M_PI * (x - center) * (1.0/flen);
 412             /* nuttall window */
 413             double w = 0.355768 + 0.487396 * cos(u) + 0.144232 * cos(2*u) + 0.012604 * cos(3*u);
 414             s->coeffs[k].values[x-start] = sign * volume * (1.0/fft_len) * w;
 415         }
 416     }
 417     av_expr_free(fontcolor_expr);
 418     av_expr_free(volume_expr);
 419     av_expr_free(tlength_expr);
 420     av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "fft_len=%u, num_coeffs=%u\n", fft_len, num_coeffs);
 421
 422     outlink->w = video_width;
 423     outlink->h = video_height;
 424
 425     s->spectogram_index = 0;
 426     s->frame_count = 0;
 427     s->spectogram_count = 0;
 428     s->remaining_fill = fft_len >> 1;
 429     memset(s->fft_data, 0, fft_len * sizeof(*s->fft_data));
 430
 431     s->outpicref = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 432     if (!s->outpicref)
 433         return AVERROR(ENOMEM);
 434
 435     s->spectogram = av_calloc(spectogram_height, s->outpicref->linesize[0]);
 436     if (!s->spectogram)
 437         return AVERROR(ENOMEM);
 438
 439     outlink->sample_aspect_ratio = av_make_q(1, 1);
 440     outlink->time_base = av_make_q(1, s->fps);
 441     outlink->frame_rate = av_make_q(s->fps, 1);
 442     return 0;
 443
 444 eval_error:
 445     av_expr_free(fontcolor_expr);
 446     av_expr_free(volume_expr);
 447     av_expr_free(tlength_expr);
 448     return ret;
 449 }
 450
 451 static int plot_cqt(AVFilterLink *inlink)
 452 {
 453     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 454     ShowCQTContext *s = ctx->priv;
 455     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 456     int fft_len = 1 << s->fft_bits;
 457     FFTSample result[VIDEO_WIDTH][4];
 458     int x, y, ret = 0;
 459     int linesize = s->outpicref->linesize[0];
 460     int video_scale = s->fullhd ? 2 : 1;
 461     int video_width = (VIDEO_WIDTH/2) * video_scale;
 462     int spectogram_height = (SPECTOGRAM_HEIGHT/2) * video_scale;
 463     int spectogram_start = (SPECTOGRAM_START/2) * video_scale;
 464     int font_height = (FONT_HEIGHT/2) * video_scale;
 465
 466     /* real part contains left samples, imaginary part contains right samples */
 467     memcpy(s->fft_result, s->fft_data, fft_len * sizeof(*s->fft_data));
 468     av_fft_permute(s->fft_context, s->fft_result);
 469     av_fft_calc(s->fft_context, s->fft_result);
 470     s->fft_result[fft_len] = s->fft_result[0];
 471
 472     /* calculating cqt */
 473     for (x = 0; x < VIDEO_WIDTH; x++) {
 474         int u;
 475         FFTComplex v = {0,0};
 476         FFTComplex w = {0,0};
 477         FFTComplex l, r;
 478
 479         for (u = 0; u < s->coeffs[x].len; u++) {
 480             FFTSample value = s->coeffs[x].values[u];
 481             int index = s->coeffs[x].start + u;
 482             v.re += value * s->fft_result[index].re;
 483             v.im += value * s->fft_result[index].im;
 484             w.re += value * s->fft_result[fft_len - index].re;
 485             w.im += value * s->fft_result[fft_len - index].im;
 486         }
 487
 488         /* separate left and right, (and multiply by 2.0) */
 489         l.re = v.re + w.re;
 490         l.im = v.im - w.im;
 491         r.re = w.im + v.im;
 492         r.im = w.re - v.re;
 493         /* result is power, not amplitude */
 494         result[x][0] = l.re * l.re + l.im * l.im;
 495         result[x][2] = r.re * r.re + r.im * r.im;
 496         result[x][1] = 0.5f * (result[x][0] + result[x][2]);
 497
 498         if (s->gamma2 == 1.0f)
 499             result[x][3] = result[x][1];
 500         else if (s->gamma2 == 2.0f)
 501             result[x][3] = sqrtf(result[x][1]);
 502         else if (s->gamma2 == 3.0f)
 503             result[x][3] = cbrtf(result[x][1]);
 504         else if (s->gamma2 == 4.0f)
 505             result[x][3] = sqrtf(sqrtf(result[x][1]));
 506         else
 507             result[x][3] = expf(logf(result[x][1]) * (1.0f / s->gamma2));
 508
 509         result[x][0] = FFMIN(1.0f, result[x][0]);
 510         result[x][1] = FFMIN(1.0f, result[x][1]);
 511         result[x][2] = FFMIN(1.0f, result[x][2]);
 512         if (s->gamma == 1.0f) {
 513             result[x][0] = 255.0f * result[x][0];
 514             result[x][1] = 255.0f * result[x][1];
 515             result[x][2] = 255.0f * result[x][2];
 516         } else if (s->gamma == 2.0f) {
 517             result[x][0] = 255.0f * sqrtf(result[x][0]);
 518             result[x][1] = 255.0f * sqrtf(result[x][1]);
 519             result[x][2] = 255.0f * sqrtf(result[x][2]);
 520         } else if (s->gamma == 3.0f) {
 521             result[x][0] = 255.0f * cbrtf(result[x][0]);
 522             result[x][1] = 255.0f * cbrtf(result[x][1]);
 523             result[x][2] = 255.0f * cbrtf(result[x][2]);
 524         } else if (s->gamma == 4.0f) {
 525             result[x][0] = 255.0f * sqrtf(sqrtf(result[x][0]));
 526             result[x][1] = 255.0f * sqrtf(sqrtf(result[x][1]));
 527             result[x][2] = 255.0f * sqrtf(sqrtf(result[x][2]));
 528         } else {
 529             result[x][0] = 255.0f * expf(logf(result[x][0]) * (1.0f / s->gamma));
 530             result[x][1] = 255.0f * expf(logf(result[x][1]) * (1.0f / s->gamma));
 531             result[x][2] = 255.0f * expf(logf(result[x][2]) * (1.0f / s->gamma));
 532         }
 533     }
 534
 535     if (!s->fullhd) {
 536         for (x = 0; x < video_width; x++) {
 537             result[x][0] = 0.5f * (result[2*x][0] + result[2*x+1][0]);
 538             result[x][1] = 0.5f * (result[2*x][1] + result[2*x+1][1]);
 539             result[x][2] = 0.5f * (result[2*x][2] + result[2*x+1][2]);
 540             result[x][3] = 0.5f * (result[2*x][3] + result[2*x+1][3]);
 541         }
 542     }
 543
 544     for (x = 0; x < video_width; x++) {
 545         s->spectogram[s->spectogram_index*linesize + 3*x] = result[x][0] + 0.5f;
 546         s->spectogram[s->spectogram_index*linesize + 3*x + 1] = result[x][1] + 0.5f;
 547         s->spectogram[s->spectogram_index*linesize + 3*x + 2] = result[x][2] + 0.5f;
 548     }
 549
 550     /* drawing */
 551     if (!s->spectogram_count) {
 552         uint8_t *data = (uint8_t*) s->outpicref->data[0];
 553         float rcp_result[VIDEO_WIDTH];
 554         int total_length = linesize * spectogram_height;
 555         int back_length = linesize * s->spectogram_index;
 556
 557         for (x = 0; x < video_width; x++)
 558             rcp_result[x] = 1.0f / (result[x][3]+0.0001f);
 559
 560         /* drawing bar */
 561         for (y = 0; y < spectogram_height; y++) {
 562             float height = (spectogram_height - y) * (1.0f/spectogram_height);
 563             uint8_t *lineptr = data + y * linesize;
 564             for (x = 0; x < video_width; x++) {
 565                 float mul;
 566                 if (result[x][3] <= height) {
 567                     *lineptr++ = 0;
 568                     *lineptr++ = 0;
 569                     *lineptr++ = 0;
 570                 } else {
 571                     mul = (result[x][3] - height) * rcp_result[x];
 572                     *lineptr++ = mul * result[x][0] + 0.5f;
 573                     *lineptr++ = mul * result[x][1] + 0.5f;
 574                     *lineptr++ = mul * result[x][2] + 0.5f;
 575                 }
 576             }
 577         }
 578
 579         /* drawing font */
 580         if (s->font_alpha && s->draw_text) {
 581             for (y = 0; y < font_height; y++) {
 582                 uint8_t *lineptr = data + (spectogram_height + y) * linesize;
 583                 uint8_t *spectogram_src = s->spectogram + s->spectogram_index * linesize;
 584                 uint8_t *fontcolor_value = s->fontcolor_value;
 585                 for (x = 0; x < video_width; x++) {
 586                     uint8_t alpha = s->font_alpha[y*video_width+x];
 587                     lineptr[3*x] = (spectogram_src[3*x] * (255-alpha) + fontcolor_value[0] * alpha + 255) >> 8;
 588                     lineptr[3*x+1] = (spectogram_src[3*x+1] * (255-alpha) + fontcolor_value[1] * alpha + 255) >> 8;
 589                     lineptr[3*x+2] = (spectogram_src[3*x+2] * (255-alpha) + fontcolor_value[2] * alpha + 255) >> 8;
 590                     fontcolor_value += 3;
 591                 }
 592             }
 593         } else if (s->draw_text) {
 594             for (y = 0; y < font_height; y++) {
 595                 uint8_t *lineptr = data + (spectogram_height + y) * linesize;
 596                 memcpy(lineptr, s->spectogram + s->spectogram_index * linesize, video_width*3);
 597             }
 598             for (x = 0; x < video_width; x += video_width/10) {
 599                 int u;
 600                 static const char str[] = "EF G A BC D ";
 601                 uint8_t *startptr = data + spectogram_height * linesize + x * 3;
 602                 for (u = 0; str[u]; u++) {
 603                     int v;
 604                     for (v = 0; v < 16; v++) {
 605                         uint8_t *p = startptr + v * linesize * video_scale + 8 * 3 * u * video_scale;
 606                         int ux = x + 8 * u * video_scale;
 607                         int mask;
 608                         for (mask = 0x80; mask; mask >>= 1) {
 609                             if (mask & avpriv_vga16_font[str[u] * 16 + v]) {
 610                                 p[0] = s->fontcolor_value[3*ux];
 611                                 p[1] = s->fontcolor_value[3*ux+1];
 612                                 p[2] = s->fontcolor_value[3*ux+2];
 613                                 if (video_scale == 2) {
 614                                     p[linesize] = p[0];
 615                                     p[linesize+1] = p[1];
 616                                     p[linesize+2] = p[2];
 617                                     p[3] = p[linesize+3] = s->fontcolor_value[3*ux+3];
 618                                     p[4] = p[linesize+4] = s->fontcolor_value[3*ux+4];
 619                                     p[5] = p[linesize+5] = s->fontcolor_value[3*ux+5];
 620                                 }
 621                             }
 622                             p  += 3 * video_scale;
 623                             ux += video_scale;
 624                         }
 625                     }
 626                 }
 627             }
 628         } else {
 629             for (y = 0; y < font_height; y++) {
 630                 uint8_t *lineptr = data + (spectogram_height + y) * linesize;
 631                 uint8_t *spectogram_src = s->spectogram + s->spectogram_index * linesize;
 632                 for (x = 0; x < video_width; x++) {
 633                     lineptr[3*x] = spectogram_src[3*x];
 634                     lineptr[3*x+1] = spectogram_src[3*x+1];
 635                     lineptr[3*x+2] = spectogram_src[3*x+2];
 636                 }
 637             }
 638         }
 639
 640         /* drawing spectogram/sonogram */
 641         data += spectogram_start * linesize;
 642         memcpy(data, s->spectogram + s->spectogram_index*linesize, total_length - back_length);
 643
 644         data += total_length - back_length;
 645         if (back_length)
 646             memcpy(data, s->spectogram, back_length);
 647
 648         s->outpicref->pts = s->frame_count;
 649         ret = ff_filter_frame(outlink, av_frame_clone(s->outpicref));
 650         s->frame_count++;
 651     }
 652     s->spectogram_count = (s->spectogram_count + 1) % s->count;
 653     s->spectogram_index = (s->spectogram_index + spectogram_height - 1) % spectogram_height;
 654     return ret;
 655 }
 656
 657 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
 658 {
 659     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 660     ShowCQTContext *s = ctx->priv;
 661     int step = inlink->sample_rate / (s->fps * s->count);
 662     int fft_len = 1 << s->fft_bits;
 663     int remaining;
 664     float *audio_data;
 665
 666     if (!insamples) {
 667         while (s->remaining_fill < (fft_len >> 1)) {
 668             int ret, x;
 669             memset(&s->fft_data[fft_len - s->remaining_fill], 0, sizeof(*s->fft_data) * s->remaining_fill);
 670             ret = plot_cqt(inlink);
 671             if (ret < 0)
 672                 return ret;
 673             for (x = 0; x < (fft_len-step); x++)
 674                 s->fft_data[x] = s->fft_data[x+step];
 675             s->remaining_fill += step;
 676         }
 677         return AVERROR_EOF;
 678     }
 679
 680     remaining = insamples->nb_samples;
 681     audio_data = (float*) insamples->data[0];
 682
 683     while (remaining) {
 684         if (remaining >= s->remaining_fill) {
 685             int i = insamples->nb_samples - remaining;
 686             int j = fft_len - s->remaining_fill;
 687             int m, ret;
 688             for (m = 0; m < s->remaining_fill; m++) {
 689                 s->fft_data[j+m].re = audio_data[2*(i+m)];
 690                 s->fft_data[j+m].im = audio_data[2*(i+m)+1];
 691             }
 692             ret = plot_cqt(inlink);
 693             if (ret < 0) {
 694                 av_frame_free(&insamples);
 695                 return ret;
 696             }
 697             remaining -= s->remaining_fill;
 698             for (m = 0; m < fft_len-step; m++)
 699                 s->fft_data[m] = s->fft_data[m+step];
 700             s->remaining_fill = step;
 701         } else {
 702             int i = insamples->nb_samples - remaining;
 703             int j = fft_len - s->remaining_fill;
 704             int m;
 705             for (m = 0; m < remaining; m++) {
 706                 s->fft_data[m+j].re = audio_data[2*(i+m)];
 707                 s->fft_data[m+j].im = audio_data[2*(i+m)+1];
 708             }
 709             s->remaining_fill -= remaining;
 710             remaining = 0;
 711         }
 712     }
 713     av_frame_free(&insamples);
 714     return 0;
 715 }
 716
 717 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
 718 {
 719     ShowCQTContext *s = outlink->src->priv;
 720     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
 721     int ret;
 722
 723     ret = ff_request_frame(inlink);
 724     if (ret == AVERROR_EOF && s->outpicref)
 725         filter_frame(inlink, NULL);
 726     return ret;
 727 }
 728
 729 static const AVFilterPad showcqt_inputs[] = {
 730     {
 731         .name         = "default",
 732         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 733         .filter_frame = filter_frame,
 734     },
 735     { NULL }
 736 };
 737
 738 static const AVFilterPad showcqt_outputs[] = {
 739     {
 740         .name          = "default",
 741         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 742         .config_props  = config_output,
 743         .request_frame = request_frame,
 744     },
 745     { NULL }
 746 };
 747
 748 AVFilter ff_avf_showcqt = {
 749     .name          = "showcqt",
 750     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a CQT (Constant Q Transform) spectrum video output."),
 751     .uninit        = uninit,
 752     .query_formats = query_formats,
 753     .priv_size     = sizeof(ShowCQTContext),
 754     .inputs        = showcqt_inputs,
 755     .outputs       = showcqt_outputs,
 756     .priv_class    = &showcqt_class,
 757 };